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Nomenclatura y dureza de los tornillos
A la hora de elegir tornillos para el montaje a realizar, todos nos hemos preguntado que significa la nomenclatura.
Esta nomenclatura se divide normalmente en dos partes: nomenclatura del fabricante y características técnicas. En la parte superior se coloca la referencia o identificación del fabricante, que dependiendo del tamaño de la cabeza podrá ser un nombre completo o simplemente una abreviatura (“XXX” en el diagrama).
No todos los tornillos tienen nomenclatura, por norma general los fabricantes de cierta calidad dejan su estampa en la cabeza, pero hablando siempre de tornillos de rosca métrica. Si hablamos en tornillos de rosca madera, rosca chapa o rosca plástico, no se suelen imprimir ni nomenclatura ni numeración técnica.
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….
En este articulo vamos a entrar a hablar solo de los tornillos de acero al carbono. Los tornillos en acero inoxidable (que llevan una numeración diferente) tendrán un articulo especifico ya que trabajan sobre otra escala diferente donde no prima tanto la resistencia mecánica sino la resistencia a la corrosión. Existen además otras nomenclaturas como líneas de dureza o muescas en otro tipo de escalas las cuales no vamos a indicar pues son casos más particulares.
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 indica que la calidad o dureza es 4.8 o 8.8, se indica en primer lugar la abreviatura a la resistencia máxima a la tracción, sabemos hasta cuanto va a poder aguantar este tornillo sin romperse. Multiplicando este número por 100 nos va a indicar los N/mm2.
| 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.