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Tornillos para METALES

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Manuales técnicos

Tornillos para PLÁSTICOS


CELO, S.A.Rosselló, 7 - Pol. Ind. Pla de la Bruguera

08211 Castellar del Vallès (Barcelona)

Teléfono: 93 715 83 87Fax: 93 715 83 80

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Tornillos para metales, probablemente lo primero que nos viene a la cabeza es un tornillo de rosca métrica y una tuerca, o un tornillo de rosca chapa… poco nuevo se puede decir sobre estos productos. De hecho existen un sinfín de normas y de estudios que hablan sobre su geometría, dimensiones, tolerancias, calidades de acero, resistencias, recubrimientos, etc... Sin embargo, nuestra experiencia nos demuestra que los departamentos de ingeniería y de producción de nuestros clientes no tienen problemas “teóricos” en cómo definir una rosca o sus dimensiones, o la calidad del acero a utilizar sinó que el día a día les plantea problemas mucho más prácticos:

¿Como puedo eliminar operaciones de taladrado, de roscado y embutido del proceso de fabricación y con ello reducir mis costes de ensamblaje?.

¿Como puedo evitar el aflojado de tornillos en una fijación sometida a vibraciones?. ¿Como puedo evitar el pasado de rosca en chapas finas?

¿Como puedo mejorar la resistencia el arranque en el ensamblaje sobre una pieza de aluminio?

¿Cómo puedo fijar una placa electrónica sobre una base de aluminio sin dañar los circuitos?

Preguntas como estas y muchas otras son realmente difíciles de responder, pues no se encuentran en los libros ni existen recetas universales. Sin embargo, nuestro Departamento Técnico y Comercial acumulan una notable experiencia que pueden dar respuesta a estas preguntas.

Además, CELO pone a su disposición los equipos de ensayo necesarios para realizar pruebas sobre “SU aplicación” para determinar “SU mejor solución” , no sólo buscando la seguridad de la fijación, sino también reducir los costes de ensamblaje, estudiar la necesidad de robotización de sus líneas, ergonomía de la aplicación, estética, etc.

Este libro de Tornillos para metales pretende exponer de forma amena, pero a la vez rigurosa, algunos criterios básicos a tener en cuenta cuando Vds diseñen un ensamblaje sobre un metal o una aleación metálica. Confiamos que sea de su utilidad y no duden en consultarnos; estamos a su servicio.

Antes de terminar esta breve introducción, quiero sinceramente agradecer los numerosos comentarios positivos que hemos recibido respecto al primer libro de tornillos para plásticos. Sin duda, sus comentarios favorables nos han empujado a realizar este segundo libro que esperamos también sea de su interés.

Agradeciendo de antemano la atención que dedicaran a esta publicación.

Ramón CeravallsDirector General.

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TIPOS DE METALES ................................................................... 4 1.1 Metales y Aleaciones Férreas 1.2 Metales y Aleaciones no Férreas

TIPOS DE UNIONES METÁLICAS MEDIANTE ROSCAS .......................... 10 2.1 Ventajas de las uniones roscadas respecto a otros sistemas 2.2 ¿Que es una rosca? Un poco de historia... 2.3 Uniones mediante tornillo y tuerca preformada 2.4 Tipos de ensamblaje de tornillo y tuerca preformada

UNIONES CON TORNILLOS AUTORROSCANTES ................................ 17 3.1 Qué son los tornillos autorroscantes? Su evolución 3.2 Ventajas en la utilización de Tornillos Trilobulares™ TAPTITE®

ROSCA TAPTITE® II ................................................................. 24 4.1 Ventajas técnicas TAPTITE® II 4.2 Aplicaciones TAPTITE® II 4.3 Ficha técnica TAPTITE® II

ROSCA TAPTITE® 2000™ .......................................................... 27 5.1 Ventajas técnicas TAPTITE® 2000™: 5.2 Aplicaciones TAPTITE® 2000™ 5.3 Ficha técnica TAPTITE® 2000™

ROSCA FASTITE® 2000™ ........................................................... 30 6.1 Ventajas técnicas FASTITE® 2000™ 6.2 Aplicaciones FASTITE® 2000™ 6.3 Ficha técnica FASTITE® 2000™ 6.4 FASTITE® PG

ROSCA REMFORM® F ............................................................... 33 7.1 Ventajas técnicas REMFORM® F 7.2 Aplicaciones REMFORM® F 7.3 Ficha técnica REMFORM® F

ROSCA TAPTITE® CA ............................................................... 35 8.1 Ventajas técnicas TAPTITE® CA 8.2 Aplicaciones TAPTITE® CA

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ROSCA EXTRUDE-TITE® ........................................................... 36 9.1 Ventajas técnicas EXTRUDE-TITE®

9.2 Aplicaciones EXTRUDE-TITE®

ROSCA POWERLOK® ................................................................ 37 10.1 Ventajas técnicas POWERLOK® 10.2 Aplicaciones POWERLOK®

F.A.Q. PREGUNTAS MÁS FRECUENTES REFERENTES AL ENSAMBLAJE DE METALES ............................................................................. 38

11.1 ¿Puedo utilizar un tornillo TAPTITE® con una tuerca? ¿Y sobre un agujero ya roscado? 11.2 ¿Se puede fabricar un tornillo TAPTITE® clase 10.9? 11.3 ¿Puedo utilizar un tornillo autorroscante de inoxidable sobre una chapa de acero inoxidable? 11.4 ¿Puedo utilizar la galga (pasa y no-pasa) de los tornillos métricos para la verificación de la rosca TAPTITE®? 11.5 ¿Es reutilizable el tornillo Trilobular™ TAPTITE®? 11.6 ¿Cuales son las prinicpales diferencias entre un tornillo Trilobular TAPTITE® y un tornillo Trilobular “parecido”? 11.7 ¿Qué tornillo puedo utilizar para fijar una placa electrónica sobre una base metálica? 11.8 ¿Qué tipo de rosca para metales debo utilizar?

EJEMPLOS DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DE FIJACIÓN SOBRE METALES .................................................................... 41 12.1 Fijación sobre Zamak 12.2 Un ruidito en el coche 12.3 Estudio del ensamblaje en motores de pequeño electrodoméstico 12.4 Puerta de nevera 12.5 Cuerpo de válvula en aluminio

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Los materiales metálicos se dividen en dos grupos principales: materiales férreos y materiales no férreos.

1.1 Metales y Aleaciones Férreas

Este gran grupo está formado por metales que contienen Hierro en su estructura, de los que destacamos el Hierro propiamente y los aceros (aleaciones de Hierro y Carbono).

Aunque los últimos 30 años se han caracterizado por la gran evolución de otros materiales metálicos, el Hierro y sus aleaciones sigue siendo el metal más utilizado y fabricado; se produce un tonelaje 20 veces mayor que el resto de metales. Los principales motivos son básicamente:

• Gran abundancia en la naturaleza en un alto grado de pureza (alta ley).

• Bajos costes de obtención comparado con otros metales (facilidad de reducir el mineral).

• Gran variedad de aleaciones que surgen en combinación con el Carbono.

El principal producto siderúrgico es el acero al Carbono, del cual un 10% aproximadamente se completa con la adición otros elementos que modifican sus propiedades mecánicas o de temple. Estos últimos son los llamados aceros aleados.

El acero al Carbono es una aleación de composición química compleja. El contenido en Hierro puede oscilar entre 97% y el 99.5% y el de Carbono no excede generalmente del 1.76%. En general, el aumento del contenido de Carbono en el acero eleva su resistencia a la tracción, incrementa el índice de fragilidad en frío y hace que disminuya la tenacidad y la ductilidad.

A estos aceros se les añade elementos de aleación como Níquel, Manganeso, Cromo, Vanadio, Wolframio, Molibdeno... para formar los aceros aleados. La influencia que ejercen estos elementos es muy variada, y empleados en proporciones convenientes, se obtienen aceros con características mecánicas, de temple, eléctricas o de resistencia a la corrosión que no se pueden alcanzar con los aceros ordinarios al Carbono.

Los aceros pueden clasificarse de diversas formas pero atendiendo a sus propiedades y utilización, se dividen en tres grandes grupos.

Figura 01

Los avances conseguidos en la Ciencia e Ingeniería de los Materiales han permitido resolver problemas mecánicos, eléctricos, corrosión, estéticos, de peso, etc... que hasta ahora eran imposibles de abordar con los materiales existentes.

En el caso de los metales, las posibilidades de diseño de aleaciones son casi infinitas y tienen una influencia decisiva en el desarrollo científico y económico de la industria. A continuación realizamos un breve repaso de los

metales y aleaciones más utilizados en las aplicaciones industriales.

1 TIPOS DE METALES

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ESQUEMA PRODUCCIÓN DE ACERO

Figura 02Para producir acero se puede partir de:• Hierro mineral que se calienta en un alto horno en presencia de coque (Carbono), Oxígeno y caliza• Chatarra, que se introduce en un horno eléctrico de arco que funde la chatarra.Aunque la calidad del acero es mucho mejor en el primer caso, hoy en día las técnicas de afino consiguen aceros de calidad producidos a partir de chatarra.

Tipo acero Propiedades AplicacionesAceros de construcción

Elevada resistencia mecánica

Piezas o elementos de máquinas, motores, instalaciones, carriles, vehículos.

Aceros de herramientas

Aceros destinados a modificar la forma, tamaño y dimensiones por cortadura, por presión o arranque de viruta.

Fabricación de útiles o herramientas

Aceros inoxidables

La característica principal de este tipo de aceros es su gran resistencia a la corrosión: la película pasivante que forma el Cromo (contienen 12% mínimo) deja la superficie del acero inerte a las reacciones de oxidación.

Martensíticos:Cuchillería, ejes, rodamientos e instrumental quirúrgico.Ferríticos:Utensilios domésticos y decorativos.Austeníticos:Máquinas y utensilios para la industria alimentaria y farmacéutica.

1.- Tipos de Metales

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1.2 Metales y Aleaciones no Férreas

Los materiales metálicos no férreos empleados tradicionalmente han sido el Cobre, el Plomo, el Estaño y el Cinc, ya que estos se obtenían fácilmente a partir de la fusión del mineral. Otros como el Aluminio, el Manganeso han requerido de una mayor tecnología para producirlos, y a pesar de ser muy abundantes en la naturaleza, sólo han sido disponibles durante los últimos 100 años.

Los más difíciles de obtener por fundición del mineral han sido el Titanio y el Magnesio. Inicialmente utilizados para aplicaciones aeroespaciales, su coste de obtención se ha reducido mucho en las últimas dos décadas. Actualmente empiezan a utilizarse en diversos sectores industriales por su ligereza y resistencia mecánica.

Figura 03Tabla comparativa de resistencia específica y costo de distintos elementos metálicos.1 PSI = 0,07 kg/cm2

1.2.1 - Aluminio

El Aluminio es el segundo metal más abundante de la tierra (7,5% de la masa terrestre), pero debido a la gran cantidad de energía necesaria para su producción, tan sólo se ha conseguido un suministro regular en cantidad y calidad desde el último tercio del siglo XX.

Las aleaciones del Aluminio son las más importantes de las aleaciones no férreas por su ligereza, facilidad de manipulación, resistencia a la corrosión e interesantes propiedades mecánicas. Su utilización en el sector automoción ha contribuido decisivamente a la disminución de peso de los vehículos y en consecuencia, al ahorro de combustible y emisiones de CO2.

Figura 04El promedio en peso de utilización de Aluminio se ha duplicado en los últimos 10 años y se prevé un crecimiento mucho mayor para los próximos 15 años.

Metal Densidad(g/cm3)

Costorelativo

Resist.Tensión (PSI)

Resist.Tensión(kg/cm2)

Magnesio 1,74 15 55.000 3.867

Aluminio 2,70 6 83.000 5.835

Titanio 4,51 50 160.000 11.248

Cinc 7,13 5 75.000 5.273

Hierro 7,87 1 200.000 14.060

Níquel 8,90 40 180.000 12.654

Cobre 8,93 10 150.000 10.545

Plomo 11,36 3 10.000 703


PROMEDIO DE UTILIZACIÓN DE ALUMINIO POR VEHÍCULO EN EUROPA

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1.2.2 - Aleaciones de Cinc – Zamak

Originalmente desarrollado en 1931, Zamak es la denominación comercial que reciben las aleaciones de Cinc combinado con pequeñas cantidades de Aluminio (3,9 - 4,3%), Magnesio (0,03 -0,06%) y eventualmente de Cobre (1-3%). Estos elementos permiten transformar la fragilidad del Cinc en estado puro, a una aleación metálica de elevada dureza, resistencia mecánica y buena ductibilidad.

Inicialmente se utilizó en piezas decorativas pero cada vez más se aplica en piezas de ingeniería, motivado por sus bajos costes productivos, altas velocidades de inyección (“die casting”) con gran reproducibilidad de detalles y tolerancias estrechas.

Las ventajas de utilización del Aluminio son:

• Baja densidad, tres veces inferior al acero. Los únicos metales más ligeros son el Litio, el Berilio y el Magnesio.

• Propiedades mecánicas bastante buenas, mejorables mediante elementos de aleación y tratamiento térmico.

• Resistencia a la corrosión: La capa de óxido que forma en contacto con el aire lo protege permanentemente de la corrosión.

• Reciclabilidad, el metal reciclado requiere sólo el 5% de la energía necesaria para producir una misma cantidad de Aluminio primario (a partir de la alúmina).

