Toca y dale

Utilice una llave inglesa para crear roscas hembra (izquierda) y una terraja para crear roscas macho (derecha).

En el contexto del roscado , los machos y las terrajas son dos tipos de herramientas que se utilizan para crear o reparar roscas . Un macho se utiliza para cortar o formar la parte hembra del par de acoplamiento (por ejemplo, una tuerca ). Una terraja es una herramienta de corte que se utiliza para cortar la parte macho del par de acoplamiento (por ejemplo, un perno ). El proceso de cortar o formar roscas con un macho se denomina roscado , mientras que el proceso con una terraja se denomina roscado .

Ambas herramientas también se pueden usar para limpiar o reparar una rosca, proceso conocido como repasado . Sin embargo, usar un macho o terraja común para limpiar roscas generalmente elimina material, lo que resulta en roscas más flojas y débiles. Por ello, los maquinistas suelen limpiar las roscas con machos y terrajas especiales, llamados repasadores , diseñados para tal fin. Los repasadores están hechos de materiales más blandos y no crean roscas nuevas. No obstante, se ajustan mejor que los sujetadores convencionales y tienen ranuras como los machos y terrajas normales para que los residuos puedan escapar. Los mecánicos de automóviles, por ejemplo, usan repasadores en las roscas de las bujías para eliminar la corrosión y la acumulación de carbonilla.

Los machos y terrajas están disponibles en muchas ferreterías , centros de bricolaje y tiendas de repuestos para automóviles en tamaños comunes y tamaños para tuberías (bricolaje). Los proveedores industriales en línea también ofrecen machos y terrajas. ^{[ 1 ]} Los fabricantes y los sitios web de bricolaje tienen instrucciones sobre cómo usar las herramientas. ^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}

Historia

Si bien los tornillos y tuercas modernos suelen ser de metal , esto no ocurría en épocas anteriores, cuando se empleaban herramientas de carpintería para fabricar tornillos y tuercas de madera de gran tamaño para cabrestantes , molinos de viento , molinos de agua y molinos harineros de la Edad Media . La facilidad para cortar y reemplazar las piezas de madera se compensaba con la necesidad de resistir grandes pares de torsión y soportar cargas cada vez mayores. A medida que las cargas aumentaban, se necesitaban tornillos más grandes y resistentes para evitar roturas. Algunos tornillos y tuercas se medían por pie o yarda. Este desarrollo condujo finalmente a la sustitución completa de las piezas de madera por piezas metálicas de la misma medida. Cuando una pieza de madera se rompía, generalmente se partía, se rasgaba o se desgarraba. Tras lijar las astillas, las piezas restantes se volvían a ensamblar, se colocaban en un molde improvisado de arcilla y se vertía metal fundido en el molde para poder fabricar una pieza idéntica al instante.

Matriz y grifo del Códice de Löffelholz (Núremberg, 1505).
Matriz abierta del Códice de Löffelholz (Núremberg, 1505).

Durante los siglos XVI y XVII, los machos y terrajas para trabajar metales solían ser fabricados por sus propios usuarios (especialmente si estos tenían experiencia en la fabricación de herramientas), utilizando tornos y limas para dar forma, y la herrería para el endurecimiento y el templado. Así, los constructores de, por ejemplo, locomotoras, armas de fuego o maquinaria textil, solían fabricar sus propios machos y terrajas. Durante el siglo XIX, la industria del mecanizado evolucionó considerablemente, y la práctica de comprar machos y terrajas a proveedores especializados en ellos sustituyó gradualmente la mayor parte de este trabajo interno. Joseph Clement fue uno de los primeros proveedores de machos y terrajas, a partir de 1828. ^{[ 4 ]} Con la introducción de prácticas de fresado más avanzadas en las décadas de 1860 y 1870, tareas como cortar las estrías de un macho con una lima manual quedaron obsoletas. A principios del siglo XX, la práctica del rectificado de roscas experimentó una evolución significativa, lo que impulsó aún más el estado del arte (y la ciencia aplicada) del corte de roscas, incluidas las de machos y terrajas.

