Subido por FABIO JIMENEZ

Roscas y su tallado

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Roscas y su tallado
Las roscas se pueden emplear para:
a) Unir piezas de manera permanente o temporal, éstas pueden tener
movimiento o quedar fijas. La unión se hace por medio de tornillos y
tuercas, elementos que contienen una rosca. Para que un tornillo sea
acoplado con su tuerca ambos deben tener las medidas adecuadas y el
mismo tipo de rosca.
b) Generar movimiento en máquinas o en transportadores. Los mejores
ejemplos de esta aplicación se tiene en los tornos, en los que por medio
de un tornillo sinfín se puede mover el carro o en los elevadores de
granos en los que por medio de un gusano se transportan granos de
diferentes tipos.
¿Por qué funciona una rosca?
La forma más sencilla de entender y explicar el funcionamiento de una
rosca es la siguiente: Imagine que enrolla en un perno cilíndrico recto un
triángulo rectángulo de papel. La trayectoria que sigue la hipotenusa del
triángulo es una hélice que se desarrolla sobre la superficie del cilindro,
esa es la rosca que nos sirve para fijar o transportar objetos.
El mismo papel que se enrolló sobre el cilindro del tornillo nos indica que
las roscas actúan como un plano inclinado, pues al deslizarse la tuerca
por las orillas de la rosca se está siguiendo la trayectoria de un plano
inclinado, del cual su fórmula elemental es:
PxL=Wx h
P = fuerza aplicada
L = longitud del plano inclinado
W = fuerza generada
h = altura del plano inclinado
Lo anterior se puede reflejar en la fuerza que se generaría en una prensa
de husillo como se puede observar a continuación.
Las orillas de la rosca en el tornillo actúan como el plano inclinado. Por
cada vuelta que se da a la la manivela se logra un avance de "h",
generando una fuerza de "W", todo esto producto de la fuerza aplicada
en la manivela "P" en una trayectoria igual al perímetro "2Pi x r". Con lo
anterior se puede construir la siguiente expresión.
P x 2Pi x r = W x h
Por ejemplo: si se aplica en una prensa como la mostrada, con avance
"h" en cada vuelta de 2 mm, brazo de palanca "r" de 200 mm y si se
aplica una fuerza "P" de 15 kg, se tendrá.
Sustituyendo en la ecuación de la prensa
(15) (2)(3.14)(200) = W (2)
Despejando "W"
W = 9,420 kg
Como la fricción en la rosca genera una pérdida de la fuerza de un 40%
se tendrá:
W = 9,420 x 0.6 = 5,652 kg
Lo anterior implica que con nuestra pequeña prensa y 15 kg, se obtengan
más de 5.5 toneladas de fuerza.
Tipos de rosca
En el mercado existen diferentes tipos de roscas, su forma y
características dependerán de para qué se quieren utilizar. La primera
diferencia que se puede distinguir es su forma, ya que hay de cinco tipos
de roscas:
a) agudas o de filete triangular
b) trapeciales
c) de sierra
d) redondas o redondeadas
f) de filete cuadrado
Las roscas de filete triangular o agudas se usan en tornillos de fijación o
para uniones de tubos. Las trapeciales, de sierra y redondas se utilizan
para movimiento o trasporte y las cuadradas casi nunca se usan.
Las roscas agudas o triangulares quedan definidas por los diámetros
exterior (d), del núcleo (d1) y del de los flancos (d2), así como por el
ángulo de los flancos (alfa) y su paso (h)
fig. del libro Alrededor de las máquinas de Gerling
El sentido de las roscas es otra de sus características. Hay roscas
derechas e izquierdas. La rosca derecha se tiene si al girar el tornillo de
acuerdo a las manecillas del reloj este tiene penetración y la rosca
izquierda se tiene si al girar al tornillo en contra de las manecillas del reloj
este avanza penetrando también.
Las roscas pueden tener una sola hélice (un sólo triángulo enrollado)
o varios, esto indica que las roscas tendrán una o varias entradas.
