Hilo rodante

Esta guía contiene todo lo que necesita saber sobre los productos de máquinas roscadoras y laminadoras de roscas.

Aprenderás sobre temas como:

• ¿Qué es el enrollado de hilo?

• Procesos de laminación de hilos

• Ventajas y desventajas del laminado de hilos.

• Defectos comunes

• Tipos de máquinas laminadoras de hilo

• Y mucho más…

Capítulo 1: ¿Qué es Thread Rolling?

El laminado de roscas es un proceso de roscado que deforma una pieza de metal al hacerla rodar entre matrices, creando roscas externas en la superficie. Este método también puede formar roscas internas mediante un proceso conocido como formación de roscas. A diferencia de otras técnicas de roscado comunes, como el corte de hilo, el laminado de hilo no es sustractivo, lo que significa que no implica quitar metal de la culata. Las ventajas de los sujetadores roscados laminados incluyen hilos más fuertes, dimensiones finales precisas, un acabado superficial superior y un menor coeficiente de fricción.

Los productos de máquinas roscadoras son elementos de máquinas roscadas, como pernos, tuercas y tornillos. Los elementos roscados de la máquina se pueden agrupar según su función. Los pernos, tuercas y tornillos son componentes estructurales llamados sujetadores. También se pueden integrar sujetadores roscados a la pieza formando accesorios roscados.

Los sujetadores roscados se utilizan para crear uniones no permanentes, lo que permite el aflojamiento o desmontaje mecánico de componentes. Por el contrario, los tornillos de potencia y los tornillos de avance funcionan como mecanismos o accionamientos mecánicos. Estos elementos controlan el movimiento y transmiten potencia a otras partes de una máquina, desempeñando un papel crucial en los sistemas mecánicos.

Formas de rosca de tornillo

Las roscas de los tornillos se pueden clasificar según su forma.

• Rosca en V: Son roscas triangulares con flancos que normalmente forman 60° entre sí. Las crestas y raíces son afiladas, pero en algunos casos son una pequeña porción plana debido a limitaciones en la fabricación.

• Rosca Nacional Estadounidense: Anteriormente conocida como rosca de tornillo estándar de los Estados Unidos, la rosca Nacional Estadounidense es una versión más estandarizada de la rosca en V que tiene dimensiones específicas para la planitud de las crestas y raíces de las roscas. Esta forma reemplazó la rosca en V para uso general.

• British Whitworth Thread: Esta era la contraparte británica del American National Thread.

• Hilo unificado: esta forma de hilo reemplazó al hilo nacional estadounidense junto con los estándares de hilo de Canadá y Gran Bretaña. Esto fue desarrollado para permitir la intercambiabilidad de piezas. Las roscas unificadas todavía tienen el perfil en forma de V pero con crestas y raíces redondeadas o planas. El estándar de hilo unificado (UTS) consta de series, a saber, unificado fino (UNF), unificado grueso (UNC), unificado extra fino (UNEF) y unificado especial (UNS).

• Rosca métrica: esta forma de rosca se desarrolló para realizar la transición de la medida imperial al sistema métrico. Esto fue traído por la ISO, desplazando la forma de hilo UTS.

• Hilo cuadrado: Los hilos cuadrados son hilos de propósito especial que se utilizan para la transmisión de potencia. Teóricamente son la rosca ideal para mecanismos y aplicaciones de accionamiento debido a la perpendicularidad de las caras o flancos portantes con el eje. Sin embargo, esta forma no es práctica debido a limitaciones de fabricación.

• Hilo Acme: esta forma de hilo es una modificación del hilo cuadrado. El hilo acme se caracteriza por tener forma trapezoidal con una raíz más estrecha que su cresta. Los hilos Acme son más fuertes y más fáciles de mecanizar que los hilos cuadrados.

• Rosca de Contrafuerte: En esta forma de rosca, un flanco es perpendicular o con un ligero ángulo con el eje mientras que el otro tiene un ángulo de 45°. Esta forma de rosca está diseñada para transmitir cargas elevadas en una dirección.

• Hilo de nudillo: Los hilos de nudillo tienen crestas y raíces muy redondeadas con un ángulo de flanco de 30°. El perfil redondeado permite desplazar los residuos para no interferir con el mallado de los hilos.

Capítulo 2: ¿Qué es una descripción general de los procesos de subprocesamiento?