• Alta conductividad térmica y eléctrica. Su conductividad es 1.8 veces mayor que la del Cobre y 3 veces mayor que la del acero.

• Coste relativamente bajo comparado con otras aleaciones ligeras como el Magnesio.

• Buenas características de acabado: Permite colorearse fácilmente mediante anodizado o lacado.

• Fácil de mecanizar: puede tornearse a velocidades mucho mayores, lo que contribuye a disminuir costes de producción.

Características de las aleaciones de Cinc:

• Resistencia mecánica comparable con el Aluminio.• Elevada conductividad térmica y eléctrica.• Alta precisión dimensional y estabilidad de inyección.• Excelente resistencia a la corrosión.• Reciclabilidad.• Elevada velocidad de inyección, debido a su baja temperatura de solidificiación (379-390ºC) permite obtener piezas con alto grado de dificultad a gran velocidad de inyección.

Por contra NO debe utilizarse en aplicaciones sometidas a temperatura ni a fatiga.

Resistencia Elevada

Placa Gruesa-Fina

Aluminio

METALES UTILIZADOS ENLA CARROCERÍA DE UN VEHÍCULO

Figura 05La utilización del Aluminio en las partes frontales de los vehículos permite absorver el doble de la energía cinética en las colisiones frontales.

• Múltiples formas de conformarse: estampación, extrusión, inyección a presión, forjado, doblado, corte, taladro, maquinado...

• Absorción de vibraciones y energía cinética: el Aluminio puede absorver al menos dos veces la energía de impacto comparado con el acero.

Metal Densidad(g/cm3)

Costorelativo

Resist.Tensión (PSI)

Resist.Tensión(kg/cm2)

Magnesio 1,74 15 55.000 3.867

Aluminio 2,70 6 83.000 5.835

Titanio 4,51 50 160.000 11.248

Cinc 7,13 5 75.000 5.273

Hierro 7,87 1 200.000 14.060

Níquel 8,90 40 180.000 12.654

Cobre 8,93 10 150.000 10.545

Plomo 11,36 3 10.000 703


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1.2.3 - Magnesio

El Magnesio es el más ligero de todos los metales estructurales, con una densidad de 1.74g/cm3, comparado con los 2.7g/cm3

del Aluminio y con unos requerimientos energéticos un 26% menores comparados con éste último.

En cuanto a sus propiedades mecánicas, las aleaciones de Magnesio no son tan resistentes como las del Aluminio pero sus resistencias específicas (resistencia/peso) son comparables.

Características de las aleaciones de Magnesio: • Ligereza: Es el más ligero de los metales estructurales,

33% menos que el Aluminio y 77% menos que el acero.

• Rigidez: Buena rigidez y excelente relación resistencia/peso.

• Alta conductividad, tanto eléctrica como térmica.• Resistencia a altas temperaturas de trabajo.• Alta precisión dimensional y estabilidad en proceso

de inyectado.• Elevada fluidez, lo que permite conseguir espesores

de pared delgadas y contribuir en el ahorro de costes. • Buenas características de acabado.• Reciclabilidad.• Ventajas económicas en comparación con los plásticos

e incluso con el Aluminio1.

(1) Hasta hace unos años, el Magnesio era mucho más caro que el Aluminio pero su precio ha disminuido considerablemente.

Figura 07Las llantas de aleación de los automóviles son tradicionalmente de Aluminio por la ligereza de este metal. Desde hace unos años, en el mundo de la competición ya se están utilizando llantas de Magnesio por el ahorro de peso que representa. Hoy en día los vehiculos más lujosos permiten la opción de llantas de Magnesio para los clientes más entusiastas.

Existen seis tipos de aleaciones de Cinc distintas que se diferencian en el contenido de algunos de sus aleantes como el Cobre y el Magnesio. La elección de una u otra va muy ligada con la geometría de la pieza y su uso final:

Tipo Zamak Propiedades y Aplicaciones

Aleaciones de Cinc 2 Se utiliza para la fabricación de moldes.

Aleaciones de Cinc 3Piezas de geometría complicada con alto grado de dificultad y contornos agudos.

Aleaciones de Cinc 5Gran estabilidad dimensional y facilidad de inyectar, aplicable a carburadores, bombas de agua y de gasolina.

Aleaciones de Cinc 7Mejora su facilidad en la fundición. Se utiliza para fabricar electrodomésticos como extractores, exprimidores y otras piezas de uso rudo.

Aleaciones de Cinc 10Es el más económico de la línea: elaboración de trofeos y todas aquellas piezas que no requieren un buen acabado.

Aleaciones de Cinc AZCAdornos para bolsas de mano, herrajes para zapatos, mochilas, llaveros.

Probablemente la razón tecnológica principal por la cual el Magnesio esta en menor uso comparado con el Aluminio es su mal comportamiento frente a la corrosión en ambientes agresivos: no resiste bien los ambientes marinos y en contacto con otro metal provoca corrosión galvánica ( el Magnesio es un metal muy electronegativo según la serie electromotriz). Por ello, sus principales aplicaciones industriales se centran en piezas de interiores aunque las recientes innovaciones en materia de recubriminetos anticorrosivos permiten ver la luz en aplicaciones para exteriores.

El Magnesio contribuye de forma decisiva a las necesidades de ahorro de peso en piezas de los distintos sectores industriales. Su utilización en automoción y electrónica ha crecido un 350% en los últimos 10 años y se prevé un crecimiento anual del 25% hasta el 2008.

Figura 06Con el Zamak pueden obtenerse piezas de geometría complicada con altas velocidades de inyección.


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1.2.4 - Aleaciones de Cobre

El Cobre es uno de los metales de mayor uso y ya fue utilizado en épocas prehistóricas. Debido a su extraordinaria conductividad, su principal uso se centra en la industria eléctrica.

Las aleaciones con base de Cobre son más pesadas que las de Hierro pero han sido ampliamente utilizadas por su excelente ductilidad, facilidad de soldar, resistencia a la corrosión, conductividad térmica y eléctrica. De las distintas aleaciones existentes destacaremos el Latón y el Bronce.

Latón

El Latón (llamado también Cobre amarillo) es una aleación de Cobre que se le añade Cinc para mejorar sus propiedades mecánicas. Las aleaciones de Latón más comunes son las que contienen del 30 al 35 % de Cinc por ser más baratas, dúctiles y fáciles de trabajar. Al disminuir el contenido de Cinc, las aleaciones de Latón se aproximan cada vez más al Cobre en sus propiedades y mejoran su resistencia a la corrosión.

El Latón puede forjarse, laminarse en caliente o en frío y estirarse, lo que permite la obtención de barras, chapas, hilos, perfiles, tubos, etc...

Aunque es una aleación pesada, se emplea mucho en la industria para fabricar accesorios eléctricos, instrumentos y piezas en general que deban trabajar en ambientes húmedos y tener buena conductividad térmica o eléctrica, y en ámbitos tan variados como el de la construcción naval o la fontanería.

Bronce

El Bronce es una aleación de Cobre y Estaño2 en distintas proporciones, que a su vez puede contener otros elementos como el Cinc, Plomo, etc. Los Bronces pueden fundirse en moldes y mecanizarse.

Son muy utilizados para la construcción de piezas sometidas a grandes rozamientos, como son los cojinetes de deslizamientos, guarniciones de válvulas y grifos, rodetes de bombas, coronas de engranajes, etc.

1.2.5 - Aleaciones Níquel- Monel

El Monel es el nombre comercial que reciben las aleaciones compuestas de Níquel (67% a 70%) y de Cobre.

La resistencia mecánica de la aleación es algo mayor que el Níquel sin alear sin sacrificar ductilidad y tiene un peso específico de 8,8 g/cm3. Las aleaciones de Níquel-Cobre mantienen básicamente las excelentes propiedades de formabilidad y de soldabilidad del Níquel; se pueden forjar, laminar y estirar, por lo que podemos obtener barras, chapas, tubos, alambres, etc..que se pueden mecanizar y soldar.

Debido a su buena conductividad térmica y resistencia a la corrosión, el Monel se utiliza frecuentemente en intercambiadores de calor, condensadores, bombas, válvulas, etc...

UTILIZACIÓN DEL COBRE EN EUROPA POR SECTORES.

(2) Bronce es una aleación Cobre-Estaño, sin embargo, actualmente las aleaciones de bronce pueden no contener Estaño y se le agregan otros elementos como Cinc, Aluminio, Berilio, Fósforo, Silicio y Plomo, que mejoran sus cualidades mecánicas con o sin tratamiento térmico.

Figura 08El Cobre es mayoritáriamente utilizado en el sector eléctrico y construcción por su gran conductividad.


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2 TIPOS DE UNIONES METÁLICAS MEDIANTE ROSCAS

Una vez realizado un breve repaso de los materiales metálicos más utilizados en la industria, analizaremos las distintas alternativas existentes para la unión de piezas metálicas. Básicamente podemos resumir las técnicas para la unión de metales en 4 grandes grupos:

• Por Soldadura.• Por remachado entre piezas o mediante un vástago.• Mediante adhesivos químicos.

• Por ensamblaje mediante dos roscas (macho y hembra).

Cada uno de estos 4 sistemas de unión tiene sus ventajas e inconvenientes que debemos valorar en el momento de realizar el diseño de la unión sobre una pieza metálica. Existe abundante bibliografía teórica y práctica para cada uno de estos métodos de unión, que no pretendemos en ningún caso sustituir. El propósito de CELO al editar este manual es tan sólo resumir nuestros conocimientos prácticos y experiencias frente a los diversos problemas, así como mostrar las soluciones adoptadas en las uniones mediante roscas y tornillos.

2.1 Ventajas de las uniones roscadas respecto a otros sistemas

• Permiten unir elementos de materiales distintos y de formas diversas.

• Posibilidad de escoger diferentes elementos roscados en función de los requerimientos del ensamblaje: resistencia mecánica, resistencia a la corrosión, conductividad eléctrica, etc...

• Facilidad de instalación y automatización, ya sea en montajes de series industriales como el montaje en obras.

• Remontable: permite la manipulación y desinsta-lación una vez roscado (especialmente importante para piezas que requieren mantenimiento, o incluso los inevitables reprocesos en línea)

• Fácil reciclabilidad: permite separar los componentes ensamblados con gran rápidez.

Figura 09La rapidez y remontabilidad de las uniones mediante roscas es difícil de obtener por las otras técnicas de unión.

2.2 ¿Que es una rosca? Un poco de historia...

Una rosca es “en su esencia” un mecanismo que permite transformar “fuerzas de torsión” en “fuerzas axiales”. De hecho se utiliza esta propiedad para transporte de materiales: la rotación de la rosca “sinfin” transforma las fuerzas de torsión en desplazamiento axial o longitudinal.

Figura 10Rosca “sinfin”, utilizada para transporte de fluidos y materiales en muchos sectores.

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Rotación

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2.- Tipos de Uniones Metálicas mediante Rosca

Este proceso de unificación de normas de roscas culmina a finales del siglo XX, con la creación de una única norma internacional para tornillería (norma ISO), que afortunadamente para Europa, ha adoptado como estándar la norma de rosca métrica según DIN. La adaptación de roscas según norma ISO en el resto del mundo se está realizando de forma bastante más rápida de lo que inicialmente se pensó debido a la globalización de la industria. La razón es bastante evidente: La unificación de las roscas representa un ahorro muy grande para las empresas que fabrican y venden globalmente en los cinco continentes. La estandarización permite ensamblar con los mismos modelos de tornillos independientemente del lugar donde se sitúan las líneas de ensamblaje o las fábricas de sus proveedores. Por otra parte, se reducen los stocks y facilita la logística de recambios.

• En Inglaterra y sus antiguas colonias de Asia y Australia, imperó la norma Whitworth con perfil de rosca a 55º.

• En Estados Unidos, se estandarizó hasta 1948 el American National Thread (ANT). En 1948, las roscas Withworth y ANT se unificaron en las normas UNC (rosca metales paso estándar) y UNF (rosca metales paso fino), que se utilizan principalmente en Estados Unidos, Canadá, Centro y Sudamérica.

• En la Europa ‘continental’, se adoptó la norma alemana de rosca métrica según DIN .

• Japón, la segunda potencia económica mundial durante la segunda mitad del siglo XX, quedó bastante aislada con sus normas JIS.

Figura 12Distribución geográfica de las distintas normas de rosca.

La rosca fue inventada en el año 400 a.C aproximadamente por el matemático griego Archytas de Tarentum, el llamado “padre de la mecánica”. Uno de los primeros empleos de la rosca fue en las prensas, para la extracción del aceite de las olivas y el zumo de las uvas. Desde entonces, el diseño y la utilización de las roscas han tenido una evolución constante en distintas aplicaciones: empezando por el transporte de fluidos, hasta los elementos de fijación compuestos de un tornillo y una tuerca.

En referencia a las roscas para la unión de piezas, durante muchos siglos cada ‘artesano’ fabricaba sus tornillos y sus tuercas según su propio criterio. El paso, las alturas de rosca, los ángulos de rosca, los ángulos de hélice, etc... eran diferentes según el constructor. En plena revolución industrial surgió la necesidad de unificar y normalizar las roscas para asegurar que las fijaciones fueran compatibles entre los distintos fabricantes y los diferentes países. De esta forma se facilitaría su fabricación en masa con el objetivo de reducir costes y facilitar el aprovisionamiento en caso de reparación.