A) Rosca sencilla
B) Rosaca doble
C) Rosca triple
Las roscas están normalizadas, en términos generales se puede decir
que existen dos tipos fundamentales de roscas las métricas y las
Whitworth. Las normas generales son las siguientes:
Sistema métrico
BS 3643: ISO Roscas métricas
BS 4827: ISO Roscas miniatura o finas
BS 4846: ISO Roscas trapeciales o trapezoidales
BS 21: Roscas para conexiones y tubos de paredes delgadas
Sistema inglés
BS84: Roscas Whitworth
BS93: Roscas de la British Assiciation (BA)
La mayoría de las normas se pueden encontrar en el manual Machinery's
Screw Thread Book.
Las principales características y dimensiones proporcionales de las
roscas triangulares métricas y Whitworth se observan en los siguientes
dibujos.
fig. del libro Alrededor de las máquinas de Gerling
Rosca métrica en la que su altura (t1) es igual a 0.6495h y el radio de giro (r) del
fondo es igual a 0.1082h
fig. del libro Alrededor de las máquinas de Gerling
Rosca Whitworth en la que la profundidad (t1) de la rosca es igual a 0.64033h y
el radio de giro (r) de su fondo y extrremos es de 0.13733h
Como se puede observar las principales diferencias entres los dos tipos
de roscas son:
Métrica. Los ángulos de los las espiras son de 60°, en tornillos se
redondea el fondo de la rosca y las puntas son planas, en el caso de las
tuercas mientras que en las Whitworth es de 55°. Otra gran diferencia es
que mientras en las roscas métricas su parte externa de los filetes es
chata a una altura t1=0,64595h y la interna redonda con r = 0.1082h, en
las Whitworth tanto la punta exterior como la parte interna son redondas,
con altura de t1 = 0.64033h y r = 0.13733h.
En las roscas métricas el paso se indica por el avance en milímetros por
cada vuelta, mientras en las Whitworth se da por número de hilos por
pulgada.
Mecanizado o tallado de roscas
Las roscas pueden fabricarse por medio de diferentes procesos de
manufactura. El procedimiento seleccionado dependerá del número de
piezas a fabricar, la exactitud y la calidad de la superficie de la hélices, el
tallado más común de roscas es por medio de:
a) machuelos o terrajas (manuales o de máquina)
b) útilies de roscar en torno
c) fresado
d) laminado
fig. del libro Alrededor de las máquinas de Gerling
a) Roscas con machuelo b) Roscas con terraja
c) Rosacas con útil de roscar
d) Fresado de roscas
e) Rosacado por esmeril f) Laminado de roscas
fig. del libro Alrededor de las máquinas de Gerling
Uso de machuelos o terrajas en torno para hacer una rosca
Algunas veces se usan roscas fundidas o prensadas.
Fabricación de roscas por medio de machuelos y terrajas
Es el método más sencillo y económico, se utiliza para roscas triágulares.
El tallado se logra por medio de una herramienta de acero de alta
calidad, que si es para hacer una rosca exterior o macho (como la de un
tornillo) se llama terraja y cuando se requiere hacer una rosca interior o
hembra (como la de una tuerca) se utilizan unas herramientas llamadas
machuelos.
Machuelos
Terraja
El tallado de una rosca con terraja está limitado por las dimensiones del
perno a roscar, en las roscas Whitworth el diámetro máximo es de 1 1/4 "
y en las métricas es de 30 mm. Cualquier rosca mayor a 16 mm o 5/8 de
pulgada debe iniciarse con un roscado previo, para evitar que se rompan
los filetes.
En el caso de roscas interiores fabricadas con machuelos, es muy
importante hacer el barreno previo a la rosca con el diámetro adecuado,
para definirlo de acuerdo a la rosca que se va a fabricar, existen normas
como la DIN 336, de la cual se presenta un extracto a continuación.
