Conceptos básicos de los tornillos y tipos de tornillos

Aunque se usan ampliamente, los tornillos suelen estar entre los componentes menos considerados en la electrónica. Aun así, hay una razón por la que DigiKey ofrece más de 13,000 tipos de tornillos diferentes. Se utilizan para sujetar placas de circuitos, colocar paneles de cubierta y ensamblar conectores. A diferencia de los componentes electrónicos, los tornillos no vienen marcados y hay que tener buen ojo para identificarlos.

En los primeros años de la escuela secundaria, mientras aprendía el código de colores de la resistencia, mi padre, un maquinista, me enseñó qué era un tornillo para metales n.º 6-32. Resultó ser un talento realmente útil. Si no sabe nada de tornillos o se olvidó de lo que sabía, en esta publicación, encontrará los conceptos básicos sobre ellos.

Los conceptos básicos de los tornillos

El tornillo es un sujetador que utiliza una ranura helicoidal, llamada rosca, cortada en el exterior de una varilla cilíndrica. Se acopla con una ranura helicoidal inversa cortada en el interior de un orificio cilíndrico, ya sea en un cuerpo sólido o en un objeto pequeño llamado tuerca. Al girar el tornillo para que ingrese en el orificio roscado de acoplamiento, el tornillo avanza introduciéndose en la superficie de acoplamiento. Si se atraviesa un objeto con el tornillo y se gira el tornillo hasta que el objeto y la superficie de ensamblaje se unan, el objeto se ensambla en la superficie (Figura 1).

Figura 1: Un dibujo de un típico tornillo para metales de cabeza redonda que muestra sus especificaciones principales. (Fuente de la imagen: Art Pini)

Las especificaciones clave para un tornillo son su diámetro mayor, el paso de rosca (o el recuento recíproco de roscas por unidad de longitud) y la longitud. El diámetro mayor es la medida del diámetro en el exterior de la rosca del tornillo. El paso de rosca es la distancia que avanza el tornillo en una vuelta, o la distancia entre los picos de roscas adyacentes. El número recíproco del paso de rosca es el recuento de roscas por unidad de longitud. Para EE. UU. y Canadá, la unidad de longitud es la pulgada (in). En los países que utilizan especificaciones métricas para los tornillos, es milímetros (mm). La longitud del tornillo es la distancia desde la parte inferior del tornillo hasta el plano de referencia. El plano de referencia es donde el tornillo hace contacto con la superficie de acoplamiento. Para tornillos de cabeza redonda y similares, se encuentra en la base de la cabeza del tornillo, como se puede ver en la imagen. Para un tornillo de cabeza plana, que se asienta en un orificio avellanado, se encuentra en la parte superior de la cabeza del tornillo.

Estándares de la rosca de tornillo

El estándar de rosca más utilizado en América del Norte es el UTS (estándar de rosca unificado). Los tornillos UTS se especifican por el diámetro nominal y recuento de roscas. Por ejemplo, un tornillo ¼-20 tiene un diámetro de ¼ de pulgada y un recuento de roscas de 20 roscas/pulgada. Los tornillos con diámetros inferiores a ¼ de pulgada se especifican con un número entero, 0-16. Los tornillos con diámetros inferiores a 0 se describen con los números 00, 000 y 0000. Como, por ejemplo, los tornillos que se usan para los anteojos suelen ser 00-72.

El UTS admite varios recuentos de roscas para cada diámetro de tornillo. Los recuentos más bajos o las roscas más gruesas se especifican como UNC (rosca gruesa unificada). Los tornillos con un paso más fino se describen como UNF (rosca fina unificada) (Tabla 1).

Tabla 1: Las dimensiones de los tornillos según el estándar de tornillo UTS. (Fuente de la tabla: Art Pini)

Con respecto a la Tabla 1, tenga en cuenta que existen dos recuentos de roscas posibles para cada diámetro de tornillo, por lo que un tornillo n.º 10 está disponible con roscas de 24 o 32 roscas/pulgadas.

Los diámetros absolutos de los tornillos con números enteros de calibre se pueden calcular multiplicando el número de calibre por 0.013 y sumándole al resultado 0.060 pulgadas. Por lo tanto, un tornillo n.º 6 tiene un diámetro de (6 x 0.013) + 0.060 = 0.138 pulgadas.

También existe un estándar métrico de tornillos. Estos se designan con la letra M, seguida del diámetro mayor del tornillo en milímetros, luego el paso de rosca también en milímetros (Tabla 2).