Es importante destacar que las roscas fueron los primeros elementos en estandarizarse en los distintos países y en la segunda mitad del siglo XX, se normalizaron un gran número de diferentes tipos de roscas: ACME, ANT (American National Thread), Buttress, Whitworth, Whitworth gas, Métrica, etc). Es una curiosa lección de historia observar y conocer como a lo largo del siglo XX, los países con mayor potencial económico fueron imponiendo sus normas de roscas para metales dentro de sus áreas de influencia:

Figura 11La rosca se utilizó inicialmente para prensar fluidos.

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2.3 Uniones mediante tornillo y tuerca preformada

Las uniones mediante rosca y tornillo se pueden dividir en dos grandes grupos:

1. Uniones en que la rosca hembra se realiza previo al ensamblaje: (tornillo+tuerca)2. Uniones con tornillos autorroscantes que realizan la rosca hembra “durante” el ensamblaje.

La unión mediante un tornillo y una tuerca ha sido sin duda la más común, fácil de utilizar, y a veces incluso la más económica en el caso de ensamblajes manuales y en series cortas. Sin embargo este tipo de unión presenta algunos inconvenientes técnicos y su automatización resulta difícil, principales motivos que hacen que sea una solución cara y no recomendable para grandes series industriales.

2.3.1 - Inconvenientes de la unión de roscas sobre tuercas preformada:

1. Aflojado por relajación del ensamblaje En la unión de dos piezas mediante un tornillo métrico con una tuerca preformada, intervienen las siguientes fuerzas de fricción:

• Fricción de la parte inferior de la cabeza del tornillo con la base de la pieza (detalle A).

• Fricción de los filetes del tornillo con la tuerca (detalle B). Ambas fuerzas son las responsables de mantener la unión firme. De hecho, la compresión entre la cabeza del tornillo y el material fijado produce la fricción entre los filetes de tornillo y tuerca (detalle B), y la misma fuerza axial provoca la fricción entre la cabeza del tornillo y el material base (detalle A).

Por una parte, cuanto mayor sea el par de apriete, mayor será la compresión, y mayor el bloqueo del ensamblaje por fricción. Pero por otro lado, una alta compresión también acelera la relajación de los materiales fijados (ver figura 14). Esta relajación repercute en una pérdida de la compresión, y en consecuencia, de las fricciones responsables del bloqueo del ensamblaje. Esta situación se agrava cuando coinciden uno de los siguientes factores:

• Uniones sometidas a movimientos vibracionales.• Distintos coeficientes de expansión térmica de los

diferentes materiales de la unión.• Par de apriete insuficiente. En la gran mayoría de

casos, el aflojado de la unión es más que probable.

Figura 13Detalle de las fuerzas de fricción:(A) Bajo la cabeza del tornillo.(B) Filetes del tornillo y tuerca.

Figura 14Inmediatamente después de aplicar el par de apriete, los materiales de la unión se relajan perdiendo entre un 2-11% de la compresión inicial.En los dias posteriores la relajación de los materiales continúa hasta perder entre un 2-5% más.Como promedio la unión pierde un 10% de la compresión inicial después de 3 semanas.

La hélice de la rosca del tornillo favorece el aflojado debido a la pérdida de compresión.

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2. Aflojado por vibración.El problema es básicamente el mismo del apartado anterior pero incrementado por el efecto de las vibraciones (existen muy pocos casos de uniones totalmente estáticas).

Cuando el ensamblaje está sometido a vibraciones, las fuerzas que actúan sobre el filete de rosca en forma de hélice, favorecen el “desatornillado”, y en consecuencia el “aflojado” de la unión.

Además las variaciones de temperatura en diferentes materiales generan distintos grados de expansión térmica en tornillo y tuerca, que favorece una vez más el aflojado.

Algunas de las soluciones utilizadas para minimizar el aflojado por vibraciones son:

• Aplicación de adhesivos en la rosca, que tienen sus limitaciones técnicas frente a las temperaturas y no garantiza la resistencia al aflojado en posteriores operaciones de roscado y desenroscado.

• Aplicación de frenos por fricción en la tuerca (por ejemplo DIN 985) o estrías bajo la cabeza del tornillo. El principal problema es que deja de ser efectivo cuando no hay fricción.

Algunas de las soluciones comunmente utilizadas para solucionar el problema de aflojado por relajación son:

• Aumentar el par de apriete para indirectamente incrementar la fuerza de fricción entre los filetes del tornillo y de la tuerca. Sin embargo esta solución no siempre es posible pues el aumento de compresión, puede dañar la pieza a unir, provocar relajación de la unión en mayor medida (anteriormente comentado), pasar de rosca el ensamblaje e incluso llegar a la rotura del tornillo.

• Re-apretar la fijación unas horas después del ensamblaje, solución inviable y cara en la mayoría de aplicaciones industriales. Tampoco nos asegura un aflojado posterior.

• Utilizar arandelas de muelle que mantengan la compresión después de la relajación. Esta solución es difícil de automatizar y cara por el coste de los diversos elementos de ensamblaje, tiempo necesario en posicionar las arandelas en el tornillo antes del roscado, aunque puede minimizarse con la utilización de tornillos con arandela incorporada.

Figura 15Unión con tornillo rosca métrica con arandela grower para mantener la compresión del ensamblaje.

Continuación de:Inconvenientes de la unión de roscas sobre tuercas preformada

Figura 16Las estrias bajo la cabeza del tornillo pueden dañar la pieza base, que en algunos casos puede ser un impedimento estético.

14


2.4.1 - Unión tornillo métrico sobre pieza roscada

Este tipo de unión se realiza con un tornillo métrico sobre un agujero al que se le debe realizar una rosca interna con un macho de roscar.

La compresión del ensamblaje que se aplica a través del par de apriete, se transmite desde la superficie del tornillo a cada uno de los flancos tal y como se indica en la figura 19.

2.4 Tipos de ensamblaje de tornillo y tuerca preformada

Figura 20En piezas con gran número de agujeros, el coste de las operaciones previas se dispara.

Los principales motivos para la utilización son su gran popularidad y versatilidad.

Por contra, presenta los inconvenientes anteriormente descritos: riesgo de aflojado por vibración, pérdida de compresión, roscas cruzadas, etc… aunque el factor determinante para la sustitución de tornillo métrico sobre tuerca pre-roscada, es EL ELEVADO COSTE DE LAS OPERACIONES PREVIAS: preparación del agujero, creación de rosca con macho de roscar, limpieza de virutas y lubricante, inspección de roscas creadas…

Según nuestra experiencia, el coste de creación de una rosca de M4 es de 6 a 20 €/1000 pzas, siempre y cuando las operaciones se realicen de forma automática. ¡Este coste es mucho más caro que el del propio tornillo!.

Figura 19La compresión se transmite a cada uno de los flancos de la rosca.

Continuación de:Inconvenientes de la unión de roscas sobre tuercas preformada

Figura 17Cruzado de

rosca debido al desalineado respecto

a la vertical en la entrada de un tornillo métrico.

3. Difícil automatización y elevado coste de ensamblaje.

Posicionar tornillo y tuerca de forma automática no es nada fácil si debemos conseguir cadencias de ensamblaje industrialmente rentables. Para facilitar la tarea es frecuente fijar la tuerca mediante soldadura, remachado o mediante un clip metálico, pero estas alternativas encarecen las operaciones previas. También existe la opción de fijar primero el tornillo, aunque no es tan usual, exceptuando los casos en los que el tornillo permite aguantar y posicionar la pieza (normalmente de bastante peso) que luego vamos a fijar con una tuerca (montajes de puertas de automóvil por ejemplo).

4. Cruzado de roscas durante el inicio del ensamblaje:

El ángulo de hélice de un tornillo de rosca métrica es de unos 2º. La mínima desviación en la verticalidad de entrada del tornillo en la tuerca, provoca que el primer hilo de rosca del tornillo se alinee con el segundo o tercer hilo de rosca de la tuerca.

En un montaje con atornilladoras neumáticas o eléctricas, el operario, y mucho menos un robot, no son

normalmente capaces de detectar el engarce defectuoso de hilos de rosca, ocasionando

la destrucción de la rosca interna de la tuerca. Para minimizarlo, y sobre

todo en agujeros de difícil acceso, es frecuente diseñar un pivote de guía

en la punta del tornillo, aunque encarece el precio de compra.

Figura 18La punta guía facilita el posicionado en cualquier tipo de rosca.

15


2.4.2 - Unión tornillo métrico + tuerca estándar

La unión de un tornillo rosca métrica con una tuerca hexagonal es el ensamblaje más conocido para la unión de piezas con agujero pasante. Las piezas quedan unidas por la compresión que se establece a través del par de apriete entre la cabeza del tornillo y la tuerca (ver figura 21).

Los principales motivos para su utilización son su gran popularidad y versatilidad. Por contra, esta unión presenta todos los inconvenientes señalados en el apartado anterior, destacando en especial la difícil automatización y el elevado coste de mano de obra. Además, el diseño del ensamblaje es muy limitado por la accesibilidad en colocar la tuerca.

2.4.4. Tuerca soldable

La tuerca soldable es una de las soluciones más comunes para automatizar el ensamblaje de un tornillo métrico y una tuerca.

Motivos a favor de su utilización:

• Simplifica la automatización en la colocación del tornillo.

• Reduce el tiempo de ensamblaje (no hay que colocar la tuerca).

Como desventajas destacar:

• Elevado coste de la tuerca y de la operación de soldar.

• No puede utilizarse en chapas finas por la deformación que ocasiona la soldadura.

2.4.3 - Tuerca enjaulada

Las tuercas enjauladas permiten el ensamblaje en chapas finas mediante un clip metálico que envuelve una tuerca normalmente cuadrada. Mediante este sistema se obtiene una fijación muy robusta, aunque presenta algunas desventajas:

• Elevado coste de la operación de inserción de la tuerca: Se precisa un utillaje especial para insertar la tuerca y no se puede automatizar.

• Alto Coste de los componentes: tuerca enjaulada + tornillo.

Figura 21Ensamblaje de tornillo métrico con tuerca estándar.

Figura 22La tuerca enjaulada se clipa en la chapa fina para poder roscar un tornillo métrico.

La tuerca queda soldada por los cuatro puntos de la parte inferior.

COMPRESIÓN

Figura 23Tuerca soldada en chapa.

16


2.4.5 - Tuerca clavable.

Es una tuerca que se introduce por presión sobre agujeros taladrados o estampados en chapas finas. En la parte inferior dispone de unas estrías que provocan el deplazamiento en frio del material de la chapa en su instalación.

Como principal ventaja destaca su rapidez de instalación: diferencia de las tuercas soldables, la operación previa es rápida y automatizable en el mismo proceso de punzonado de la chapa, sin necesidad de útiles especiales.

Por contra, es una pieza relativamente cara y ofrece poca resistencia a la tracción respecto a la otras soluciones anteriormente citadas.

2.4.6 - Tuerca remachable

La tuerca remachable es la versión reutilizable de los remaches. Se trata de un cuerpo cilíndrico de un metal dúctil, con una rosca interna métrica que permite la sujeción con un tornillo métrico, realizando un remachado de las dos piezas a unir durante el roscado del tornillo (ver figura 25).

La fijación final es muy robusta tanto a fuerzas axiales como a cizalladura, pero resulta difícil de automatizar e incrementa el coste del ensamblaje por tiempo de instalación y precio de tuerca remachable.

Figura 24Vista de una tuerca

clavable.

Figura 25Esquema de colocación de una tuerca remachable.

1. Colocación tuerca remachable. 2. Remachado. 3. Atornillado.

17

El primer diseño de tornillo autorros-cante que solventó este problema fue el tornillo rosca cortante: Este es un tornillo con un paso de rosca métrica y con unos cortes longitudinales que crean la rosca hembra por arranque de viruta (igual que un macho de roscar). Aunque en su momento pareció ser una buena solución, los tornillos trilobulares han mejorado su rendimiento.

3 UNIONES CON TORNILLOS AUTORROSCANTES

En el apartado anterior hemos visto que las uniones de tornillos sobre rosca hembra preformada son un ensamblaje esencialmente caro y poco seguro.

Su utilización industrial se ha reducido progresivamente en favor de los tornillos autorroscantes, ya que aportan importantes soluciones a los ensamblajes sobre metales y reducen notablemente los costes de las operaciones previas de ensamblaje.

3.1 Qué son los tornillos autorroscantes? Su evolución

Los tornillos autorroscantes se caracterizan por su capacidad de ‘crear su propia rosca’ en el agujero donde se introducen por atornillado. A diferencia de los tornillos de rosca metales (tornillos métricos), los tornillos autorroscantes se caracterizan por:

1. Crear la rosca hembra o bien por deformación plástica (rosca chapa y Trilobulares) o bien por arranque de viruta (rosca cortante).

2. Poseen elevada dureza superficial: para crear una rosca hembra en el metal es necesario que la dureza superficial del tornillo sea significativamente superior a la dureza de la pieza base.

3. Pueden instalarse desde “un solo lado” (al contrario que un tornillo métrico con tuerca, que precisa acceso desde ambos lados para sujetar los dos componentes). Pueden ser desinstalados con facilidad y son habitualmente reutilizables.

Los primeros diseños de tornillos autorroscantes aparecieron a principios del siglo XIX. Eran evoluciones sencillas de tornillos para madera; tenían un paso de rosca casi el doble de un tornillo para metales, y una dureza superficial elevada. Su primera aplicación fue la fijación de chapas de tubos de calefacción y de ventilación, dada la dificultad de unirlos con un tornillo y una tuerca. De ahí salió el nombre de “tornillos rosca chapa”, denominación que comúnmente se conoce a los tornillos autorroscantes de paso ancho.