Los procesos de generación de hilos generalmente se clasifican en tres métodos: sustractivo, deformativo y aditivo, cada uno de los cuales difiere en la forma en que se forma el hilo. Los procesos sustractivos, a menudo denominados procesos de corte, son uno de estos métodos. A continuación se presenta un resumen de estos procesos:

Roscado: El roscado es un proceso de mecanizado de roscas para producir roscas internas. Esto se hace mediante un grifo que es una herramienta de corte cilíndrica o cónica. El grifo tiene múltiples filos cortantes similares a una rosca externa. La rosca interna se genera girando el grifo mientras se mueve axialmente más profundamente en el orificio de la culata de metal.

Roscado de matrices: este proceso se utiliza para producir roscas externas. Su método de aplicar fuerza y ​​acción de corte es similar al golpeteo. Se utiliza un troquel para cortar la pieza de metal con múltiples puntos de corte similar a una rosca interna. Existen diferentes diseños de troqueles que pueden ser macizos o de apertura automática.

Corte de un solo punto: El corte de un solo punto se realiza en una máquina de torno donde se sostiene y gira el material metálico. La herramienta de corte está montada sobre un carro alimentado linealmente por un tornillo de avance. Este proceso puede producir hilos tanto internos como externos. Este proceso es más lento que el roscado o el troquelado. Su ventaja es que sólo se necesita una herramienta de corte para producir diferentes roscas.

Persecución: este proceso utiliza una herramienta llamada perseguidor de hilo, que consta de varias herramientas de corte de un solo punto unidas. El rozadora normalmente se monta en el carro de un torno que se indexa gradualmente para cortar el hilo.

Fresado: en este proceso, se utilizan herramientas de corte rotativas simples o múltiples para roscar el material. Además de girar la herramienta de corte e indexarla axialmente como se ve en el roscado y roscado, la herramienta de corte también gira a lo largo de la circunferencia de la superficie roscada. El fresado de roscas puede generar roscas tanto internas como externas.

Rectificado: en lugar de cortar el material, este proceso utiliza herramientas abrasivas para eliminar el metal. Esto generalmente se hace junto con otros procesos de subprocesamiento. El rectificado de roscas se realiza para producir roscas de precisión y con buen acabado.

Los procesos de deformación generan hilos trabajando el material metálico para darle forma. Esta clasificación incluye laminación y fundición:

Laminado: Como se mencionó anteriormente, el laminado de roscas es un proceso de roscado externo que da forma al material pasándolo a través de matrices de rodillos. Los troqueles de rodillo tienen rodillos externos en forma de hilo que entran en contacto y deforman la superficie del material. El laminado de hilo es generalmente más rápido que el corte de hilo, ya que el proceso de conformación solo requiere unas pocas pasadas.

Fundición: este proceso implica verter o inyectar el metal fundido en una matriz o molde. La matriz contiene la forma negativa de la parte roscada. Este proceso requiere procesos de mecanizado secundarios para producir roscas precisas. Este proceso no es adecuado para hacer hilos finos.

Finalmente, los procesos aditivos son métodos para producir hilos añadiendo o depositando materiales gradualmente. Estos se utilizan ampliamente para producir piezas de plástico. Los avances tecnológicos amplían aún más el proceso de producción de elementos metálicos para máquinas. Para producir hilos de calidad, se utiliza junto con procesos secundarios como el rectificado y lapeado.

Algunos de los procesos aditivos son la estereolitografía, la sinterización selectiva por láser y la fabricación de filamentos fundidos:

• Estereolitografía: Es uno de los procesos de impresión 3D más utilizados para producir piezas de plástico. Este proceso implica un baño de resina plástica que se cura mediante un haz de luz enfocado.

• Sinterización selectiva por láser: este proceso utiliza un rayo láser para sinterizar material en polvo. El plástico es un material común utilizado para el proceso, pero la tecnología ahora está ganando terreno en la producción de piezas metálicas.

• Fabricación de filamentos fundidos: en este proceso, un filamento continuo de material se funde y se extruye para formar la forma deseada de la pieza.

Capítulo 3: ¿Cuáles son las ventajas y desventajas del laminado de hilos?

El uso de una máquina de tornillo laminado tiene ventajas y desventajas. La principal ventaja del laminado de roscas es que produce superficies más resistentes y ofrece una alta precisión dimensional. Sin embargo, debido a que este proceso depende de la deformación del metal, generalmente se limita a metales blandos e implica mayores costos de herramientas.

A continuación se enumeran los beneficios de utilizar tornillos y pernos laminados:

Alta resistencia del hilo: el laminado de hilo generalmente se realiza a temperaturas relativamente bajas, lo que lo convierte en un proceso de trabajo en frío. Se sabe que el trabajo en frío produce piezas con mayor resistencia sin la necesidad de un tratamiento térmico secundario. Esto hace que el laminado sea adecuado para roscar materiales que no responden al tratamiento térmico. Los hilos enrollados son entre un 10 y un 20 por ciento más resistentes que los hilos cortados o rectificados.