Roscas métricas
Rosca*
M M3. M M M M M1 M1
M14 M16 M18 M20 M22 M24 M27
3 5
4 5 6 8 0
1
Para
acero
2.5 2.9 3.3 4.2 5 6.7 8.4
10
11.7 13.7 15.2 17.2 19.2 20.7 23.7
5
5
5
5
5
5
5
Para
fundició
2.4 2.8 3.2 4.1 4.8 6.5 8.2 9.9 11.5 13.5
n gris y
laton
15
17
19
20.5 23.5
*En las roscas métricas su diámetro en mm se indica después de la letra "M"
Roscas Whitworth
Rosca*
1/4" 5/16" 3/8"
1/2"
5/8"
3/4"
7/8"
1"
1 1/8"
1 1/4"
1 3/8"
1 1/2"
1 5/8"
1 3/4"
2"
Para acero
Para
fundición
gris y laton
5.1 6.5 7.9 10.5 13.5 16.5 19.25
5 6.4 7.7 10.25 13.25 16.25
19
22
24.75 27.75 30.5 33.5 35.5 39 44.5
21.75 24.50 27.50 30
33
35 38.5 44
Todos los diámetros están dados en milímetros.
Recomendaciones para elaborar roscas con machuelos y terrajas
Uso de machuelos
1. deben estar bien afilados
2. se debe hacer girar en redondo al machuelo, evitando el cabeceo
3. cuándo se va a realizar una rosca grande, se debe iniciar con un
machuelo menor y en otras pasadas con machuelos de mayor
tamaño, se debe aproximar al tamaño adecuado.
4. debe haber lubricación abundante.
5. se debe hacer la penetración de una vuelta y el retroceso del
machuelo para que la viruta salga y no se tape la rosca.
Uso de terrajas
1. el dado de la terraja debe estar limpio y bien lubricado.
2. se debe hacer girar a la terraja en redondo y sin cabeceo.
3. el perno a roscar deberá estar preparado con un chaflán en la
punta a 45°
4. la terraja debe colocarse de manera perpendicular a el perno a
roscar.
5. se debe hacer girar la terraja una vuelta y regresarla para desalojar
la viruta.
6. debe haber lubricación abundante.
Fabricación de roscas por medio del torno
Se puede utilizar un torno de plantilla con husillo de trabajo movil, como
el que se muestra en la figura.
fig. del libro Alrededor de las máquinas de Gerling
Como se puede observar en el extremo izquierdo del husillo principal se
coloca una plantilla con la rosca que se quiere fabricar (a), ésta se acopla
a una tuerca (b) que sirve de guía al husillo principal del torno. Observe
que el husillo es el que se desplaza o avanza de acuerdo a lo que
requiere la plantilla, como lo demandaría un tornillo acoplándose a su
tuerca, mientras que el útil de roscar está inmóvil.
fig. del libro Alrededor de las máquinas de Gerling
En este tipo de tornos se pueden utilizar como útiles con varias puntas
como los peines de roscar.
fig. del libro Alrededor de las máquinas de Gerling
Peines de roscar para rosca exterior e interior
Por lo regular las roscas en los tornos se realizan por medio de varias
pasadas no se recomienda desbastar en reversa.
fig. del libro Alrededor de las máquinas de Gerling
Para el tallado de roscas también se pueden utilizar tornos de tipo
horizontal, para ello se debe usar el husillo de guía y la tuerca matriz de
los tornos horizontales. Observe en el dibujo, como se acoplan el husillo
de roscar y el husillo principal por medio de los engranes de velocidades
y como funciona la tuerca que cierra las mordazas. Esto hace que el
carro del torno se mueva de acuerdo a el husillo de roscar.
fig. del libro Alrededor de las máquinas de Gerling
a) Tuerca de fijación b) tuerca de fijación cerrada
Para lograr la fabricación de una rosca con el paso requerido, es
necesario que se guarde la relación de revoluciones adecuada entre el
husillo guía o de roscar y las de la pieza. Por ejemplo si se requiere tallar
una rosca con paso de 4 mm el carro deberá tener un avance de 4 mm
por cada revolución, si el husillo de roscar en cada vuelta avanza 4 mm
la relación será de uno a uno. Pero si el husillo de roscar avanza 8 mm
en cada revolución, éste deberá sólo dar media vuelta, mientras el husillo
principal debe dar una vuelta, por lo que puede decirse que se requiere
una relación de dos a uno, pues por cada vuelta de 8 mm que dé el
husillo de roscar, la pieza deberá haber dado una, avanzando 4 mm.