A medida que los materiales evolucionaban y aparecían nuevas aleaciones metálicas en los procesos industriales, los ensamblajes se seguían realizando con tornillos rosca chapa. Era una solución polivalente, “casi milagrosa” en un sinnúmero de aplicaciones, pero a medida que aumenta el grado de exigencia mecánica de la unión, más necesario era el uso de otro tipo de tornillos autorroscantes.

Los tornillos rosca chapa tienen buenos comportamientos en espesores de chapa de acero entre 0.3 y 0.8 veces su diámetro nominal, siempre y cuando el diámetro de agujero diseñado sea el correcto (según Norma DIN 7970), pero presentan problemas en profundidades de ensamblaje mayores (entre 1 y 2 veces el diámetro del tornillo).

Rosca madera

Rosca métrica Rosca chapa

En los años 60, se desarrolló una nueva generación de tornillos autorroscantes con perfil lobular, que han demostrado ser hasta el día de hoy, la mejor solución a la fijación estructural de metales.

Aunque se han desarrollado tornillos con otros perfiles, los que han demostrado mejor rendimiento son los tornillos autorroscantes Trilobulares™ (con tres lóbulos), entre los que gozan de mayor aceptación a nivel mundial son los fabricados según normas Taptite®.

Figura 26Diferencias de ángulo de filete y paso de rosca de tornillos rosca métrica, rosca chapa y rosca madera.

Figura 27Las aplicaciones con tornillos rosca

cortante son muy específicas.

18

3.2 Ventajas en la utilización de Tornillos Trilobulares™ TAPTITE®

Los tornillos autorroscantes Trilobulares™ fueron una verdadera revolución en la industria desde su invención en los años 70. Muchos han sido los diseños que, con mayor o menor éxito, han “copiado” el diseño original Taptite®.

Sin embargo las normas DIN o ISO no definen, ni la forma ni las tolerancias de la rosca. Al no existir una norma internacional, cada fabricante “no licenciatario” establece “su” trilobularidad, “sus” diámetros y tolerancias,“su” forma de entrada progresiva. De hecho, la norma DIN 75004 no define la geometría de la rosca, y por lo tanto, un tornillo de 4 lóbulos, 5 lóbulos o cualquier otra forma puede cumplir dicha norma. El resultado es que, según el fabricante de los tornillos e incluso según el fabricante de los utillajes de producción, los tornillos copias de Taptite® tienen comportamientos muy distintos en un mismo ensamblaje. Esta irregularidad de comportamiento entre fabricantes e incluso entre lotes de un mismo fabricante es uno de los mayores problemas que el Departamento Técnico de CELO detecta cada día.

En contraposición a este problema, los tornillos Taptite® ofrecen una regularidad en su diseño y en sus propiedades mecánicas, pues están fabricados exclusivamente por fabricantes licenciatarios, siguiendo estrictamente las normas de la empresa Reminc5. Además, los utillajes utilizados en la fabricación sólo pueden ser suministrados por proveedores autorizados.

Los tornillos TrilobularesTM no se limitan a un solo modelo. La experiencia de utilización de más 17.000 millones al año de genuinos tornillos TrilobularesTM en todo el mundo, ha permitido a la empresa licenciataria Reminc desarrollar hasta 35 modelos diferentes de roscas Trilobulares™, cada una de ellas diseñada para optimizar una problemática concreta de ensamblaje.

Además, cada diseño de rosca TrilobularTM incorpora una serie de detalles técnicos que aseguran una mayor eficiencia tanto en la fabricación como en la utilización de los tornillos, que difícilmente pueden ofrecer los fabricantes no licenciatarios.

3.- Uniones Con Tornillos Autorroscantes

(3) Con respecto a este último punto, es importante conocer que para un mismo diámetro de tornillo pueden adaptarse hasta 5 tipos diferentes de puntas taladro que harán el agujero del diámetro apropiado a cada grueso de perfil.(4) DIN 7500: Tornillos autorroscantes para rosca métrica ISO.(5) Los tornillos Trilobulares™ han sido desarrollados y patentados por la empresa Reminc.

Los tornillos Trilobulares™ tienen un perfil de rosca parecido al de la rosca métrica pero con sección Trilobular™. Esta característica así como un diseño de chaflán progresivo en la punta, permite aplicar las fuerzas de laminación de forma progresiva y concentradas en sólo 3 puntos reduciendo así los puntos de fricción (Las ventajas de estos tornillos quedan descritos en el capítulo 4).

Durante los años 1960, se desarrolló el último gran avance de los tornillos autorroscantes: los tornillos autotaladrantes. Este tipo de tornillos contribuye decisivamente al ahorro de costes de ensamblaje, pues evita la operación de taladrado. Además asegura el correcto dimensionado del agujero en función del grueso del perfil que queremos taladrar3.

En los inicios del siglo XXI, continúa la evolución en los diseños de tornillos autorroscantes, adaptándose a las necesidades de la industria actual. A destacar el diseño de tornillos autorroscantes Remform® F para aleaciones metálicas ligeras como son el aluminio y el magnesio, y el diseño de tornillos autorroscantes para chapas de acero y de aluminio de bajo espesor, Fastite® 2000™ . De todos estos diseños hablaremos en los capítulos 7 y 6 respectivamente.

Figura 28Vista de un ensamblaje con tornillo autotaladrante.

19


En definitiva, los auténticos tornillos TrilobularesTM son en todos los sentidos la mejor alternativa para sus ensamblajes pues le ofrecen:

• Una amplia gama de soluciones para reducir los costes y mejorar las prestaciones mecánicas de “SU” ensamblaje.

• Productos uniformes, controlables y probados.

• Productos asequibles en todo el mundo.

• TAPTITE® 2000™

• TAPTITE® 2000 “SP”™

• FASTITE® 2000™

• TAPTITE® II

• DUO-TAPTITE®

• TAPTITE® “CA”

• KLEERLOK®

• EXTRUDE-TITE®

• PLASTITE® 45

• PLASTITE® 48-2

• PLASTITE® 60

• PUSHTITE® II

• POWERLOK®

• CORFLEX®

Research Engineering & Manufacturing

3.2.1 - Ventajas económicas A) Reducción de costes de ensamblaje

Uno de los objetivos más frecuentes planteados por la dirección de las empresas a sus departamentos de compras es la reducción de un porcentaje determinado en el precio de los productos de compra.

En el caso de la tornillería, esta estrategia no es la más acertada ya que, el coste del tornillo representa tan sólo un 15% del coste total de las operaciones de ensamblaje. Imaginemos que conseguimos una disminución del precio de compra de los tornillos del 20% (difícil de imaginar!!): Este porcentaje aplicado al 15% de los costes globales que representa el precio del tornillo, significa que conseguiremos una reducción del 3%. Si por el contrario disminuimos tan sólo un 10% de las operaciones de ensamblaje (fácilmente asequible con un tornillo autorroscante), tendremos una reducción de costes del 8.75%.

Figura 29Únicamente el 15% del total del coste de ensamblaje corresponde al coste directo del tornillo. Los tornillos Trilobulares han sido especialmente concebidos para reducir de forma significativa el 85% restante.

B) Un solo diseño, una sola homologación y un solo Aprovisionamiento “World wide”

Los tornillos Trilobulares Taptite® poseen su propia norma de tolerancias de forma que es posible el aprovisionamiento por medio de cualquier licenciatario, garantizando en todo momento su excelente comportamiento. Esto es especialmente favorable para aquellas empresas que ensamblan el mismo producto en diferentes fábricas localizadas en distintos países, permitiendo el aprovisionamiento del mismo tornillo, bajo la misma especificación técnica, con igual rendimiento, ahorrando tiempo y dinero en homologaciones.

Esta es la gran diferencia en intentar disminuir el precio de compra de los tornillos, 3% de ahorro, frente a la reducción de costes asociada a las operaciones de ensamblaje, 8.75% de ahorro.

Figura 30Distribución geográfica de los distintos licenciatarios Taptite®.

Estos son algunos de los productos patentados por Reminc.

20

El siguiente cuadro detalla los costes directos e indirectos (basados según datos año 2005) y los riesgos asociados a cada operación de ensamblaje con TORNILLO MÉTRICO sobre tuerca preformada.


TIEMPO DE LAS OPERACIONES COSTES DIRECTOS ASOCIADOS COSTES INDIRECTOS ASOCIADOS RIESGOS ASOCIADOS ESTIMACIÓN

COSTE/Ud.

TALA

DRO

-Tiempo taladro-Consumo de brocas-Tiempo preparación máquina-Tiempo cambio brocas

-Aprovisionamiento y stock brocas-Identificación y control de brocas-Mantenimiento máquina perforar

-Error en diámetro de agujero-Rotura de broca 0,04 €

SOPL

AD

O V

IRU

TAS

-Tiempo soplado -Mantenimiento del equipo -Limpieza ineficaz de virutas 0,016 €

LUBR

ICAC

IÓN

Y RO

SCAD

O

-Tiempo lubricación-Consumo lubricante-Tiempo roscado con macho de

roscar-Consumo de machos de roscar-Tiempo preparación de

máquina

-Aprovisionamiento y stock de lubricantes

-Aprovisionamiento y stock de machos de roscar

-Mantenimiento máquina de roscar

-Rosca mal formada en el agujero

-Rotura macho de roscar, obstrucción del agujero

0,08 €

LIMP

IEZA

LUB

RICA

NTE

Y VI

RUTA

S

-Tiempo limpieza lubricante y virutas

-Consumo disolventes

-Aprovisionamiento y stock disolventes

-Mantenimiento del equipo-Limpieza ineficaz de virutas 0,032 €

VERI

FICA

CIÓN

ROS

CAS

-Tiempo verificación-Compra galgas, calibres y

equipos de medición-Reprocesos roscas incorrectas

-Mantenimiento y calibración elementos de medición

-Identificación y control de elementos de medición

-Error de verificación 0,16 €

ATO

RNIL

LAD

O -Coste tornillo-Coste arandelas para evitar

desenroscado-Tiempo atornillado-Tiempo colocación arandelas,

tuercas...

-Aprovisionamiento y stock elementos de fijación

-Mantenimiento atornilladora

-Tolerancia entre tuerca y tornillo provocan aflojado de piezas sometidas a vibración

-Roscas cruzadas

Tornillo: 0,0066 €Arandela: 0,0025 €

Tiempo: 0,056 €Total: 0,065 €

El coste total de las operaciones de ensamblaje con la utilización de un tornillo métrico es de 0,3933 € para cada unión, además de los riesgos asociados cuyo coste no está contemplado en el cuadro.

Total: 0,3933€/Ud.

5”

2”

10”

4”

20”

7”

21


TIEMPO DE LAS OPERACIONES COSTES DIRECTOS ASOCIADOS COSTES INDIRECTOS ASOCIADOS RIESGOS ASOCIADOS ESTIMACIÓN

COSTE/Ud.

TALA

DRO

-Tiempo taladro-Consumo de brocas-Tiempo preparación máquina-Tiempo cambio brocas

-Aprovisionamiento y stock brocas-Identificación y control de brocas-Mantenimiento máquina perforar

-Error en diámetro de agujero-Rotura de broca 0,04 €

SOPL

AD

O V

IRU

TAS

-Tiempo soplado -Mantenimiento del equipo -Limpieza ineficaz de virutas 0,016 €

ATO

RNIL

LAD

O

-Coste tornillo-Tiempo atornillado

-Aprovisionamiento y stock del tornillo

-Mantenimiento atornilladora

Tornillo: 0,0112 €Tiempo: 0,04 €

Total: 0,0512 €

Total: 0,1072€/Ud.

5”

2”

3”

El siguiente cuadro detalla los costes directos e indirectos (basados según datos año 2005) y los riesgos asociados a cada operación de ensamblaje con TORNILLO TRILOBULAR™ sobre agujero sin tuerca interna.

En el ejemplo expuesto, el tornillo TAPTITE® tiene un precio de compra

de 0,0046 €/Ud. más que el tornillo métrico. Sin embargo EL COSTE DE LAS OPERACIONES PREVIAS DE ENSAMBLAJE con el tornillo TAPTITE

® es de 0,286€/Ud. menos, lo que representa un 73% de ahorro.

El tiempo requerido es 5 veces inferior lo que conlleva un INCREMENTO EN LA PRODUCTIVIDAD: más piezas fabricadas con el mismo tiempo.

Y lo más importante, las ventajas mecánicas que adquiere el ensamblaje con la utilización de tornillos autorroscantes Trilobulares™ TAPTITE® son dificilmente alcanzables con un tornillo métrico con tuerca preformada (a continuación se detallan).

22

Juego Tornillo/Tuerca Taptite®:Sin Juego

C) Resisten al aflojado por vibración

Un estudio realizado recientemente en USA dio a conocer que el 23% de la totalidad de problemas en los automóviles vendidos se deben a aflojado de tornillos, de los cuales un 12% pertenecía a coches nuevos.

Una de las ventajas más significativas de los tornillos Trilobulares™ Taptite® es que resisten el aflojado a la vibración por partida doble:

• Por una parte, los tornillos Trilobulares™ Taptite® crean su propia rosca en el agujero eliminando la tolerancia entre tornillo y tuerca interna.

• Por otro lado, el material desplazado fluye para envolver la caña del tornillo ejerciendo bloqueo en toda su longitud.


3.2.2 - Ventajas mecánicas

A) Bajo par de roscado.