Buenos acabados superficiales: El laminado de roscas imparte inherentemente roscas suaves y bruñidas sin necesidad de procesos de pulido secundarios. Las elevadas fuerzas de compresión que deforman el metal eliminan cualquier irregularidad en la superficie del hilo. Las superficies laminadas tienen una rugosidad superficial de aproximadamente 8 a 24 micropulgadas Ra, mientras que las roscas cortadas suelen tener 64 a 125 micropulgadas Ra. Los hilos enrollados tampoco tienen desgarros, marcas de vibración, marcas de corte ni rebabas.

Roscado de precisión: dado que las matrices utilizadas en el laminado de roscas son imágenes especulares de las roscas que se generarán y no se elimina material del stock, el proceso puede producir piezas con alta precisión y exactitud en tiradas largas. Esto es cierto siempre que los troqueles sean precisos y estén fabricados con suficiente dureza.

Menor coeficiente de fricción: Un buen acabado superficial conduce a un menor coeficiente de fricción. Un coeficiente de fricción más bajo proporciona un apriete más uniforme y consistente de tuercas y pernos o una mejor transmisión de potencia para tornillos de avance.

Plazos de producción más cortos: el laminado de roscas es generalmente más rápido que el corte de roscas. Las velocidades de laminado dependen del tipo de material, perfil de rosca, tamaño y capacidad de la máquina y método de alimentación del material metálico. Para matrices alternativas, el laminado de roscas puede producir de 30 a 40 piezas por minuto con diámetros de material que varían de 5/8 a 1 1/8. Para troqueles cilíndricos, de 10 a 30 partes por minuto para tamaños que oscilan entre 1 y 1 ½ pulgada.

Menor costo gracias al uso eficiente del material: dado que el laminado de hilo es un proceso deformativo, no se elimina ninguna cantidad de material durante todo el proceso. Esto conduce a una mejor utilización de la energía, ya que no es necesario recoger ni reciclar materiales desperdiciados.

A continuación se detallan las desventajas del laminado de hilos. Se puede observar que estos afectan principalmente al fabricante más que al usuario final. En última instancia, estos contribuyen al costo del producto, lo que hace que los productos roscados laminados, en algunos casos, sean más caros que los productos producidos a partir de otros procesos.

No es práctico para materiales duros: el laminado de hilos se realiza principalmente en metales maleables. Aunque es posible, el laminado de roscas no se realiza para metales superiores a 40 Rockwell C. Más allá de este nivel de dureza, el rectificado de roscas es más práctico. Laminar materiales duros reduce significativamente la vida útil de la herramienta.

• Herramientas más caras: las matrices utilizadas para laminar deben ser duras y precisas. Cualquier deformidad de la matriz dará como resultado una precisión dimensional deficiente de las roscas. Debido a la dureza requerida, es difícil fabricar las matrices con precisión.

• El diámetro del material debe ser preciso: debe haber la cantidad adecuada de material que fluirá para ser desplazado y elevado sobre la superficie original. El diámetro de la culata debe calcularse y verificarse mediante prueba, especialmente cuando se producen roscas precisas. Para obtener el diámetro correcto, la culata puede requerir un proceso de torneado preliminar.

Capítulo 4: ¿Qué factores se deben considerar al enrollar hilos?

Como ocurre con cualquier proceso de mecanizado, se deben considerar varios factores para garantizar condiciones operativas óptimas y la calidad del producto. A continuación se detallan algunas de las variables clave que afectan el laminado de hilos.

Requisitos de materiales: Una desventaja conocida del laminado de hilos es su incompatibilidad con materiales duros. Los materiales que se laminarán deben tener una dureza no superior a HRC 40. Los materiales que se pueden laminar son aceros con bajo contenido de carbono, aceros suaves, aceros inoxidables, aleaciones de cobre y, a menudo, aluminio. Además, el material debe tener el grado adecuado de ductilidad. El rango recomendado es del 12 al 20% del factor de alargamiento.

Diámetro de la culata: El diámetro de la culata correcto es casi el mismo que el diámetro de paso del tornillo o pernos. Generalmente, el espacio o cavidad entre las roscas y debajo de la línea de paso es el mismo que el volumen de la rosca por encima de la línea de paso. Es posible que se necesiten algunos ajustes de tolerancias para lograr la formación de cresta deseada, especialmente si es necesario realizar procesos secundarios como recubrimiento o enchapado.