Tabla 2: Diámetros de tornillo y pasos de rosca métricos para las series de rosca gruesa y fina. (Fuente de la tabla: Art Pini)

Las roscas de paso fino ofrecen más opciones de diámetros de tornillo que la serie gruesa, pero en la Tabla 2 solo se muestran los diámetros superpuestos. Como en el caso de los tornillos UTS, los tornillos métricos están disponibles en dos pasos de rosca para cada diámetro. Recuerde que el paso del tornillo es el número recíproco del recuento de roscas por milímetro.

Formas de cabeza de tornillo y tipos de accionamiento

Los tornillos se fabrican con una variedad de formas de cabeza. Cada forma de cabeza proporciona ventajas específicas. Por ejemplo, un tornillo de cabeza plana generalmente está avellanado de modo que la cabeza quede completamente debajo de la superficie en la que se introduce el tornillo. Esto mantiene la superficie sin proyecciones. A continuación, la Figura 2 muestra los tipos de cabeza de tornillo más comunes utilizados en el ensamblaje de componentes electrónicos.

Figura 2: Ejemplo de algunos tipos característicos de cabeza de tornillo. La aplicación generalmente determina el tipo de cabeza de tornillo que se utiliza. (Fuente de la imagen: Art Pini)

Además de la forma de la cabeza del tornillo, los tornillos se describen según el tipo de accionamiento. El tipo de accionamiento determina la naturaleza de la herramienta que se utiliza para girar el tornillo (Figura 3).

Figura 3: El tipo de accionamiento del tornillo determina el par de torsión máximo que se puede aplicar a la cabeza del tornillo. También determina el tipo de herramienta que se utiliza para girar el tornillo. Estos son algunos de los tipos de accionamiento más utilizados. (Fuente de la imagen: Art Pini)

Todos los tipos de accionamiento que se muestran, excepto la cabeza hexagonal, requieren un destornillador adecuado. Los tornillos de cabeza hexagonal utilizan una llave inglesa o una llave de tuercas. La aplicación determina la selección del tipo de accionamiento.

La mayoría de los tornillos avanzan cuando se giran a la derecha. Esto se llama rosca a la derecha. Una rosca que se usa con menos frecuencia es la rosca a la izquierda, en la que el tornillo avanza cuando se gira en sentido contrario a las agujas del reloj.

Tipos de tornillos presentes en la electrónica

Dada la gran cantidad de subensamblajes que se utilizan en la electrónica, debería ser obvio que se requiera una gran cantidad de tipos de tornillos para mantenerlos todos juntos (Figura 4).

Figura 4: Tipos de tornillos comúnmente utilizados en ensamblajes electrónicos. (Fuente de las imágenes: B&F Fastener Supply, RAF Electronic Hardware y Pomona Electronics)

El tornillo para metales: como su nombre lo indica, estos tornillos se utilizan para unir componentes mecánicamente en máquinas, vehículos, dispositivos electrónicos y electrodomésticos. Un ejemplo sería sostener una placa de circuito en un espaciador roscado. El PMS-632-0075-PH de B&F Fastener Supply, que se muestra en la Figura 4 (izquierda), es un tornillo para metales n.º 6-32 de cabeza troncocónica, con accionamiento Phillips, de ¾ pulgadas de largo.

El tornillo autorroscante para láminas de metal, el segundo desde la izquierda, es un HHSMS de 6X1/2 de B&F Fastener Supply. Este es un tornillo de cabeza hexagonal n.º 6 con una longitud de ½ pulgada. Los tornillos para láminas de metal se utilizan para unir componentes de láminas de metal como chasis o carcasas. Se insertan en elementos de láminas de metal con solo pequeños orificios piloto. Los tornillos cortan sus propias roscas internas a medida que se atornillan.

El diseño del tornillo de panel, el tercero desde la izquierda, permite sujetar un panel removible en su lugar. Es una forma de tornillo de hombro. La parte superior del tornillo, conocida como vástago, no está roscada, ya que está diseñada para pasar a través de un orificio en el panel y girar libremente mientras la parte roscada asegura el panel al orificio de ensamblaje roscado. El tornillo que se muestra es un tornillo para panel n.° 4-40 de cabeza ranurada 0100-SS de RAF Electronic Hardware con una longitud de 21/32 pulgadas.

El último ejemplo es un tornillo de fijación. Los tornillos de fijación se utilizan para asegurar componentes giratorios como perillas, engranajes y levas a un eje. Son tornillos sin cabeza que normalmente usan accionamiento ranurado o Allen. Un buen ejemplo es el tornillo de cabeza ranurada 4914 de Pomona Electronics n.° 8-32 en el extremo derecho.

Conclusión

Estos son solo algunos de los tipos de tornillos disponibles. Espero que esto sirva como una guía útil para identificar los tornillos y lo ayude a comenzar por el camino correcto para seleccionar el tornillo mecánico adecuado para su próximo proyecto de diseño.