Esta es sin duda una de las características más destacables de los tornillos Taptite®: la geometría Trilobular™ de la rosca ejerce presión de forma intermitente durante el roscado, disminuye la fricción y el esfuerzo necesario para crear la tuerca interna en el agujero.

Figura 31Gráfico obtenido de la comparación de los

tornillos indicados sobre una pieza de acero de un aparato de refrigeración.

Tornillo Par de roscado (Nm)

Par de fallo (Nm)

Taptite® II M4,5x10 mm 1,65 7,32DIN 7981 4,8x9,5 mm 2,10 6,29

Cliente 5x10 mm 3,43 7,33

Fig 32Efecto de laminación del metal Vs. efecto de corte.

Como consecuencia de los dos efectos mencionados, podemos asegurar que la resistencia al aflojado por vibración de los tornillos Trilobulares™ es óptima, mejorando incluso los resultados que podríamos obtener en tornillos con arandelas elásticas e incluso con parches adhesivos.

Los tornillos Trilobulares™ son, sin duda, los preferidos por los ingenieros de desarrollo en ensamblajes sometidos a vibraciones (automóvil, electrodomésticos, impresoras, por ejemplo).

B) Resistencia a la tracción.

Los tornillos Trilobulares™ Taptite® generan la tuerca sobre el agujero por laminación del material, sin arranque de viruta. Esta propiedad es fundamental para garantizar la resistencia a la tracción:

• Una vez introducido el tornillo, el material desplazado durante el roscado fluye para reocupar el espacio entre los lóbulos : la caña del tornillo queda totalmente envuelta por material.

Corte del Metal.

Fig 33El tornillo Taptite® crea una tuerca sin tolerancia.

Taptite®: laminación del Metal.

23

F) Roscado sin viruta

A diferencia del resto de tornillos autorroscantes, los tornillos Trilobulares Taptite® crean la contratuerca por laminación del material, sin arranque de viruta: fundamental en aplicaciones electrónicas donde es preciso evitar la presencia de restos metálicos por riesgo de cortocircuito.


D) Elimina la posibilidad de roscas cruzadas.

No es posible tener problemas de roscas cruzadas con un tornillo Trilobular ya que el agujero sobre el que roscamos no posee rosca hembra.

En el caso de lineas de ensamblaje automáticas, la efectividad es del 100%, sin necesidad de diseñar tornillos con puntas guia que encarecen el tornillo.

E) Aplicable en agujeros contaminados

La mayor dureza superficial de los tornillos Trilobulares™ Taptite® permite crear contratuerca incluso en agujeros contaminados por pintura, lacado, soldadura, etc... En determinadas lineas de ensamblaje ha permitido un gran ahorro de tiempo y costes en limpieza de agujeros, además de incrementar la productividad.

Figura 34El mal alineamiento respecto la verticalidad, provoca que los filetes del tornillo se superpongan a los de la tuerca. En líneas de ensamblaje automáticas, el atornillador no lo detecta y continúa ejerciendo fuerza hasta destruir totalmente la rosca interna.

G) Compatibilidad con tornillos estandar

La tuerca interna creada por los tornillos Trilobulares™ Taptite® tienen las mismas dimensiones que una tuerca con paso métrico, de forma que si por circunstancias varias se pierde el tornillo, podriamos roscar un tornillo métrico en su lugar. Esto lo hace muy versátil para aplicaciones que deban ser manipuladas por el usuario.

Restos de soldadura

Figura 36Vista de una tuerca contaminada con restos de soldadura.

Figura 35Los tornillos autorroscantes Trilobulares™ Taptite® crean su propia rosca sobre el agujero sin que exista la posibilidad que se superpongan los filetes de la rosca.

Figura 37Restos metálicos creados durante la formación de la tuerca por arranque de viruta.

24

4 Rosca TAPTITE® II

La rosca Taptite® II es sin duda una de las grandes “estrellas” de la familia de roscas TrilobularesTM compuesta por más de 30 tipos de roscas diferentes.

La utilización de tornillos Taptite® II supone un ahorro de costes muy importante al eliminar las operaciones previas de ensamblaje (descrito en capítulo 3 del mismo manual), además de ofrecer soluciones muy ventajosas a diversos problemas de ensamblaje comúnmente existentes en la industria.

• Una vez introducido el tornillo, el metal desplazado fluye envolviendo toda la sección del vástago, mayor la superficie de contacto metal-tornillo:

- Mayor resistencia a la tracción.

- Gran resistencia al aflojado por vibración.

• No existe tuerca preformada sobre el agujero, el propio tornillo crea la tuerca interna; elimina los problemas de roscas cruzadas.

4.1.2. Ángulo y paso de filete igual que rosca métrica• La tuerca creada en el metal permite la reutilización con tornillos métricos.

4.1.3. Rosca con entrada progresiva:• Menor par de roscado inicial.

3. Redistribución del metal desplazado envolviendo los espacios entre lóbulos.

4.1 Ventajas técnicas TAPTITE® II

4.1.1 - Rosca sección Trilobular™En comparación con otros diseños existentes, la trilobularidad de la rosca Taptite® II se caracteriza por:

• Bajo par de roscado, los tres lóbulos de la rosca ejercen presión intermitente sobre el agujero, que permite roscar el tornillo con menor esfuerzo; por ello es muy apropiado para ser roscado en agujeros profundos a pares de atornillado ergonómicos.

• Deformación de la tuerca interna por laminación, sin arranque de viruta.

- Evita riesgo de cortocircuitos en aplicaciones eléctricas y electrónicas.

- Tuerca interna de gran resistencia ya que no corta material sino que lo desplaza.

PUNTOS DE FRICCIÓN

PUNTOS DE FRICCIÓN

1. Puntos de fricción durante el roscado

2. Desplazamiento del metal por laminación.

Figura 38Curva de roscado de un tornillo Taptite® II vs. un tornillo autorroscante.

Par de roscado inicial Taptite® II

Par de roscado inicial tornillo autorroscante

25

Medidas en mm.

Estos valores han sido obtenidos experimentalmente con tornillos de cabeza hexagonal con arandela estampada, zincados y lubricados, y atornillados a bajo régimen de revoluciones en condiciones de laboratorio. Los datos presentados son únicamente válidos para las condiciones citadas, y todo cambio de cualquier término (grueso de chapa, material, diámetro de agujero) puede significar una variación en los resultados.

Diámetros de agujeros Taptite® II en aleaciones ligeras

Diámetro tornillo Hmin A L B Diámetro

tornillo F J L

M2 3,3 1,8-1,9 4 1,7-1,8 M2 1,8 1,0 4M2,5 4,2 2,3-2,4 5 2,2-2,3 M2,5 2,3 1,2 5M3 5,0 2,8-2,9 6 2,7-2,8 M3 2,8 1,3 6

M3,5 5,8 3,2-3,3 7 3,1-3,2 M3,5 3,2 1,6 7M4 6,6 3,7-3,8 8 3,5-3,6 M4 3,6 1,8 8

M4,5 7,5 4,2-4,3 9 4,0-4,1 M4,5 4,1 2,0 9M5 8,3 4,7-4,8 10 4,5-4,6 M5 4,6 2,1 10M6 10,0 5,6-5,7 12 5,4-5,5 M6 5,5 2,6 12M8 13,3 7,6-7,7 16 7,3-7,4 M8 7,4 3,3 16

4.2 Aplicaciones TAPTITE® II

El tornillo Taptite® II es ampliamente utilizado para el ensamblaje de piezas de aleaciones metálicas y chapas de acero en multitud de productos cuya utilización ha supuesto un gran ahorro en costes de ensamblaje. Los podemos encontrar en motores eléctricos, planchas, sartenes, retrovisores, neveras, etc... Además, en muchos casos ha solucionado problemas de ensamblaje aparentemente difíciles de solucionar, a un coste global menor que otras soluciones existentes.

Agujerosinyectados

Agujerostaladrados

4.3 Ficha técnica TAPTITE® II

Figura 39El típico juego entre el mango y la sartén se solucionó con la utilización de un tornillo autorroscante Taptite® II.

4.- Rosca TAPTITE® II

26

4.- Rosca TAPTITE® II

Diámetro tornillo

Espesor de chapa

(T)

Diámetro agujero

(D)

Par de atornillado

(Nm)

M21,0 1,8 0,52,0 1,8 0,72,5 1,8 1,2

M2,51,0 2,3 0,72,0 2,3 1,02,5 2,3 1,5

M31,0 2,7 1,02,0 2,8 1,43,0 2,8 1,6

M3,52,0 3,2 1,33,0 3,2 2,04,0 3,2 2,7

M42,0 3,6 1,83,0 3,7 3,34,0 3,7 4,3

M4,52,5 4,2 2,43,5 4,1 3,95,0 4,1 4,6

M52,5 4,6 2,83,5 4,6 6,05,0 4,6 7,0

M63,0 5,4 5,04,5 5,5 10,06,0 5,5 10,0

M84,0 7,3 20,06,0 7,4 28,08,0 7,4 30,0

Tornillos Taptite® II en chapa de acero con agujero rebordeado.

Tornillos Taptite® II en chapa de acero.

Diámetro Diámetro Espesor de Altura tornillo de agujero chapa rebordeado (D) (T) (H)

M2 1,8 0,5-0,9 0,5-0,6

0,7-1,3 0,4-0,5

M2,5 2,2 0,6-1,1 0,6-0,7

1,1-1,6 0,5-0,7

M3 2,7 0,8-1,4 0,7-0,9

1,4-2,0 0,6-0,8

M3,5 3,2 0,9-1,6 0,8-1,0

1,6-2,3 0,7-0,9

M4 3,6 1,0-1,8 0,9-1,2

1,8-2,6 0,8-1,1

M4,5 4,1 1,1-2,0 1,1-1,3

2,0-2,9 1,0-1,2

M5 4,5 1,3-2,3 1,2-1,5

2,3-3,3 1,1-1,3

M6 5,4 1,5-2,7 1,4-1,7

2,7-3,9 1,3-1,6

M8 7,3 2,0-3,6 1,9-2,3

3,6-5,2 1,7-2,1

Medidas en mm.


+ 1,00 mm- 0,00 mm

W MIN. = T/2

W MAX. = 0,6T

27

La rosca Taptite® 2000™ se desarrolló para combinar las prestaciones de otros modelos anteriores, y a la vez ofrecer un diseño que pudiera ser mundialmente aceptado.

La rosca Taptite® fue ampliamente utilizada en los años 70 por los principales constructores de automóviles en Norte América dado su bajo par de formación de rosca. No fue hasta la década de los 80 cuando Europa empezó a utilizar masivamente los tornillos Trilobulares™ en sus montajes, con la rosca Duo-Taptite®, ya que garantizaba mayores solicitaciones a la tracción en aplicaciones estructurales. La principal innovación aportada por la rosca Duo-Taptite® es la doble trilobularidad de la parte roscada (ver apartado 5.1.1).

La dualidad de diseños en Europa y EE.UU se mantuvo a lo largo de los años 80 y 90. A finales de esta última década, las grandes multinacionales (constructores de automóvil, electrónica, electrodomésticos, etc.) exigieron utilizar los mismos elementos de fijación en cualquier parte del mundo y que su diseño combinara una alta resistencia a la tracción y un bajo par de roscado (montaje ergonómico). Esto llevó a Reminc a desarrollar una nueva rosca que reuniera las mejores ventajas técnicas de ambos diseños, Taptite® II y Duo Taptite®, que pudiera sustituirlos y ser utilizado como estándar global en el ámbito mundial: Así es como nació la rosca Trilobular™ Taptite® 2000™.

5 ROSCA TAPTITE® 2000™

5.1 Ventajas técnicas TAPTITE® 2000™:

5.1.1 - Doble trilobularidad de la rosca

SECCIÓN A. Punta del tornillo con mayor grado de trilobularidad:

• Disminuye el par de formación de rosca. El par de roscado de la rosca Taptite® 2000™ es un 10% menor que la rosca Taptite® II (para un mismo diámetro); esto le hace muy favorable para el ensamblaje de tornillos de gran diámetro (M>8) a pares de roscado ergonómicos.

SECCIÓN B. Sección del vástago con menor grado de trilobularidad, aumenta la superficie de contacto entre el tornillo y la tuerca interna:

• Mejora el rendimiento a la tracción.

Figura 40Sección A: Trilobularidad en la punta del tornillo. Sección B:Trilobularidad en cuerpo del tornillo.

Sección A

Sección B

5.1.2 - Perfil radial del filete, aumenta la superficie de contacto entre el tornillo y la tuerca creada, (figura 41: D>d) contribuyendo a un mayor bloqueo de la rosca:

• Mayor resistencia al aflojado por vibración.

• Aumenta el par de pasado de rosca.

• Mayor ratio de seguridad, al disminuir el par de roscado y aumentar el par de pasado de rosca, obtenemos un amplio margen de seguridad durante el atornillado.

• Permite ensamblar a pares más elevados, transmitiendo mayor compresión al ensamblaje.

5.1.3 - Filetes estabilizadores en la punta• Mejor alineación axial en el agujero, el tornillo

tiende a alinearse verticalmente.

Figura 41Perfil radial del filete del tornillo Taptite® 2000™.

28

5.- ROSCA TAPTITE® 2000™

5.2 Aplicaciones TAPTITE® 2000™

El tornillo Taptite® 2000™ es muy apropiado para el ensamblaje en acero y en aleaciones ligeras, donde se requiera bajos pares de atornillado y elevada resistencia a la tracción. Además, el diseño de la punta facilita el alineado en el agujero y reduce el tiempo de atornillado inicial.