El ajuste de las relaciones se logra por medio del cambio de las ruedas
dentadas que transmiten el movimiento del husillo principal al husillo de
roscar. Lo anterior se puede observar en el siguiente dibujo.
fig. del libro Alrededor de las máquinas de Gerling
Gs = paso de la rosca a tallar
Ls = paso del husillo de roscar
Z1 = número de dientes del engrane del husillo principal
Z2 = número de dientes del engrane del husillo de roscar
Z = rueda intermedia sin influencia en el cambio de revoluciones
Ejemplo del cálculo del tallado de una rosca en un torno con engranes
intercambiables.
Se requiere una rosca con paso (Gs) de 2 mm y se tiene un torno con un
husillo de roscar ( Ls) de 6 mm. ¿qué engranes Z1 y Z2 debemos utilizar,
para fabricar esta rosca?
Lo primero que se debe hacer es establecer la relación que se requiere
entre los dos pasos si el paso de la pieza debe ser 2 y el del husillo de
roscar es 6 se tendrá que la relación es 2/6 = 1/3. Por lo que cualquier
par de engranes que den esta relación servirán, así se pueden tener un
engrane Z1 de 20 dientes y un Z2 con 60 dientes, como la relación de
20/60 es igual a 1/3 funcionará bien, como también lo hará con una
relación de un Z1= 15 y un Z2=45.
Si se requiere una relación muy pequeña se pueden poner más engranes
entre el husillo principal y el husillo de roscar. Por ejemplo si se necesita
hacer una rosca con paso de 1 mm y se tiene un husillo de roscar con
paso de 12 mm, se tiene que la relación es de 1/12, como las ruedas
dentadas con estas relaciones son difíciles de obtener, pues con una
Z1de 10 dientes (la que es muy pequeña) se requerirá una Z2 de 120
dientes, la que es muy grande, por lo que se buscan dos quebrados que
multiplicados nos den la relación de 1/12, por ejemplo 1/4 por 1/3, lo que
nos indica que podemos utilizar una doble reducción en nuestro torno, en
la que se pueden usar las siguientes relaciones 20/80 y 20/60. Por lo que
se pueden usar los siguientes engranes:
Uno engrane motriz Z1 de 20 dientes, acoplado a uno de 80, a ese de 80
dientes se junta con uno de 20, con lo que ahora funcionará como motríz
con esos 20 dientes, los que transmitirán su movimiento a uno de 60
dientes, el que es engrane Z4 que transmite el movimiento al husillo de
roscar. Lo anterior se observa en el siguiente dibujo.
Existen juegos de engranes intercambiables en los tornos horizontales,
por ejemplo es común encontrar juegos con los siguientes engranes:
20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 110,
120, 125, 127. Los husillos de roscar normalizados tienen los siguientes
pasos: 4, 6, 12, 15, 24 en milímetros y 1/4 y 1/2 pulgadas.
El hacer el cambio de las ruedas dentadas en los tornos es muy tardado
y molesto, por lo que ya existen transmisiones que permiten las
relaciones adecuadas, sin necesidad de los cambios físicos. En la
mayoría de los tornos se instalan tablas con las que se obtienen las
relaciones de las ruedas dentadas con las que cuentan las
transmisiones.
Para mayor información sobre este tema consultar:
 Alrededor de las Máquinas-Herramientas, de Heinrich Gerling,
editorial Reverté. Páginas 185 a 209.
Principios de Ingeniería de Manufactura, de Stewart C. Black, Vic
Chiles et al. de la Compañía Editorial Mexicana. Páginas 434 a
451.
 Procesos de Manufactura, versión Si, de B. H. Amstead. P Ostwald
y M. Begeman. Compañía Editorial Continental. Páginas 749 a 765.
 Ingeniería de Manufactura, de U. Scharer, J. A. Rico, J. Cruz, et al.
Companía Editorial Continental. Páginas 278 a 280.
 Materiales y procesos de manufactura para ingenieros. Lawrence
E. Doyle et al.. Prentice Hall. Páginas 884 a 904.
Se recomienda recurrir al taller ULSA y solicitar la realización de una
práctica de tallado de roscas con machuelo, terrajas y torno
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