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Nomenclatura y dureza de los tornillos
Al seleccionar tornillos para cualquier montaje, surge con frecuencia la duda sobre el significado de su nomenclatura. En este artículo se explica cómo interpretarla, centrándonos en tornillería de acero al carbono. Los tornillos de acero inoxidable utilizan otra numeración, centrada en la resistencia a la corrosión, y serán tratados en un artículo aparte.
Nomenclatura de los tornillos
A la hora de elegir tornillos para el montaje a realizar, todos nos hemos preguntado que significa la nomenclatura.
La nomenclatura de los tornillos suele dividirse en dos partes:
-
Identificación del fabricante, situada en la parte superior de la cabeza. Puede mostrarse como nombre completo o abreviatura (“XXX” en el diagrama), dependiendo del espacio disponible.
-
Clase de resistencia, las características técnicas, situado en la parte inferior, normalmente con una numeración como “8.8”.
No todos los tornillos presentan esta identificación. En general, los tornillos de rosca métrica de fabricantes de calidad incluyen su marca, mientras que los tornillos de rosca madera, rosca chapa o rosca plástico no suelen llevar ninguna impresión técnica.
La codificación inferior (por ejemplo, 8.8) responde a la norma ISO 898-1 para tornillos de acero al carbono, e indica sus propiedades mecánicas:
La parte que más nos interesa es la zona inferior de la impronta (“8.8” como ejemplo en el diagrama). La clasificación según su calidad viene establecido por la norma ISO 898-1 donde se establecen diferentes nomenclaturas tales como:
4.8, 5.6, 6.8, 8.8,10.9, 12.9….
Como anteriormente hemos indicado, la nomenclatura inferior, se componen de 2 números, haciendo siempre referencia a propiedades mecánicas:
- El primer número hace referencia a la resistencia a la tracción
- El segundo número hace referencia al límite elástico.
Resistencia a la tracción
Cuando se especifica que un tornillo es de calidad 4.8, 8.8 u otra similar, se está haciendo referencia a su resistencia mecánica. El primer número indica la resistencia máxima a la tracción, es decir, la carga límite que el tornillo puede soportar antes de romperse. Este valor se obtiene multiplicando dicho número por 100, expresado en N/mm².
Por ejemplo, un tornillo de calidad 8.8 tiene una resistencia máxima a la tracción de 800 N/mm². Sin embargo, este dato es genérico. Para conocer la resistencia real en una aplicación concreta, es necesario calcularla teniendo en cuenta también el área de la sección del tornillo.
| Denominación | Resistencia a la tracción (N/mm2) | Carbono |
|---|---|---|
| Bajo | 4.8 | 400 N/mm2 |
| Bajo | 5.6 | 500 N/mm2 |
| Bajo | 6.8 | 600 N/mm2 |
| Medio | 8.8 | 800 N/mm2 |
| Medio | 10.9 | 1000 N/mm2 |
| Alto | 12.9 | 1200 N/mm2 |
Con estos datos ya nos podemos hace a la idea de la resistencia máxima mecánica que va a dar el tornillo según su calidad. Al ser una resistencia en general valido para todas las medidas, necesitamos profundizar más para saber cual es la resistencia de un tornillo en especial conociendo estos datos y convertir el resultado en kilogramos.
Ejemplo de cálculo de resistencia mecánica de un tornillo
Para este ejemplo ello vamos a calcular la resistencia de un tornillo de métrica 10 en calidad 12.9, como hemos explicado anteriormente tiene una resistencia a la tracción de 1200 N/mm2.
Para calcular la resistencia real, necesitamos saber los mm2 que conforma el circulo o el área de la sección del tornillo.
La formula nos indica que el área es el resultado del número Pi por el radio al cuadrado (A= π x r2).
Al ser un tornillo de M10, diámetro 10 milímetros, el radio es 5 milímetros y la fórmula de cálculo será:
A=π x 52 -> 78,53 mm2 de área.
Sabiendo el área en mm2 y la resistencia a la tracción en N/mm2, calcularemos la resistencia multiplicando 78,53 mm2 x 1200 (N/mm2 de la tornillería 12.9) con un resultado de 94.236N
Para mayor comodidad, conociendo que 1 kilogramo de fuerza es 9,8N, dividiendo:
94236N / 10 = 9423,60 Kg es la resistencia de un tornillo M10 12.9
Con este método podemos calcular la resistencia de un tornillo de una manera rápida y sencilla.
Límite elástico
El segundo número de la nomenclatura está relacionado con el primer número, y indica el porcentaje del limite de rotura por tracción. Se podría explicar como la carga que puede soportar el tornillo antes de deformarse de manera permanente. Continuando con el ejemplo:
| Denominación | Límite elástico (%) |
|---|---|
| 4.8 | 80% |
| 5.6 | 60% |
| 6.8 | 80% |
| 8.8 | 80% |
| 10.9 | 90% |
| 12.9 | 90% |
Según la denominación del segundo digito del tornillo, el limite elástico varía. Usando el ejemplo del tornillo calidad 8.8, significa que su limite de elasticidad es el 80% de su resistencia mecánica. Si la resistencia mecánica son 800N/mm2 esto indica que a partir de 640 N/mm2 entra en la zona de deformación permanente.
En el siguiente cuadrado podemos visualizar estas zonas de trabajo:
La zona verde delimita el área de trabajo normal del tornillo en relación con la tensión soportada y a la posible deformación por esfuerzo. El limite de elasticidad que es el % indicado sobre la resistencia mecánica sería el inicio de la denominada área de deformación plástica.
El área de deformación esta acotada entre el limite de elasticidad y el punto de rotura, toda esa área indica que el tornillo se deformará de manera permanente antes de romper.
Ejemplo de cálculo del limite elástico de un tornillo
Por continuar con el mismo tornillo expuesto en este artículo, calcularemos el limite elástico de tornillo de M10 en calidad 12.9. Tal como hemos indicado, el límite elástico es el % sobre la resistencia mecánica, al ser 12.9 sería el 90% y calculamos:
90% de 1200 N/mm2 – 1200 X 0,9 = 1080 N/mm2 de limite elástico
Anteriormente hemos calculado el área de la sección del tornillo M10 con un resultado de 78,53 mm2. Así por tanto para nuestro tornillo de M10 el límite elástico sería 78,53 X 1080 = 84812,4 N.
Para mayor comodidad, conociendo que 1 kilogramo de fuerza es 9,8N, dividiendo:
84812,4N / 10 = 8481,24 Kg es el limite elástico de un tornillo M10 calidad 12.9
En resumen, de todo el ejemplo anteriormente calculado. A partir de 8481 kg podemos afirmar que el tornillo empezará a deformarse permanentemente y al llegar a 9423 kg romperá.
Consideraciones y conclusiones
A mayor concentración de carbono, mayor dureza. Por ello cuanto más carbono contenga el tornillo más duro será y a su vez será más frágil.
Un tornillo por ejemplo de calidad 5.6 es mucho más blando que un tornillo 10.9, además su índice de elasticidad es menor, por lo que una vez sobrepasado su limite de elasticidad al 60% y debido a su baja dureza, tenderá a estirarse.
En cambio, un tornillo con un índice de elasticidad alto como un tornillo 12.9, al ser más frágil y tener un índice de elasticidad más alto, sobrepasado el limite de elasticidad, tenderá a partirse debido a su alta dureza.
Podemos por tanto considerar que tornillería de calidad básica hasta modelos 6.8, una calidad alta tornillería 8.8 y una tornillería ya de alto rendimiento en modelos 10.9 y 12.9. Como siempre, el mejor tornillo es el que se adapta a la aplicación.