Para aplicaciones estructurales con elevadas solicitaciones a la tracción, existen versiones de Taptite® 2000™ con calidades similares a los tornillos métricos 8.8, 9.8 y 10.9: la dureza superficial de la rosca se consigue por tratamiento térmico por inducción CORFLEX® I.

La aplicación de pares más elevados permite transmitir mayor compresión al ensamblaje, garantizando la estanqueidad de piezas como bombas de agua, cuerpos de grifería de gas, entre otros.

5.3 Ficha técnica TAPTITE® 2000™

Diámetros de agujero Taptite® 2000™ en aleciones ligeras

Diámetro tornillo Hmin A L B Diámetro

tornillo F J L

M2 3,3 1,8-1,9 4 1,7-1,8 M2 1,8 1,0 4M2,5 4,2 2,3-2,4 5 2,2-2,3 M2,5 2,3 1,2 5M3 5,0 2,8-2,9 6 2,7-2,8 M3 2,8 1,3 6

M3,5 5,8 3,2-3,3 7 3,1-3,2 M3,5 3,2 1,6 7M4 6,6 3,7-3,8 8 3,5-3,6 M4 3,7 1,8 8M5 8,3 4,7-4,8 10 4,5-4,6 M5 4,6 2,1 10M6 10,0 5,6-5,7 12 5,4-5,5 M6 5,5 2,6 12M8 13,3 7,6-7,7 16 7,3-7,4 M8 7,4 3,3 16

Agujerosinyectados

Agujerostaladrados

Medidas en mm.


Figura 42Resistencia de un lavadora; la compresión transmitida mediante el par de apriete con tornillo Taptite® 2000™ permite mantener estanca la resistencia.

29

5.- ROSCA TAPTITE® 2000™

Tornillos Taptite® 2000™ en chapa de acero

Medidas en mm.


Tornillos Taptite® 2000™ en chapa de acero con agujero rebordeado.

Diámetro Chapas de Aluminio Chapas de Acero

tornillo Espesor Diámetro Espesor Diámetro

(T) (D) (T) (D)

M2,5 0,9-1,5 2,27 1,5-2,1 2,30

M3 1,1-1,7 2,74 1,7-2,7 2,77

M3,5 1,4-2,0 3,19 2,0-2,9 3,23

M4 1,4-2,4 3,64 2,4-3,3 3,68

M4,5 1,7-2,7 4,11 2,7-3,9 4,16

M5 2,1-2,9 4,58 2,9-4,4 4,64

M6 2,4-3,6 5,48 3,6-4,9 5,55

M8 3,1-4,9 7,35 4,6-6,9 7,43

+ 1,00 mm- 0,00 mm

W MIN. = T/2

W MAX. = 0,6T

Diámetro Espesor de Diámetro Altura tornillo chapa de agujero rebordeado

(T) (D) (H)

0,5-0,69 2,22 1,00

M2,5 0,7-0,99 2,23 1,00

1,0-1,49 2,24 1,00

0,5-0,69 2,70 1,20

M3 0,7-0,99 2,71 1,20

1,0-1,49 2,72 1,20

0,7-0,99 3,59 1,35

M4 1,0-1,49 3,61 1,35

1,5-2,49 3,64 1,50

1,0-1,49 4,56 1,55

M5 1,5-2,49 4,59 1,80

2,5-3,0 4,63 1,90

1,0-1,49 5,45 1,80

M6 1,5-2,49 5,48 2,30

2,5-3,0 5,51 2,40

1,0-1,49 7,27 2,10

M8 1,5-2,49 7,31 2,95

2,5-3,0 7,35 3,20

30

Problemas de los tornillos rosca chapa en chapas finas:

El concepto de chapa fina siempre es relativo al tornillo que vamos a utilizar: se entiende por chapa fina aquella cuyo espesor es menor que 1/3 del diámetro nominal del tornillo. En el caso de la utilización de tornillos rosca chapa, el espesor mínimo de chapa debe ser igual al paso del tornillo. 6Así, un tornillo de diámetro 2.2mm (paso 0.8mm), el espesor mínimo de chapa debe ser de 0.8 mm. Si pretendemos ensamblar tornillos rosca chapa en espesores menores, surgen los siguientes problemas:

6 ROSCA FASTITE® 2000™

La reducción de costes productivos y la restricción y/o prohibición de determinados materiales han conducido a la industria a replantearse el diseño de sus piezas, para hacerlas menos pesadas y menos contaminantes. Esta tendencia se ha visto en ocasiones frenada por las limitaciones que presenta la fijación de chapas de bajo espesor:

A. Por una parte, los tornillos autorroscantes empleados hasta la fecha (principalmente rosca chapa o trilobulares de filete simple) han mostrado graves deficiencias en el ensamblaje de chapas finas.

B. Otros elementos de ensamblaje como tuercas soldadas, tuercas enjauladas, son costosos de instalación y plantean problemas de aflojado y de pérdida de compresión. La soldadura, el encolado, o incluso el remachado, no permiten desmontarse con facilidad para el reciclaje de los componentes (comentado en capítulo 3 del presente manual).

(6) DIN 7975: Tapping Screws Connections(7) Ratio de seguridad: cociente entre par de pasado de rosca y par de roscado.

2. Debido a la baja calidad de la tuerca creada en la chapa, la unión presenta unas características mecánicas bastantes pobres:

• Baja resistencia a los esfuerzos de tracción.

• Facilidad de aflojado, empeorando con el movi-miento/vibración/dilatación.

• Poca compresión: el par de ensamblaje aplicado es el mínimo para evitar riesgos de pasado de rosca.

• A menudo, la parte sin rosca bajo la cabeza es mayor que el espesor de chapa, dejando el tornillo clipado en la chapa sin ejercer compresión.

Estos problemas se solucio-nan parcialmente con la utilización de tornillos auto-rroscantes de filete simple, tipo Taptite® II. Sin embargo estos tornillos sólo funcionan correctamente cuando creamos una extrusión previa en la chapa, (ver capítulo dedicado a Taptite® II).

1. Facilidad de pasado de rosca durante el ensamblaje:

• Poca diferencia entre el par de formación de rosca y el par de pasado de rosca7(zona amarilla figura 43). Cualquier pequeño desajuste en la calibración de las atornilladoras es suficiente para originar un gran número de incidencias.

• Pequeñas variaciones dimensionales en los diámetros del tornillo y/o del agujero, provocan que en un gran número de ocasiones, a igual par de ensamblaje, los tornillos se pasen de rosca.

Fig. 43 La diferencia entre el par de formación de rosca y el par de pasado de rosca es de tan solo 1Nm.

Figura 44

Margen de seguridad reducido

31

6.1 Ventajas técnicas FASTITE® 2000™

El tornillo Fastite® 2000™ se pensó explícitamente para dar solución a los problemas de ensamblaje en chapas finas. Su diseño de rosca debía cumplir con las siguientes premisas:

• Permitir el ensamblaje a pares elevados para garantizar la compresión del ensamblaje sin pasarse de rosca ni deformar la chapa.

• Resistir las solicitaciones mecánicas de tracción.• Resistir el aflojado por vibración.

6.1.4 Punta autoextrusionante• La extrusión creada durante el roscado incrementa

la longitud de ensamblaje efectiva, contribuyendo a un aumento de la resistencia a la tracción (ver figura 46).

6.1.1 - Rosca sección Trilobular™ igual que Taptite® 2000™: • Bajo par de roscado.

6.1.2 - Perfil radial del filete, igual diseño que TAPTITE® 2000™• Mayor superfície de contacto entre el filete del

tornillo y la tuerca creada: aumenta la resistencia a la tracción y al aflojado por vibración.

6.1.3 - Doble rosca• El par de pasado de rosca aumenta un 50%

aproximadamente respecto a una rosca de filete único.

• Posiciona el tornillo perpendicular a las chapas y asegura el apoyo de la cabeza del tornillo sobre su base.• Mayor número de filetes en contacto con la tuerca

creada.

6.1.5 Estrías bajo la cabeza (opcionales)• Aumentan el par de pasado de rosca.• Mejoran la resistencia al aflojado.

6.1.6 Roscado hasta bajo la cabeza• Permite el ensamblaje en chapas muy finas sin que

el tornillo quede clipado.

6.1.7 Vaciado bajo la cabeza (opcional)• Absorbe la extrusión de la chapa hacia arriba: muy

importante en aplicaciones donde el asentamiento de la cabeza es fundamental para el funcionamiento de la pieza (contacto eléctrico).

6.1.8 Opción de punta “cut-off”• Este tipo de punta permite perforar chapas sin agujero

previo, como Fastite® PG (ver apartado 6.4).

Figura 45Tornillo Fastite® 2000™

Figura 46Extrusión creada por el tornillo Fastite® 2000™

6.- ROSCA FASTITE® 2000™

32

6.4 FASTITE® PG

6.- ROSCA Fastite® 2000™

6.3 Ficha técnica Fastite® 2000™

6.2 Aplicaciones Fastite® 2000™

El tornillo Fastite® 2000™ se aplica para el ensamblaje de chapas finas ya sean de acero o de aluminio.

La aplicación de este tornillo en sectores como electrónica, electrodomésticos, material de iluminación, etc. ha supuesto una gran ventaja en conceptos estéticos, ya que a parte de las mejoras mecánicas del ensamblaje, permite el ensamblar a pares elevados sin deformar la chapa.

Las estrías bajo la cabeza del tornillo Fastite® 2000™ pueden ser estampadas con un ángulo que arranque la pintura de la pieza base y permite un excelente contacto eléctrico. Además el vaciado bajo la cabeza absorbe la extrusión del material hacia arriba optimizando el contacto entre el tornillo y la pieza base.

Dureza de las chapas de Acero: 125-150 HV

Medidas en mm.

Estos valores han sido obtenidos experimentalmente con tornillos de cabeza alomada, zincados y atornillados a bajo régimen de revoluciones en condiciones de laboratorio. Los datos presentados son únicamente válidos para las condiciones citadas, y todo cambio de cualquier término (grueso de chapa, material, diámetro de agujero) puede significar una variación en los resultados.

El tornillo Fastite® PG ha sido desarrollado para dar solución a los problemas de ensamblaje que presentan las uniones de herrajes sobre paneles Sandwich. Debido al reducido espesor de las chapas (0.7 – 1.2mm), la utilización de los tornillos autorroscantes convencionales no ofrece las suficientes garantías a las solicitaciones a tracción ni al aflojado a la vibración.

Fastite® PG combina las ventajas técnicas de la rosca Fastite® con la adición de una punta “cut-off” autoperforante, que evita el taladro previo.

Diámetro Chapa Chapa tornillo de Aluminio de Acero

T 1,5 2,5 0,5 1,0 1,5 2,0

M3 2,1 2,2 2,0 2,1 2,2 -

M4 2,6 2,7 2,5 2,7 2,8 2,9

M5 3,3 3,4 - 3,5 3,6 3,7

Diámetro de agujero recomendado para chapas de aluminio y acero según su espesor

Figura 47Extrusión hacia arriba creada por el tornillo

Fastite® 2000™

Figura 48Ensamblaje de una visagra sobre panel sandwich con un tornillo Fastite® PG.

Figura 49Extrusión creada por un Fastite® PG

sin agujero previo.

33

La rosca Remform® F es una evolución de la rosca Remform® (ensamblaje de plásticos duros) que se desarrolló para dar soluciones concretas a problemas que presentan ensamblajes muy específicos:

• Ensamblaje sobre Magnesio. Este metal es cada vez más utilizado en automoción y electrónica por su ligereza y propiedades mecánicas. Sin embargo, la poca plasticidad de este metal no permite crear una tuerca interna lo suficientemente robusta.

• Ensamblaje sobre agujero abierto en Aluminio. En perfilería de aluminio es frecuente ensamblar las piezas sobre un agujero abierto, llamado gusanillo (ver figura 50). Debido a su apertura longitudinal, el contacto tornillo - tuerca creada, es bastante menor que en agujero cerrado.

• Agujeros con alto grado de desmoldeo (gran conicidad). El roscado sobre este tipo de agujeros, resulta bastante difícil por los elevados pares de atornillado necesarios, llegando incluso a bloquear el tornillo.

En todos los casos, la utilización de tornillos autorroscantes tradicionales no ofrecen las suficientes garantías: baja resistencia a la tracción y poca compresión, especialmente cuando está sometido a movimientos de flexión.

7 ROSCA REMFORM® F

7.1 Ventajas técnicas REMFORM® F

Partiendo de un diseño ya conocido como la rosca para plásticos duros Remform®, se adaptó el diseño de la rosca a los requerimientos de este tipo de ensamblajes. Así pues, el diseño de esta rosca no queda definida por la norma DIN 7500, ya que no crea una rosca interna de paso métrico.

Figura 50Vista de un agujero abierto tipo

gusanillo.

7.1.1 - Perfil de filete asimétrico, igual que tornillo Remform® (plásticos duros):Flanco de carga casi perpendicular al esfuerzo de arranque (ángulo de 12,5º).• Gran resistencia a la tracción.• Mayor transmisión de la compresión, transmitida por el par de apriete a cada uno de los flancos. • Disminuye la tensión en el metal durante el roscado, evita deformaciones de los alojamientos.Flanco guía en perfil parabólico que facilita el desplazamiento del metal durante el roscado.• Tuerca interna más limpia, que permite la reutili-

zación.• Roscado sin viruta.