Durante los siglos XIX y XX, la estandarización de las roscas evolucionó simultáneamente con las técnicas de generación de roscas , incluyendo machos y terrajas.

La mayor empresa de machos y terrajas de Estados Unidos fue Greenfield Tap & Die (GTD), con sede en Greenfield, Massachusetts . GTD fue tan crucial para el esfuerzo bélico aliado entre 1940 y 1945 que se instalaron cañones antiaéreos alrededor de sus instalaciones ante la previsión de un posible ataque aéreo del Eje ^{[ 5 ]} . La marca GTD ahora forma parte de Widia Products Group.

Grifo

Un macho de roscar corta o forma una rosca en la superficie interior de un orificio, creando una superficie hembra que funciona como una tuerca . Los tres machos de roscar de la imagen ilustran los tipos básicos que suelen usar la mayoría de los maquinistas :

Grifo de fondo: El macho ilustrado en la parte superior de la imagen tiene un filo de corte continuo con casi ninguna conicidad; lo típico es entre 1 y 1,5 hilos de conicidad. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]} Esta característica permite que un macho de fondo corte roscas hasta el fondo de un agujero ciego . Un macho de fondo se usa generalmente para cortar roscas en un agujero que ya ha sido parcialmente roscado con uno de los tipos de macho más cónicos; el extremo cónico ("chaflán del macho") de un macho de fondo es demasiado corto para comenzar correctamente en un agujero sin roscar. En EE. UU., se les conoce comúnmente como machos de fondo, pero en Australia y Gran Bretaña también se les conoce como machos de tapón.

Grifo intermedio, segundo grifo, ^{[ 7 ]} o grifo de tapón: El macho de roscar que se muestra en el centro de la imagen tiene bordes de corte cónicos, lo que facilita su alineación e introducción en un orificio sin roscar. El número de roscas cónicas suele oscilar entre 3 y 5. ^{[ 6 ]} Los machos de roscar de tapón son el tipo más utilizado. En Estados Unidos se les conoce comúnmente como machos de roscar de tapón, mientras que en Australia y Gran Bretaña se les conoce como machos de roscar de segundo grado.

Macho de roscar cónico: El macho pequeño que se muestra en la parte inferior de la imagen es similar a un macho intermedio, pero tiene una conicidad más pronunciada en los bordes de corte. Esta característica le confiere al macho cónico una acción de corte muy gradual, menos agresiva que la del macho de roscar. El número de roscas cónicas suele oscilar entre 8 y 10. ^{[ 6 ]} Un macho cónico se utiliza con mayor frecuencia cuando el material es difícil de trabajar (por ejemplo, acero aleado) o cuando el macho tiene un diámetro muy pequeño y, por lo tanto, es propenso a romperse.

Tomas de corriente: Los machos de roscar mencionados anteriormente se conocen generalmente como machos de roscar manuales, ya que se operan manualmente. Durante el funcionamiento, el operario debe invertir periódicamente el giro del macho para romper la viruta (también conocida como escoria ) que se forma durante el corte. Esto evita que el material cortado se acumule y rompa el macho.

El tipo más común de macho de roscar accionado eléctricamente es el macho de roscar de punta espiral, también conocido como macho de roscar tipo "pistola", cuyos bordes cortantes están desplazados angularmente con respecto al eje central del macho.

Esta característica hace que el macho rompa continuamente la viruta y la expulse hacia adelante dentro del orificio, evitando la obstrucción. Los machos de punta espiral se suelen usar en orificios que atraviesan completamente el material, para que las virutas puedan escapar. Otra versión del macho de punta espiral es el macho de ranura espiral , cuyas ranuras se asemejan a las de una broca helicoidal . Los machos de ranura espiral se utilizan ampliamente en operaciones de roscado automático de alta velocidad debido a su buen rendimiento en orificios ciegos.