Ángulo de chaflán: El chaflán es la superficie cónica ahusada al comienzo de una rosca. Antes de laminar, el borde en un extremo de la culata debe mecanizarse para que tenga un chaflán. Se debe establecer un ángulo de chaflán correcto para dar forma adecuada a la rosca al final. El ángulo de chaflán recomendado es de 30° en la mayoría de los casos.

Alimentación: Existen tres técnicas básicas para alimentar el material en los troqueles: alimentación radial, alimentación tangencial y alimentación continua. En la alimentación radial, las matrices se mueven radialmente hacia el eje del material. Para la alimentación tangencial, el paso del material se aproxima a los rodillos desde su lado formando un contacto tangencial y cuadrado. Por último, la alimentación directa implica un troquel cilíndrico que se acopla contra la culata provocando que se mueva axialmente.

• Velocidades de laminado de hilos: Las velocidades de laminado de hilos dependen de las limitaciones mecánicas y de potencia de la máquina, el diámetro del hilo y el material y la dureza del metal. Las velocidades de laminación pueden oscilar entre 30 y 100 m/min. Se requieren velocidades de laminación bajas para materiales duros, mientras que las velocidades altas son para materiales blandos y dúctiles.

• Refrigerante y lubricante: Los refrigerantes o fluidos de corte se utilizan ampliamente en el corte de roscas, pero también son necesarios para el laminado de roscas. Deformar el metal también genera calor que puede comprometer tanto los troqueles como el material. Además, los refrigerantes también pueden actuar como lubricantes para reducir la fricción entre los troqueles y el material.

Capítulo 5: ¿Cuáles son los defectos comunes en el laminado de hilos?

Aunque el proceso de laminado de hilo proporciona una mayor precisión en comparación con otros métodos, aún pueden ocurrir defectos debido a trastornos e irregularidades en la operación. Los problemas comunes incluyen dimensiones del material fuera de tolerancia, rodillos desgastados o desalineados y alimentación inadecuada del material. Los siguientes son los defectos más frecuentes observados en el laminado de hilos.

Cresta de rosca truncada: este defecto se describe por una cresta no completamente formada o una cresta excesivamente truncada. Una razón podría ser un stock de tamaño insuficiente donde no hay material suficiente para fluir y crear las crestas. Esto se soluciona aumentando gradualmente el tamaño de la acción. Si el diámetro de paso está sobredimensionado, entonces la causa más probable es un cabezal de roscado flojo, lo cual se soluciona dimensionando. De lo contrario, es posible que el defecto se deba a una dureza excesiva del material. Por lo tanto, es necesario cambiar a un material más blando.

Descamación: La descamación o las astillas provocan una aspereza inusual en la superficie de las roscas. Esto suele deberse a la incompatibilidad del material a rodar. Las causas fundamentales pueden ser un contenido excesivo de plomo y azufre, una estructura de grano inconsistente y, a veces, el trabajo en frío antes del laminado. Si el material que se utiliza ya tiene una buena capacidad de laminación, entonces otras posibles causas pueden ser rodillos o troqueles no coincidentes, superficie rugosa de los rodillos, sobrellenado o velocidades de laminado lentas.

Hilos borrachos: este defecto se observa como crestas de hilo onduladas o desiguales. Esto es el resultado de matrices que no coinciden, alimentación desalineada del material o construcción deficiente de la matriz. La mejor solución es comprobar el estado de los rodillos y sus casquillos.

Línea de paso curva: se ve como la disminución de las roscas hacia los extremos de los segmentos roscados del perno o tornillo. La curvatura puede ser cóncava o convexa. Sus causas fundamentales son un diámetro de material inconsistente, material desalineado en relación con el rodillo, desgaste de los rodillos o demasiada deformación del material que hace que fluya hacia el final del material.

Ángulo de hélice fuera de tolerancia: esto puede ser el resultado de una variedad de causas, como rodillos no sincronizados, rodillos imperfectos, alimentación incorrecta del material o gato de tornillo. Esto se puede solucionar sincronizando y alineando correctamente los rodillos, alimentando adecuadamente el material y optimizando la velocidad de laminado.

Mal acabado: El mal acabado es el resultado de factores como matrices desgastadas, alta dureza del material, diámetro de material sobredimensionado o presencia de contaminantes en el suministro de refrigerante.

Extremo ahuecado: Un extremo ahuecado aparece como un extremo cóncavo causado al forzar al metal a fluir sobre un chaflán insuficiente. Esto es más evidente en metales más blandos. El defecto se soluciona biselando adecuadamente la culata, normalmente unos 30°.