7.1.2 - Paso de rosca reducido, aumentan los puntos de contacto del tornillo con el metal base.• Mayor resistencia al aflojado por vibración.• Mayor resistencia a la tracción.• Incrementa el par de pasado de rosca.

Figura 51Vista de la asimetría del filete Remform®.

Figura 52Distribución del metal durante el roscado con rosca Remform® F.

34

7.2 Aplicaciones REMFORM® F

Los mecanismos interiores de los cerramientos de aluminio se caracterizan por tener los agujeros abiertos longitudinalmente. La aplicación de los tornillos Remform® F ha dado solución a la multitud de problemas de fijación que se plantean en agujeros de estas características.

La gran resistencia a la tracción que ofrece el flanco de carga del tornillo Remform® F, lo hace muy indicado para aplicaciones sometidas continuamente a esfuerzos de tracción. Un ejemplo muy claro son las manillas de las ventanas que van fijadas sobre el perfil de Aluminio.

7.3 Ficha técnica REMFORM® F

7.- ROSCA REMFORM® F

Diámetro tornillo

Diámetro de agujeroL H

A B2 1,8-1,9 1,7-1,8 5,0 3,3

2,5 2,3-2,4 2,2-2,3 6,3 4,23 2,8-2,9 2,6-2,7 7,5 5,0

3,5 3,2-3,3 3,0-3,1 8,7 5,84 3,6-3,7 3,4-3,5 10,0 6,65 4,6-4,7 4,3-4,4 12,5 8,36 5,5-5,6 5,2-5,3 15,0 10,08 7,4-7,5 7,0-7,1 20,0 13,3

Diámetro tornillo

F L J

2 1,8-1,9 5,0 1,42,5 2,2-2,3 6,3 1,83 2,7-2,8 7,5 2,2

3,5 3,1-3,2 8,7 2,54 3,5-3,6 10,0 2,95 4,4-4,5 12,5 3,66 5,3-5,4 15,0 4,28 7,1-7,2 20,0 5,3

Figura 53Ensamblaje de la tapa sobre persiana tipo veneciana de aluminio con tornillo Remform® F.

Posición de los tornillos

Aunque no es objeto de este manual, el tornillo Remform® F ha demostrado su excelente comportamiento también sobre plásticos termoduros.

Medidas en mm.

Estos valores han sido obtenidos experimentalmente con tornillos de cabeza alomada, zincados y atornillados a bajo régimen de revoluciones en condiciones de laboratorio. Los datos presentados son únicamente válidos para las condiciones citadas, y todo cambio de cualquier término (grueso de chapa, material, diámetro de agujero) puede significar una variación en los resultados.

Agujerosinyectados

Agujerostaladrados

Diámetros de agujero Remform® F en aleciones ligeras

35

8 ROSCA TAPTITE® CA

La rosca Taptite® CA parte del diseño de Taptite® II o Taptite® 2000™ con una modificación en la geometría de la punta para mejorar su utilización en determinadas aplicaciones. Así pues, el rendimiento en el ensamblaje y el dimensionado de agujeros dependerá del diseño de la rosca Taptite® II o Taptite® 2000™, con una punta aguda para solventar problemas de alineamiento y accesibilidad en los agujeros.

8.2 Aplicaciones TAPTITE® CA

Todas las aplicaciones del tornillo Taptite® CA se benefician de las propiedades del diseño de su punta:

• Ensamblajes con agujeros desalineados, donde el centro del agujero de la tapa no coincide con el centro del agujero a roscar.

• Agujeros profundos o de difícil accesibilidad, donde la pieza superior dificulta la posición de atornillado: el tornillo Taptite® CA se alinea verticalmente con gran rapidez, ahorrando tiempo de ensamblaje.

• Ensamblajes donde hay que atravesar una tela un plástico, un cartón, una moqueta, etc... permitiendo iniciar el roscado sin necesidad de agujerar la tela previamente.

La forma progresiva de la punta, también lo convierte en una solución ideal para “limpiar-mientras-rosca” agujeros contaminados con pintura, soldadura, etc...

Figura 55Durante el mecanizado de chapas con multitud de

agujeros y pliegues, las pequeñas variaciones

dimensionales provocan desalineado de los

agujeros.

8.1 Ventajas técnicas TAPTITE® CA

8.1.1 - Rosca sección Trilobular™, al igual que los tornillos Taptite® II o Taptite® 2000™, la geometría de su rosca contribuye a mejorar el rendimiento y ahorro de costes del ensamblaje:• Bajo par de roscado.

• Formación de la tuerca interna por laminación; roscado sin viruta.

• Amplio ratio de seguridad en el ensamblaje.

• Tuerca creada sin tolerancia, mejora la resistencia al aflojado (vibración, dilatación...) y a la tracción.

8.1.2 Punta tipo CA, diseñada especificamente para: • Alinear el tornillo en aplicaciones con agujeros

descentrados o de difícil acceso.

• Bajo par de atornillado inicial, permite la entrada de forma progresiva.

Figura 54La punta CA facilita el roscado en agujeros descentrados.

36

__ _

__

_ __

_ _

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__ _

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24º

9 ROSCA EXTRUDE-TITE®

El concepto y diseño de este tipo de rosca se desarrolló para solventar los problemas de resistencia a la tracción y pasado de rosca en el ensamblaje con chapas finas.

El rendimiento de este tornillo en chapas finas es bueno aunque actualmente es ampliamente superado por el tornillo Fastite® 2000 . Sin embargo, su uso sigue siendo muy extendido, de forma que consideramos relevante incluir su descripción y ventajas técnicas.

9.1 Ventajas técnicas EXTRUDE-TITE®

Como ya se ha descrito en la rosca Fastite® 2000™ (apartado 6) del mismo manual técnico, el principal problema que debemos superar en el ensamblaje con chapas finas es crear una tuerca interna de alto rendimiento con poco espesor de material.

9.1.1 Rosca con menor trilobularidad que Taptite® II: La rosca Taptite® II presenta grandes ventajas en el

roscado sobre metales pero no son suficientes cuando deben soportar solicitaciones a tracción en chapas finas. El menor grado de trilobularidad de la rosca Extrude-tite® mejora las características en este tipo de ensamblajes:

• Mayor contacto entre el tornillo y la tuerca creada en la chapa, aumenta la resistencia a la tracción.

• Formación de tuerca interna de alta calidad, por desplazamiento del metal.

9.1.2 Mayor facilidad en la alineación axial en el agujero, debido al diseño de la punta. Permite introducir el tornillo con un ángulo de hasta 24º respecto al eje.

9.2 Aplicaciones EXTRUDE-TITE®

En comparación con la rosca Fastite® 2000™, el diseño de la rosca Extrude-tite® cumple con la norma DIN 7500 en cuanto a que la tuerca interna creada en el material es de igual geometría que una rosca interna métrica. Esta condición resulta imprescindible en algunas aplicaciones como la conexión de toma tierra de los electrodomésticos: en el caso de perder el tornillo Extrude-tite®, puede reemplazarse por un tornillo métrico.

Además la menor trilobularidad de su rosca asegura el buen contacto eléctrico necesario para esta aplicación.

Figura 56Autoalineado del tornillo, el tornillo tiende a buscar la posición vertical aunque las chapas superiores se encuentren desalineadas.

Trilobularidad de la rosca Taptite® II

Trilobularidad de la rosca Estrude-tite®

Figura 57Toma tierra de una nevera.

37

10 ROSCA POWERLOK®

La rosca Trilobular™ Powerlok® se diseñó para dar solución a los problemas de aflojado sobre agujeros ya roscados. Este problema aparece principalmente cuando el conjunto está sometido a vibraciones severas o a ciclos de dilatación/contracción.

Ante los problemas de aflojado de los tornillos métricos, existían básicamente dos alternativas: aplicación de adhesivos en la rosca o aplicación de frenos por fricción. Los primeros no ofrecen suficientes garantías en aplicaciones sometidas a temperatura y pierden sus propiedades de bloqueo en posteriores operaciones de roscado y desenroscado. La utilización de frenos por fricción, como estrías bajo la cabeza, actúa siempre que las superficies (estrias-superfície de la pieza) permanezcan en contacto. En el momento que hay la más mínima separación, no existe fricción y la unión acabará aflojándose con el tiempo.

El tornillo Trilobular™ Powerlok® es el único tornillo con concepto de bloqueo: su diseño de rosca ejerce bloqueo en toda su longitud, independientemente de los materiales de la rosca y las temperaturas a que estará sometida la aplicación.

10.1 Ventajas técnicas POWERLOK®

10.1.1 - Filete de 30º superpuesto al de 60º:• Ejerce presión sobre la tuerca pre-formada cancelando

la tolerancia de la tuerca (ver figura 58).

• Acción de bloqueo continuada, permite la reutiliza-ción sin afectar a sus propiedades de bloqueo.

10.1.2 - Mayor diámetro de rosca, las tolerancias en diámetro de rosca son ligeramente superiores al correspondiente tornillo en rosca métrica:• Contribuye al bloqueo sobre la tuerca pre-formada.

10.1.3 - Rosca sección Trilobular™, que conjuntamente con su diseño de filete, favorece el desplazamiento del material de la tuerca y crea una nueva sin tolerancia. • Bloqueo independientemente

de la tolerancia de la tuerca.

10.2 Aplicaciones POWERLOK®

El tornillo Powerlok® se utiliza para eliminar los problemas de aflojado en aquellas aplicaciones donde el agujero se encuentra ya roscado. Por ejemplo:

• Montura de gafas; el movimiento de apertura y cierre de la patilla provoca el aflojado y pérdida del tornillo.

• Patas de lavadora; el tornillo Powerlok® es capaz de resistir a las vibraciones originadas durante la centrifugación, lavado tras lavado.

También es ideal cuando el ensamblaje debe ser sometido a altas temperaturas. Ningún otro sistema de bloqueo por parches químicos o frenos plásticos es capaz de aguantar en dichas condiciones.

Figura 58Filete de 30º superpuestoal de 60º de la rosca Powerlok®.

Sección A

A

38

F.A.Q. PREGUNTAS MÁS FRECUENTES REFERENTESAL ENSAMBLAJE DE METALES

11

11.1 ¿Puedo utilizar un tornillo TAPTITE® con una tuerca? ¿Y sobre un agujero ya roscado?

NO es aconsejable, aunque el tornillo Taptite® crearía una nueva tuerca, existe la posibilidad que los filetes del tornillo se superpongan a los de la tuerca, repercutiendo en las propiedades mecánicas del ensamblaje.

11.2 ¿Se puede fabricar un tornillo TAPTITE® clase 10.9?

La clase de los tornillos según UNE-EN-ISO 898 es exclusivamente para tornillos métricos, cuyas propiedades de dureza son uniformes en toda la sección de rosca. Los tornillos Taptite® deben crear una rosca sobre el agujero de un metal, de forma que su dureza superficial es mayor. Así pues, no se trata de un tornillo con características de dureza uniformes en toda su sección.

De todas formas, aunque no se aplica la misma norma UNE-EN-ISO 898, podríamos decir que un tornillo Taptite® II tiene un comportamiento mecánico equivalente a un métrico clase 8.8.

11.3 ¿Puedo utilizar un tornillo autorroscante de inoxidable sobre una chapa de acero inoxidable?

NO, para que un tornillo forme una rosca sobre un material, éste debe tener una dureza superior: los tornillos de acero inoxidable tienen una dureza “parecida” a la dureza de la chapa que pretendemos roscar, lo cual imposibilita el roscado. Los tornillos de acero tratados termicamente tienen una dureza superior al acero inoxidable, lo que permite ser roscado sobre chapas de este material. No obstante recomendamos verificarlo mediante ensayos.

11.4 ¿Puedo utilizar la galga (pasa y no- pasa) de los tornillos métricos para la verificación de la rosca TAPTITE®?

NO, ya que la sección de la rosca es Trilobular™ y sus dimensiones son distintas a las de un tornillo métrico.

11.5 ¿Es reutilizable el tornillo Trilobular™ TAPTITE®?

SI, el tornillo Taptite® puede ser roscado y desenroscado sin deformar la tuerca inicial creada. Además, en caso de pérdida, el tornillo Taptite® puede ser substituido por un tornillo métrico ya que la tuerca creada es de geometria idéntica a una tuerca métrica.

11.6 ¿Cuales son las principales diferencias entre un tornillo Trilobular TAPTITE® y un tornillo Trilobular “parecido”?

Las diferencias pueden ser “muchas”, pero normalmente hay tres efectos que diferencian a los tornillos Taptite® de los parecidos: par de roscado más bajo, par de fallo más alto (pasado de rosca/rotura), y mayor homogenei-dad funcional entre piezas de un mismo lote, o entre distintos lotes de producción.

11.7 ¿Qué tornillo puedo utilizar para fijar una placa electrónica sobre una base metálica?

La compresión transmitida por el par de apriete se pierde transcurrido un tiempo debido a las propiedades plásticas de la placa eléctrica. Este fenómeno es inevitable que suceda y en CELO tenemos la solución al problema sin incrementar el coste del ensamblaje; tornillo Taptite® II con arandela flexible imperdible (ref. TT22T):

• Arandela flexible que asegura una compresión constante durante la vida del producto.

• Facilidad del monotaje del tornillo más la arandela en posiciones de difícil acceso.

• Arandela de rotación libre que evita el deteriro de la placa electrónica durante el atornillado.

• Incremento de la resis-tencia al aflojado por vibraciones o cambios de temperatura.

También disponible la versión con tornillo métrico para aplicaciones con rosca interna creada (ref. M22T).