Grifo formador: Un macho de conformación, también conocido como macho sin estrías, macho de conformación en frío o macho de laminación, funciona de manera muy diferente a un macho de corte, ya que desplaza con fuerza el metal dándole forma de rosca al introducirlo en el orificio, en lugar de cortar el metal desde los lados del orificio como lo hacen los machos de corte.
Fotografía de un grifo de rosca 3/4"-10 (frío)
Un macho de roscar formador tiene lóbulos espaciados periódicamente alrededor del macho que, a medida que avanza en un orificio del tamaño adecuado, forman la rosca. Las roscas detrás de los lóbulos están ligeramente rebajadas para reducir la fricción de contacto. Dado que no es necesario dejar espacio para evacuar las virutas, estos rebajes son mucho más sutiles que las estrías de un macho de roscar de corte, y el macho se ve prácticamente como una rosca simple. Como el macho no produce virutas, no es necesario retirarlo periódicamente para eliminarlas, lo que puede atascar y romper un macho de roscar de corte si se acumula. El problema de la acumulación de virutas es particularmente grave en agujeros ciegos, por lo que el roscado formador es especialmente adecuado para estas aplicaciones. Los machos de roscar formadores solo funcionan en materiales maleables como el acero dulce o el aluminio. Las roscas formadoras suelen ser más resistentes que las roscas cortadas. Tenga en cuenta que el diámetro de la broca para roscar es mayor que el utilizado para un macho de roscar de corte, como se muestra en la mayoría de las tablas de brocas para roscar, y se requiere un diámetro de orificio preciso; un orificio ligeramente menor puede romper el macho. La lubricación adecuada es esencial debido a las fuerzas de fricción involucradas; por lo tanto, se utiliza un aceite lubricante en lugar de aceite de corte.
Forma (izquierda) y corte (derecha) de machos de roscar 5/8-18 que muestran secciones transversales
Los machos de roscar de perfil son mucho más resistentes que los machos de roscar de corte, como se puede apreciar en las secciones transversales de machos del mismo tamaño. Esto reduce significativamente la rotura de machos (la rotura de machos se analiza más adelante en el apartado de Roscado a máquina). ^{[ 8 ]} Los machos de roscar de perfil duran de 3 a 20 veces más que los machos de roscar de corte. ^{[ 9 ]}

agujeros

Ya sea manual o automático, el proceso de roscado comienza con la formación (generalmente mediante perforación) y el avellanado ligero de un orificio hasta obtener un diámetro algo menor que el diámetro mayor del macho de roscar. El diámetro correcto del orificio roscado se indica en una tabla de tamaños de brocas y machos de roscar , una referencia estándar en muchos talleres mecánicos . El diámetro adecuado de la broca se denomina tamaño de broca para roscar . Sin una tabla de brocas para roscar, se puede calcular el diámetro correcto de la broca para roscar con:

TD=MD-{\frac {1}{N}}

dónde $TD$ es el tamaño de la broca para roscar, $MD$ es el diámetro mayor del macho de roscar (por ejemplo, 3/8 pulg . para un macho de roscar 3/8 -16 ), y $1/N$ es el paso de rosca ( 1/16 de pulgada en el caso de un macho de roscar de 3 / 8-16 ). Para un macho de roscar de 3 / 8-16 , la fórmula anterior produciría 5/16 , que es el diámetro correcto de la broca. La fórmula anterior da como resultado una rosca aproximada del 75% .

Dado que las roscas métricas especifican el paso directamente, el diámetro correcto de la broca para machos de roscar de tamaño métrico se calcula con:

TD=MD-{\text{tono}}

dónde $TD$ es el tamaño de la broca para roscar, $MD$ es el diámetro mayor del macho de roscar (por ejemplo, 10 mm para un macho M10×1.5), y el paso es el paso de la rosca (1,5 mm en el caso de un macho M10 estándar), por lo que el tamaño correcto de la broca es de 8,5 mm. Esto funciona tanto para pasos finos como gruesos, y también produce una rosca de aproximadamente el 75 %.

