Conceptos Clave en Materiales Industriales y Elementos de Fijación

Materiales Industriales y Elementos de Fijación

Metales

Los metales son materiales fundamentales en la industria debido a sus diversas propiedades mecánicas, térmicas y eléctricas. Se clasifican principalmente en ferrosos y no ferrosos.

Materiales Ferrosos

Un material es ferroso o férrico cuando está compuesto principalmente por hierro. Estos materiales poseen la capacidad de oxidarse y/o conducir electricidad. Aunque algunos materiales ferrosos pueden ser frágiles o difíciles de trabajar, sus propiedades varían ampliamente, ofreciendo desde alta resistencia hasta buena maleabilidad.

Ejemplos: Hierro, Acero, Fundición.

Materiales No Ferrosos

Son aquellos materiales que no contienen hierro en su composición principal. Generalmente, son más fáciles de manejar y presentan una mejor maquinabilidad en comparación con muchos materiales ferrosos.

Ejemplos: Aluminio, Estaño, Cobre.

Aleaciones Metálicas

Una aleación se produce al unir dos o más materiales, al menos uno de los cuales es un metal, para obtener un nuevo material con propiedades mejoradas. Estas mejoras pueden incluir mayor ductilidad, maleabilidad, resistencia térmica o incluso ventajas económicas.

Ejemplos de aleaciones:

• Alnico: Aleación de cobalto, aluminio y níquel.
• Constantán: Aleación formada por cobre y níquel.
• Cuproaluminio: Aleación formada entre aluminio y cobre.
• Bronce: Aleación formada entre cobre y estaño.
• Magal: Aleación producida entre magnesio y aluminio.

Plásticos

Los plásticos se definen como materiales compuestos principalmente por resinas. A temperatura ambiente, suelen ser sólidos y duros. Sin embargo, mediante la alteración de la temperatura, pueden ser moldeados al estado líquido y, al enfriarse, retornan a su estado sólido.

Tipos de Plásticos

• Termoplásticos: Son plásticos que, al ser calentados, se vuelven deformables y pueden ser moldeados repetidamente sin perder sus propiedades.
• Termoestables: Son aquellos que, una vez calentados y moldeados, endurecen permanentemente y no pueden ser reblandecidos ni remodelados mediante calor. Por ejemplo: la baquelita.

Clasificación de Aceros (AISI/SAE)

La clasificación AISI/SAE es un sistema estandarizado para designar diferentes tipos de aceros según su composición química y propiedades.

• AISI/SAE 304: Aceros inoxidables. Conocidos por su resistencia a la corrosión.
• AISI/SAE 4340: Aceros aleados. Son aquellos utilizados para aplicaciones de alta exigencia y esfuerzos elevados, como en componentes estructurales o ejes.
• AISI/SAE 1045: Acero al carbono. Debido a sus propiedades de temple, se utiliza en la industria automotriz por su resistencia media y buena maquinabilidad.

Elementos de Fijación Mecánica

El Tornillo

El tornillo es un elemento de fijación fundamental que utiliza el principio del plano inclinado para convertir un movimiento de rotación en un movimiento lineal. Sus partes principales son:

Partes del Tornillo

• Paso: Es la distancia axial entre dos filetes o crestas consecutivos.
• Avance: Es el recorrido axial que una tuerca avanza en una vuelta completa sobre el filete.
• Raíz: Es la parte del tornillo que se encuentra entre los filetes, en la base del hilo.
• Cresta: Es la parte más externa del filete en espiral, encargada del atornillado. La distancia entre crestas define si el paso es basto (grueso) o fino.
• Ángulo del Filete: Es el ángulo que se forma entre los flancos de los filetes.

La Arandela

La arandela es un componente plano con un orificio central, utilizado en conjunto con tornillos y tuercas.

Función de la Arandela

La función principal de una arandela es distribuir la presión de apriete del tornillo sobre una superficie mayor, reduciendo así la concentración de esfuerzos. A menudo se utiliza para proteger la superficie de apoyo del tornillo o, si se utiliza un tornillo metálico en un material frágil, se emplea una arandela de goma para amortiguar y evitar daños. Un ejemplo práctico es la instalación de una mochila de inodoro, donde el tornillo metálico se complementa con una arandela de goma para evitar daños.

Si se utiliza una arandela del mismo material que el tornillo, es crucial asegurar que resista el torque aplicado sin deformarse o romperse.

Tipos Comunes de Arandelas

• Arandela metálica
• Arandela de goma
• Arandela de plástico

Tipos de Roscas

Las roscas son elementos clave en los sistemas de fijación, permitiendo la unión y el ajuste de componentes. Existen diversos estándares, siendo los más comunes la rosca unificada y la rosca métrica.

Roscas Unificadas (UTS)

El Estándar de Rosca Unificado (UTS, por sus siglas en inglés, Unified Thread Standard) define la forma y serie de roscas estándar, junto con sus asignaciones, precisiones y designaciones. Es ampliamente utilizado para tornillos, tuercas y una amplia variedad de otros componentes roscados en Estados Unidos y Canadá. Aunque comparte el perfil de 60° con las roscas métricas ISO, las dimensiones características de cada rosca UTS (como el diámetro exterior y el paso) se basan en fracciones de pulgada, a diferencia de los valores en milímetros. Actualmente, el UTS es regulado por ASME/ANSI en Estados Unidos.

Roscas Métricas

El sistema de rosca métrica es una familia de pasos de rosca estandarizada, basada en el Sistema Internacional de Unidades (SI) desde 1946. Entre sus ventajas destaca su resistencia a la tracción, atribuida al gran ángulo del hilo de rosca. Sin embargo, su eficacia puede variar ligeramente dependiendo de la posición de los hilos.

La designación 'M' indica el diámetro nominal exterior de la rosca del tornillo en milímetros. Por ejemplo, un tornillo M6 posee un diámetro exterior nominal de 6 milímetros.