Elementos de Unión Mecánica en Tecnología Industrial: Tornillos, Tuercas, Arandelas y Remaches

En el ámbito de la ingeniería y la tecnología industrial, los elementos de unión mecánica son fundamentales para ensamblar componentes y estructuras. A continuación, se detallan los principales tipos de estos elementos, sus características, usos y sistemas de designación.

1. Tornillos

Los tornillos son elementos de fijación roscados compuestos por tres partes principales: la cabeza, el vástago (o cuerpo) y la punta.

1.1. Tipos de Cabeza

• Avellanada: Diseñada para que la unión quede rasante con la superficie de la pieza. La cabeza puede ser plana o abombada, y la huella (ranura para el destornillador) puede ser:
  • Ranurada (plana)
  • Estrella (Phillips, Pozidriv)
  • Allen (hexagonal interna)
  • Torx, etc.
• Cilíndrica: Se utiliza cuando se desea que la cabeza quede oculta o embutida en la pieza.
• Redondeada: Se apoya directamente sobre la superficie de la pieza, dejando la cabeza al descubierto.
• Cuadrada: Comúnmente empleada en utillajes y fijaciones de herramientas. Su forma evita que la tuerca gire al apretar el tornillo.
• Hexagonal: Permiten aplicar un par de apriete muy elevado, lo que resulta en fijaciones extremadamente seguras. Pueden ser de cabeza simple o con brida.
• Especiales: Incluyen cabezas moleteadas, de palomilla, planas con caña cuadrada, hembrillas y cáncamos, entre otras, diseñadas para usos específicos.

1.2. Tipos de Punta

La punta del tornillo facilita su inserción y, en algunos casos, la creación de la rosca. Los tipos más comunes son:

• Cónica
• De copa
• Plana
• Bombeada
• Punto de agarre
• Punto de agarre cónico

1.3. Resistencia de los Tornillos

La clasificación de los tornillos según su calidad y resistencia mecánica está estandarizada en la norma ISO 898-1. Las clases de resistencia más comunes son:

• 4.6
• 5.6
• 5.8
• 6.8
• 8.8
• 10.9
• 12.9

El primer dígito indica la resistencia a la tracción mínima (en N/mm² dividida por 100), y el segundo dígito (multiplicado por el primero y por 10) indica el límite elástico mínimo.

1.4. Designación de Tornillos

La designación de un tornillo proporciona información clave sobre sus características. Generalmente, consta de dos partes:

1. Denominación del tornillo: Indica el tipo de cabeza y la huella.
2. Características técnicas: Especifica el sistema de rosca (por ejemplo, métrica M), la longitud del vástago, la norma de fabricación y sus características mecánicas (clase de resistencia).

Ejemplo: Cabeza Hex. M10x70 UNE 4017 5.8 (Tornillo de cabeza hexagonal, rosca métrica de 10 mm de diámetro, 70 mm de longitud, según norma UNE 4017, con clase de resistencia 5.8).

2. Tuercas

Las tuercas son elementos roscados internamente que se acoplan a los tornillos para asegurar una unión. Es fundamental que el tornillo y la tuerca tengan el mismo sistema de rosca para un acoplamiento correcto.

2.1. Tipos de Tuercas

• Cuadrada
• Hexagonal
• Cáncamos (para elevación)
• Ranurada (para pasadores)
• Ciegas, mariposa, etc.

2.2. Designación de Tuercas

La designación de una tuerca incluye su tipo, el sistema de rosca con sus dimensiones, la norma de fabricación y su clase de resistencia.

3. Arandelas

Las arandelas son piezas planas con un orificio central que se interponen entre la cabeza del tornillo (o la tuerca) y la superficie de la pieza. Sus funciones principales son:

• Proteger la superficie de apriete.
• Distribuir la fuerza generada en el ajuste, reduciendo la presión sobre la pieza.
• Asegurar un cierre más hermético.
• Impedir el movimiento o aflojamiento del tornillo o tuerca.

3.1. Tipos de Arandelas

• Plana: La más común, distribuye la carga y protege la superficie.
• Plana con reborde ancho: Similar a la plana, pero con mayor superficie de apoyo.
• Grower (o de seguridad elástica): Es un anillo abierto deformado en forma de espiral con sección cuadrada. Genera una fuerza elástica que previene el aflojamiento por vibraciones.
• Dentadas: Son elásticas y se utilizan como seguridad contra el aflojamiento por vibraciones. Al apretar el tornillo o tuerca, los dientes se clavan en la pieza, impidiendo el giro.
• Ondulada: Ofrece alta resistencia a las vibraciones y no marca la pieza gracias a su forma ondulada.
• Antivibraciones: Se usan por parejas (por ejemplo, arandelas Nord-Lock) para evitar que los conjuntos se aflojen debido a vibraciones.
• Solapada: Es una arandela plana que incorpora una solapa que puede doblarse contra una cara del tornillo o tuerca para bloquear la unión.

4. Otros Sistemas de Unión

4.1. Sistemas de Seguridad para Uniones Roscadas

Estos sistemas están diseñados para prevenir el aflojamiento de tornillos y tuercas, especialmente en entornos con vibraciones o cargas dinámicas.

• Tuerca-Contratuerca: Se utilizan dos tuercas. La segunda tuerca (contratuerca) se aprieta contra la primera, generando un rozamiento entre los flancos de las roscas que impide el aflojamiento.
• Tuerca Autoblocante: La fijación se logra mediante un anillo de nylon (o material similar) insertado en la tuerca, que ejerce presión sobre la rosca del tornillo, impidiendo su giro y aflojamiento por vibraciones.
• Bloqueo Mecánico: Incluye sistemas como tuercas con pasador (tuercas almenadas o ranuradas) que se aseguran con un pasador o chaveta a través del tornillo.

4.2. Otras Uniones Roscadas Especiales

• Tornillos Roscachapa Autorroscantes: Realizan la rosca de forma automática al ser introducidos, eliminando la necesidad de un roscado previo. Se utilizan comúnmente en chapas metálicas, plásticos y otros materiales blandos.
• Tornillos Roscachapa Autoperforantes: Similares a los autorroscantes, pero incorporan una punta que permite perforar el material sin necesidad de un taladro previo.
• Tirafondos: Son tornillos diseñados específicamente para madera y materiales similares. A diferencia de los roscachapa, suelen tener una rosca de hilo único más gruesa y una punta afilada.

5. Uniones Remachadas

Los remaches son elementos de unión permanentes que se utilizan para unir dos o más piezas mediante deformación plástica. Una vez instalados, no pueden desmontarse sin destruir el remache.

5.1. Tipos de Remaches

• Remaches por Golpe: Se instalan mediante golpes o presión, deformando el vástago para formar una segunda cabeza. Pueden tener cabeza esférica, avellanada, etc.
• Remaches Estándar (Pop o Ciegos): Son remaches tubulares que se instalan desde un solo lado de la pieza. Comúnmente fabricados en aluminio o acero.
  • Remache Normal: Versátil, apto para una amplia gama de materiales y disponible en diversos tamaños.
  • Remache de Pala Ancha: Diseñado para materiales blandos o frágiles, distribuyendo la carga sobre una mayor superficie.
  • Remaches Avellanados: Permiten una unión rasante con la superficie, ideal para aplicaciones donde se requiere una superficie lisa.