Capítulo 6: ¿Cuáles son los tipos de máquinas laminadoras de hilo?

El laminado de roscas es un proceso sencillo que comienza cortando una barra de metal a medida y forjándola para crear el perno o la cabeza del tornillo. A continuación, se mecaniza la barra para lograr el diámetro correcto y un chaflán en un extremo. Luego, el material preparado se introduce en la máquina roscadora, donde pasa a través de troqueles para darle forma al hilo. Después de enrollar el hilo, la materia prima se somete a procesos secundarios como enchapado, anodizado y revestimiento.

Este resumen del proceso se aplica a todos los tipos de laminado de hilos. Sin embargo, las máquinas laminadoras de roscas difieren según el tipo de troquel utilizado. Se pueden clasificar en tipos de matriz plana, planetaria o cilíndrica.

Tipo de matriz plana: este tipo de máquina laminadora de roscas consta de dos matrices rectangulares, una de las cuales es estacionaria y la otra es alternativa. La matriz alternativa se mueve paralela a la matriz estacionaria. La superficie de las matrices contiene crestas que representan el perfil del hilo a producir. Estas crestas están inclinadas en un ángulo igual al ángulo de hélice del hilo. La distancia entre las crestas de las matrices es igual al diámetro menor de la rosca.

Las roscas se forman normalmente en un solo paso. La longitud del troquel permite enrollar la culata entre seis y ocho veces. La culata se inserta por un extremo, ya sea de forma manual o automática. Los troqueles hacen rodar la culata tangencialmente, lo que la lleva hasta el extremo opuesto por fricción.

Tipo de segmento o planetario: un tipo planetario opera haciendo rodar el material a través de una superficie estacionaria y otra móvil. Sin embargo, esta máquina utiliza un movimiento giratorio en lugar de traslación. Este tipo involucra matrices curvas estacionarias y una matriz giratoria central. Se pueden combinar uno o más troqueles estacionarios con un único troquel giratorio. Un dado estacionario rueda una culata a la vez.

Similar al tipo de matriz plana, la máquina planetaria tiene una superficie de rodadura finita que forma la rosca a través de un pasaje. La culata se inserta en un extremo del troquel curvo. Luego, el troquel giratorio gira un arco completo del troquel curvo haciendo girar la culata hasta que es expulsada por el extremo opuesto.

Tipo de matriz cilíndrica: Las matrices o rodillos cilíndricos se consideran matrices con infinitas superficies de trabajo. Estas máquinas suelen funcionar mediante la combinación de alimentación radial y pasante. A diferencia de los tipos planetarios y de matriz plana, el tipo de matriz cilíndrica deforma el metal mediante múltiples pasadas a medida que rueda. Las máquinas de matriz cilíndrica se pueden dividir en dos categorías principales: máquinas de dos matrices y de tres matrices.

• 1. Dos matrices: este tipo de máquina roscadora tiene dos rodillos paralelos en los que uno o ambos pueden moverse radialmente para aceptar y penetrar el material. La culata se coloca ligeramente desplazada del plano de la línea central de los troqueles para evitar que se levante. En el medio se encuentra un soporte de rodillo liso o una barra de apoyo para sujetar la culata mientras se enhebra.

  2. Tres matrices: Esta máquina tiene tres rodillos colocados a 120° entre sí. Normalmente, todos los rodillos pueden moverse radialmente donde la posición de la culata se mantiene en el centro durante la penetración. En comparación con las máquinas de dos troqueles, los tipos de tres troqueles tienen un mejor equilibrio de fuerzas pero son más difíciles y complejos de ajustar.

Conclusión

• El laminado de roscas es un tipo de proceso de roscado que implica deformar una pieza de metal haciéndola pasar a través de matrices para formar roscas externas a lo largo de su superficie. Las roscas internas se pueden formar utilizando el mismo principio, denominado específicamente formación de roscas.

• Los procesos de generación de hilos se clasifican generalmente en tres métodos: sustractivo, deformativo y aditivo. Estos difieren en la forma en que se forma o se forma el hilo.

• La principal ventaja del laminado de hilos es la mayor precisión superficial y dimensional del producto. Sin embargo, el proceso se limita a metales blandos y requiere herramientas más caras.

• Existen diferentes tipos de máquinas laminadoras de roscas que varían según el tipo de troquel utilizado. Las máquinas laminadoras de roscas pueden ser del tipo de matriz plana, planetaria o cilíndrica.