secuencia de toque

Con materiales blandos o de dureza media, como plástico , aluminio o acero dulce , la práctica común es usar un macho intermedio (de tapón) para cortar las roscas. Si las roscas deben extenderse hasta el fondo de un agujero ciego, el maquinista usa un macho intermedio (de tapón) para cortar las roscas hasta que la punta del macho llegue al fondo, y luego cambia a un macho de fondo para terminar. El maquinista debe expulsar las virutas con frecuencia para evitar que el macho se atasque o se rompa. Con materiales duros, el maquinista puede comenzar con un macho cónico, cuya transición de diámetro menos pronunciada reduce el par necesario para cortar las roscas. Para roscar hasta el fondo de un agujero ciego, el maquinista continúa con un macho intermedio (de tapón) y luego con un macho de fondo para terminar.

Roscado a máquina

El roscado puede realizarse manualmente con un juego de machos de roscar (primer macho, segundo macho y macho de acabado) o con una máquina, como un torno , una taladradora radial , una taladradora de banco, una taladradora de columna, una fresadora vertical, una fresadora horizontal o una fresadora vertical. El roscado a máquina es más rápido y, por lo general, más preciso, ya que se elimina el error humano. El roscado final se realiza con un solo macho de roscar.

Si bien en general el roscado a máquina es más preciso, tradicionalmente las operaciones de roscado han sido muy difíciles de ejecutar debido a la frecuente rotura de las brocas y a la calidad inconsistente del roscado.

Rotura del grifo

Las causas comunes de rotura de grifos son:

Problemas relacionados con el grifo:
- El desgaste del grifo no se puede cuantificar fácilmente (uso de grifos desgastados).
- Uso de un macho de roscar con una geometría inadecuada para una aplicación particular.
- Uso de grifos no estándar o de calidad inferior.
Obstrucción por virutas .
Desalineación entre la broca y el orificio.
El suministro excesivo o insuficiente de agua al grifo provoca roturas por tensión o compresión.
Uso de lubricante de corte inadecuado y/o insuficiente.
Ausencia de un mecanismo limitador de par.
Flotación inadecuada o nula para su uso con máquinas de tornillo (se recomienda una velocidad de avance 0,1 más lenta para establecer la flotación para 40 tpi o superior y 0,15 más lenta para 40 tpi o más fina ^{[ 10 ]} )
Velocidad del husillo incorrecta.

Para solucionar estos problemas, se requieren portaherramientas especiales que minimicen la posibilidad de rotura de la broca durante el roscado. Estos se clasifican generalmente en portaherramientas convencionales y portaherramientas CNC.

La rotura de machos de roscar es común y su extracción es difícil. ^{[ 11 ]} Se utilizan varios métodos para extraer machos de roscar rotos, entre ellos: romper el macho manualmente, usar un extractor de machos, fresar, rectificar con un taladro Omegadrill, soldar con TIG y mecanizar por descarga eléctrica (EDM). ^{[ 12 ]}

Portaherramientas para operaciones de roscado

En función de las necesidades del usuario, se pueden utilizar distintos portaherramientas para el roscado:

Ayudas para el roscado manual (plantillas y dispositivos sencillos)

El principal problema del roscado manual sencillo radica en alinear con precisión el macho con el orificio para que sean coaxiales; es decir, que entre recto en lugar de en ángulo. El operario debe lograr una alineación casi ideal para obtener roscas de buena calidad y evitar la rotura del macho. Cuanto mayor sea la profundidad de la rosca, más pronunciado será el efecto del error angular. Con una profundidad de 1 o 2 diámetros, el error es mínimo. Con profundidades superiores a 2 diámetros, el error se vuelve demasiado significativo como para ignorarlo. Otro aspecto importante de la alineación es que el primer o segundo corte de rosca determina la dirección que seguirán los demás. No se puede corregir el ángulo después del primer o segundo corte.