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Chapas de acero •• ••Zamak y aluminio •• •• •Chapas finas (acero y aluminio) •• •Aplicaciones en Magnesio ••Gran resistencia a la tracción • •• ••Bajo par de roscado •• •• • •Aflojado por vibración •• •• •• •• •• •• ••Aplicaciones con Gusanillo ••Agujeros desalineados •• •• ••Agujeros contaminados (pintura, soldadura) • • • •Agujeros roscados ••Elevada compresión • •• • •• • •• Adecuado

•• Óptimo

Esta es una buena pregunta...que preferimos responder después de realizar pruebas en el laboratorio.

Como ya hemos visto en el presente manual, existen una gran variedad de aplicaciones con metales y multitud de diseños de roscas, de forma que resulta difícil determinar “a priori” la mejor solución. Según nuestra experiencia podemos intuir 2 ó 3 opciones factibles, tal y como muestra la tabla, pero sólo con la realización de pruebas físicas sobre la aplicación llegaremos a la solución óptima.

Por este motivo CELO pone a su disposición su laboratorio de aplicaciones donde nuestros técnicos realizarán las pruebas de roscado, pasado de rosca, resistencia al arrancamiento por tracción, etc...y le recomendarán que tipo de rosca se ajusta a las necesidades del ensamblaje.

En la siguiente tabla se muestra con un punto el tornillo adecuado y con dos puntos el tornillo óptimo para cada característica del ensamblaje.

11.8 ¿Qué tipo de rosca para metales debo utilizar?

11.- F.A.Q. preguntas más frecuentes referentes al ensamblaje de metales

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EJEMPLOS DE RESOLUCIÓN DE PROBLEMAS DEFIJACIÓN SOBRE METALES

12

12.1 Fijación sobre Zamak

Un prestigioso fabricante de herrajes para carpintería de Aluminio recibió la visita de un técnico comercial de CELO.

Uno de los principales productos eran las manillas para las ventanas oscilobatientes fabricados en Zamak, que debían ser ensamblados a la base del cierre y que a su vez se fijaba al marco de la ventana.

El sistema utilizado por el cliente era:1. Obtención del mango por inyección de Zamak.2. Creación de la rosca con un macho de roscar, por arranque de viruta.3. Limpieza de la pieza (aceites lubricantes y virutas de Zamak).4. Pintado de la pieza.5. Ensamblaje de la pieza con un tornillo métrico y una arandela alveolada.

El proceso funcionaba sin problemas en producción, aunque existían algunos puntos críticos:• Si la limpieza de los restos de lubricante de la

pieza no era perfecto, la pintura no se adhería correctamente a su superficie, creando un grave problema de calidad y estético. Para minimizar su efecto, se empleó una persona a tiempo completo para mejorar la limpieza de la pieza que repercutió en los costes productivos además de ser un cuello de botella para la producción.

• En el proceso de pintado de la pieza, se debía tapar el agujero roscado para evitar contaminarlo con pintura, pues el roscado posterior con el tornillo métrico se bloqueaba.

• Era muy importante no olvidar la inserción de la arandela alveolada, ya que evitaba en gran medida (no absolutamente) el aflojado del tornillo durante la utilización del cierre.

En alguna ocasión, CELO había propuesto la utilización de un tornillo autorroscante TAPTITE®II para esta aplicación, pero como “no había problemas” en produccion, y el precio del tornillo métrico era inferior al del equivalente tornillo autorroscante, nunca había progresado la propuesta. La oportunidad surgió el día que el cuello de botella en el proceso de limpieza impidió incrementar la producción para abastecer los crecientes pedidos de clientes.

Recordando los comentarios que CELO había realizado al Departamento Técnico del cliente sobre “unos tornillos no redondos que crean su propia rosca”, decidieron contactarnos para evaluar la posibilidad de utilizar un tornillo autorroscante en la aplicación.

Las ventajas en la utilización de los tornillos TAPTITE®II fueron evidentes:

I. Roscado del tornillo TAPTITE®II directamente sobre el agujero inyectado, sin necesidad de crear rosca interna con macho de roscar.II. Eliminación del proceso de limpieza: al no ser necesario crear la tuerca mediante un macho de roscar, no hay partículas ni lubricante a retirar. La adhesión de la pintura era siempre perfecta.III. No era necesario tapar el agujero, la pintura que pudiera entrar no impedía la creación de la rosca con el tornillo Trilobular™ TAPTITE®.IV. El tornillo TAPTITE®II demostró tener un alto rendimiento durante el roscado, a pesar de la elevada conicidad del agujero: par de roscado de 0.65 Nm y par de pasado de rosca 4.80 Nm. Así pues, el ratio de seguridad del ensamblaje era más que satisfactorio, no supondría ningún problema el calibrado de las atornilladoras en la línea de montaje.V. ¡¡¡SORPRESA!!! Nadie había contado con ello, pero la forma Trilobular™ del tornillo TAPTITE® II proporcionaba tal resistencia al aflojado, que podía evitarse la utilización de la arandela alveolada para asegurar que la manilla no se aflojara durante su utilización.

Las ventajas conseguidas fueron:1. Incremento de la producción sin inversión, es más,

se ahorraron dos puestos de trabajo.2. Mejora en la calidad del producto final:

propiedades mecánicas y estéticas.3. REDUCCIÓN SUSTANCIAL DEL COSTE TOTAL DEL

ENSAMBLAJE A PESAR DE QUE EL PRECIO DEL TORNILLO TAPTITE®II SEGUIERA SIENDO SUPERIOR AL DEL TORNILLO MÉTRICO EQUIVALENTE.

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Aunque parecía haberse encontrado la solución al problema, nadie en la empresa se había fijado en el alto coste del ensamblaje en cuestión. El coste de los componentes (tuerca cuadrada soldable y tornillo) era alto, pero sobretodo el proceso de soldado de la tuerca incrementaba el coste total del ensamblaje de una forma importante.

En CELO propusimos la modificación de los moldes de estampación de la chapa de la pieza, para poder crear agujeros extruidos, y utilizar un tornillo autorroscante TAPTITE® CA. Las ventajas conseguidas fueron:

• La pintura que quedaba en el interior del agujero no bloqueba el tornillo, que al ser autorroscante, la eliminaba durante el proceso de roscado sin problemas.

• Ahorró el coste de las seis tuercas y el tiempo empleado en soldarlas.

• La forma trilobular de la rosca Taptite® CA, aseguraba la resistencia al aflojado por vibraciones.

• Evitaba los antiguos problemas de roscas cruzadas que habían habido durante la utilización del tornillo métrico previo.

En resumidas cuentas, el tornillo TAPTITE® CA no sólo resolvía el problema técnico planteado, sino que además, ofrecía una REDUCCIÓN IMPORTANTE DE LOS COSTES DE ENSAMBLAJE.

12.2 Un ruidito en el coche

Un fabricante de automóviles contactó con nuestro Departamento Técnico para resolver un problema: uno de los componentes del interior de las puertas delanteras del modelo más vendido en su empresa, era fijado mediante seis tornillos métricos sobre seis tuercas cuadradas soldables. Las tuercas se soldaban antes de pintar la puerta que, durante el proceso de pintado, quedaban restos en el interior de la tuerca.

A causa de ello, el par de roscado necesario para introducir el tornillo métrico era tan elevado que los puntos de soldadura de la tuerca no resistían y caía en el interior de la puerta. Si era la primera tuerca, el operario la retiraba (no sin cierta dificultad). Pero en la sexta tuerca, la operación de retirar era mucho más costosa, y no siempre se realizaba. Además de las paradas en cadena de montaje, se añadían los siguientes problemas:

• El Servicio Post-venta recibía multitud de quejas de los clientes que se quejaban de un ruido dentro de la puerta del coche (producido por la tuerca desprendida).

• La ausencia de una de las tuercas podía provocar una falta de estanqueidad en el ensamblaje, indispensable para asegurar el buen funcionamiento de los componentes eléctricos del interior de la puerta (elevalunas, altavoz, cierre).

Alguno de los técnicos de la empresa de automoción conocía las propiedades de los tornillos Trilobulares™, y recordaba que existía un tornillo que “limpiaba la pin-tura de dentro de las roscas”. Efectivamente, CELO le confirmó la existencia del tornillo Trilobular™ KLEERLOK®: tornillo NO AUTOROS-CANTE diseñado para roscar sobre tuercas internas con pintura.

12.- Ejemplos de resolución de problemas de fijación sobre metales

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12.3 Estudio del ensamblaje en motores de pequeño electrodoméstico

A continuación reproducimos un ejemplo real de un informe como los que hacemos para nuestros clientes. Obviamente hemos eliminado toda referencia y modificado ligeramente los datos para que no sea relacionado.

Actualmente (Enero 2005) CELO dispone de una biblioteca con más de 700 casos que nos permiten referenciar rápidamente una solución ante problemas comunes.

Resumen

Se determinaron las posibilidades de ensamblaje en un sistema metálico perteneciente a un motor de pequeño electrodoméstico (ver figura 59). El objetivo del estudio era determinar qué alternativas pueden ofrecer una reducción de costes respecto al sistema de montaje actual, además de solucionar los problemas de aflojado de la unión por la vibración del motor.

El cliente utilizaba en la unión un tornillo rosca métrica sobre una base metálica con agujero rebordeado y mecanizado con macho de roscar. Las operaciones previas de mecanizado del agujero representaban un sobrecoste importante, además de la tendencia al aflojado del tornillo métrico debido a las vibraciones a las que está sometido el sistema

Se propuso la siguiente alternativa:

- Tornillo autorroscante Taptite® II M5x30 mm sobre un agujero rebordeado sin roscar (ref. CELO TT85Z).

Las ventajas conseguidas fueron:

AHORRO DE COSTES:

El tornillo Taptite® II ahorró un puesto de trabajo en la línea ya que se precisaba de un operario para realizar las siguientes operaciones: extrusionado de la chapa y formación de rosca hembra con macho de roscar. El tornillo Taptite® II crea su propia rosca hembra en el material de gran resistencia, sin necesidad de extrusionado previo.

VENTAJAS MECANICAS:

1. Eliminó el problema de aflojado por vibración: el tornillo Taptite® II crea su propia rosca hembra sobre el metal (no hay tolerancia).

2. Elevada compresión del ensamblaje: durante el roscado del tornillo Taptite® II la chapa extruye alargando la longitud efectiva de rosca, lo que permitió elevar el par de aprite para garantizar la compresión.

3. Eliminó eventuales problemas de roscas cruzadas: el tornillo Taptite® II crea su propia rosca hembra, imposibilitando que la rosca del tornillo se entrecruce con la tuerca.

4. Tal y como muestra el test de roscado realizado, el comportamiento del tornillo durante el ensamblaje es excelente por el elevado margen de seguridad: bajo par de roscado y elevado par de fallo del sistema (pasado de rosca).


Figura 59Motor eléctrico de pequeño electrodoméstico.

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Por los motivos expuestos, CELO S.A. recomienda el uso de un tornillo rosca tipo Taptite® II M5x30 mm en el sistema.

Procedimiento

El material utilizado en las pruebas fue el siguiente:

• Utilización de una atornilladora de bajas revoluciones (aprox. 400 rpm).

• Los datos de par se obtuvieron utilizando un aparato de adquisición electrónica de datos (Schatz Accrat) midiendo par respecto ángulo de rotación.

• Pie de rey.

• Chapas de acero de 1.50 mm de espesor para simular el ensamblaje y poder realizar las pruebas de roscado.

Sobre las chapas de acero se realizaron unos taladros lisos de diámetro 4.50 mm sobre los que se testaron los tornillos Taptite® II.


Las pruebas de roscado mostraron los siguientes valores de par:

Test Par Par Ratio de roscado de fallo seguridad (Nm) (Nm)

1 1,07 4,14 3,87 2 1,00 3,84 3,84 3 1,39 3,89 2,80 4 1,29 4,18 3,24 5 1,32 4,82 3,24 Media 1,21 4,07 3,40

La gráfica a continuación refleja el comportamiento del tornillo durante el roscado:

Figura 59Motor eléctrico de pequeño electrodoméstico.

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12.4 Puerta de nevera

La sustitución de un tornillo métrico + arandela dentada por un Taptite® II en una puerta de nevera AHORRÓ COSTES por los siguientes conceptos:

• Eliminación de las operaciones previas de preparación del agujero: formación tuerca interna con macho de roscar y limpieza de virutas y lubricante.

• Coste de los elementos de ensamblaje para evitar el aflojado: arandela dentada.

INCREMENTÓ LA PRODUCTIVIDAD:

• Roscado del tornillo Taptite® II directamente sobre el agujero, sin necesidad de posicionar la arandela.

Además, se SOLUCIONARON LOS PROBLEMAS DE ENSAMBLAJE:

• Aflojado por el movimiento de la puerta.

• Reprocesos de piezas por roscas cruzadas y pasados de rosca.

12.5 Cuerpo de válvula en aluminio

La operación de crear rosca interna y limpieza de virutas en cuatro agujeros del cuerpo de una válvula de aluminio inyectado de alta presión, hizo replantear al jefe de producción la necesidad de buscar una alternativa: además del tiempo invertido en la preparación y roscado de los agujeros, suponía un cuello de botella importante en el proceso productivo.

El ahorro de costes con la utilización de tornillos TAPTITE® II se estimó en 43.000€ en concepto de reducción de tiempo y costes asociados en las operaciones previas de ensamblaje.

Figura 60Fijación de la puerta sobre el

cuerpo de una nevera.


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