Para facilitar esta tarea de alineación, se pueden utilizar varios tipos de plantillas y dispositivos de fijación para proporcionar la geometría correcta (es decir, una coaxialidad precisa con el orificio) sin tener que recurrir a la habilidad a mano alzada para aproximarla:

Roscadora manual: Un dispositivo sencillo, similar en su forma básica a una prensa de husillo. Su husillo se mantiene perpendicular a la pieza de trabajo. Los machos de roscar estándar se sujetan al husillo, y el operario lo gira manualmente mediante una manivela. Este dispositivo evita que el operario tenga que aproximar la perpendicularidad con precisión, lo que incluso para un operario experimentado puede resultar fácilmente en un error de 2 a 5°.
Guía de roscado, o "alineador/soporte de machos y escariadores", una sencilla guía cónica que se desliza sobre el macho cuando se utiliza un mango de macho convencional. Al igual que con un macho de roscar manual, el principio básico es el de una plantilla o dispositivo de fijación para garantizar la alineación correcta.

Cabezales para husillos de máquinas herramienta

Accesorios para roscado: pueden ser normales (disponibles en una gama de tamaños de rosca) o de cambio rápido.
Mandriles de cambio rápido para taladrar y roscar (disponibles en versiones para herramientas CNC y de control manual).
Accesorios de roscado rígidos (para CNC)

En general, los portaherramientas de roscado requieren las siguientes características:

Sujeción doble: el macho de roscar se sujeta por puntos de sus secciones transversales circular y cuadrada. Sujetar la sección circular garantiza la concentricidad con el husillo de la máquina, y sujetar la sección cuadrada genera un accionamiento rotacional preciso.
Embrague de seguridad: El mecanismo de seguridad incorporado se activa en cuanto se alcanza el límite de par establecido para evitar la rotura del grifo.
Flotador radial paralelo: este flotador se encarga de corregir pequeñas desalineaciones.
Compensación de longitud: la compensación de longitud incorporada se encarga de pequeñas variaciones en la fuerza de empuje o tracción del husillo o en la velocidad de avance.

En machinetoolaid.com se muestran estudios de caso sobre perforación con ejemplos típicos de operaciones de perforación en diversos entornos.

Estaciones de extracción de sangre

Las estaciones de roscado son mesas de trabajo con un cabezal de roscado acoplado al extremo de un brazo tipo pantógrafo , similar al de una lámpara de brazo articulado . El operario guía el cabezal de roscado hacia cada orificio (previamente perforado) y lo rosca rápidamente.
Los centros de taladrado y roscado , cuyo nombre suena similar al de las estaciones de roscado, son en realidad centros de mecanizado ligeros y asequibles de 2, 2,5 o 3 ejes, diseñados para una vida útil centrada principalmente en el taladrado y el roscado, con un uso limitado en el fresado.

Los machos de roscar de doble entrada y los machos de roscar con inserto requieren velocidades y avances diferentes, así como diámetros de orificio inicial distintos a los de otros machos de roscar.

Tamaños de brocas para roscar

Tabla de referencia y tamaños de brocas y machos de roscar estadounidenses

En la tabla proporcionada por Albany County Fasteners encontrará una referencia completa sobre los tamaños de brocas y machos de roscar estadounidenses. Esta tabla incluye especificaciones detalladas para el tamaño de los tornillos, el número de hilos por pulgada, los diámetros mayor y menor, y los tamaños de broca adecuados para diferentes materiales.

Morir

Una matriz corta una rosca externa en un material cilíndrico , como una varilla, creando una pieza roscada macho que funciona como un perno . Generalmente, las matrices se fabrican en dos estilos: fijas y ajustables. Una matriz ajustable puede ajustarse mediante un tornillo integrado o mediante un conjunto de tornillos insertados en el soporte de la matriz (denominado "base de la matriz"). Los tornillos de ajuste integrados pueden estar dispuestos para funcionar axialmente, donde el movimiento del tornillo de ajuste dentro de un orificio roscado en la matriz fuerza la apertura de la sección ranurada de la matriz, o tangencialmente, donde un tornillo enroscado en un lado de la ranura presiona contra el lado opuesto de la misma. Las matrices sin tornillos integrados se ajustan dentro de la base de la matriz mediante tornillos dispuestos radialmente. Dos tornillos en la base presionan contra hendiduras a cada lado de la ranura, tendiendo a comprimirla para cerrarla, mientras que un tercer tornillo con punta cónica se enrosca en la ranura forzándola a abrirla. Al accionar estos tres tornillos entre sí, se ajusta la matriz.

Los tornillos integrados parecen ser comunes en Estados Unidos, pero son prácticamente desconocidos en el Reino Unido y Europa.

Los troqueles que se muestran en la imagen de la derecha son ajustables:

Arriba a la izquierda: una matriz dividida antigua, con tornillo de ajuste superior.
Abajo a la izquierda: un troquel de una sola pieza con tornillo de ajuste superior.
centro: un troquel de una sola pieza con tornillo de ajuste lateral (apenas visible en la imagen completa)
derecha: dos matrices sin tornillos de ajuste integrados

Las terrajas macizas cortan una rosca con una forma y profundidad nominales, cuya precisión depende de la exactitud de su fabricación y del desgaste. Las terrajas ajustables se pueden comprimir o expandir ligeramente para compensar el desgaste o para lograr diferentes clases de ajuste de rosca (clase A, B y, más raramente, C). También existen machos de roscar ajustables, aunque no son comunes. Estos tienen una punta dividida por las estrías y un tornillo axial que separa ligeramente los filos de corte.

La pieza en bruto que se va a roscar, cuyo diámetro suele ser ligeramente menor que el diámetro mayor de la matriz, presenta un ligero chaflán en el extremo que se va a roscar. Este chaflán ayuda a centrar la matriz en la pieza en bruto y reduce la fuerza necesaria para iniciar el roscado. ^{[ 16 ]} Una vez que la matriz ha comenzado, se autoalimenta. A menudo es necesario invertir periódicamente el sentido de giro de la matriz para romper la viruta y evitar que se acumule.

Matriz de reenhebrado: Las terrajas de roscado , también conocidas como tuercas de roscado , son terrajas diseñadas para limpiar roscas dañadas, lo que se denomina "reparación". ^{[ 17 ]} Estas terrajas no tienen ranura para redimensionar, tienen una "garganta" mínima y están hechas de una barra hexagonal dimensionada de manera que se pueda usar la llave utilizada para una tuerca estándar de ese tamaño para girarlas. Las terrajas de roscado no se pueden usar para cortar roscas nuevas ya que carecen de dientes formadores de viruta. Sin embargo, tenga en cuenta que el perfil externo de una terraja no se corresponde estrictamente con su función. Los fabricantes de terrajas han producido modelos en forma hexagonal que están destinados a la creación de roscas nuevas. ^{[ 18 ]} Estas parecen idénticas a las terrajas sólidas en todos los aspectos excepto en la forma externa. Las terrajas de corte de rosca hexagonales se utilizan con un soporte de terraja con características de sujeción hexagonales.

lubricantes

El uso de un lubricante adecuado es esencial en la mayoría de las operaciones de roscado. A continuación se muestran los lubricantes recomendados para algunos materiales comunes:

acero al carbono (dulce): Aceite de corte a base de petróleo o sintético .
Acero aleado: Aceite de corte a base de petróleo mezclado con una pequeña cantidad (aproximadamente un 10%) de queroseno o aguarrás mineral . Esta mezcla también es apta para su uso con acero inoxidable .
Hierro fundido: Sin lubricante. Para eliminar las virutas, utilice una corriente de aire a baja velocidad.
Aluminio: Queroseno o aguarrás mineral mezclado con una pequeña cantidad (15-25 por ciento) de aceite de corte a base de petróleo. En algunos casos, productos como WD-40 , CRC 5-56 y aceite 3 en 1 son sustitutos aceptables.
Latón: Queroseno o aguarrás mineral.
Bronce: Queroseno o aguarrás mineral mezclado con una pequeña cantidad (10-15 por ciento) de aceite de corte a base de petróleo.

Referencias

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Bibliografía

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Enlaces externos

Foto de un taponador manual
Tabla estándar de roscado y taladrado : guía de referencia del Laboratorio de Diseño MAE de la Universidad de Florida.

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