Tornillería Imperial

Tornillería Imperial

La tornillería en pulgadas quedó estandarizada por medio de 4 organizaciones americanas que son:
ASME: American Society of Mechanical Engineer
ASTM: American Society for Testing and Materials
SAE: Society of Automotive Engineers
IFI: Industrial Fasteners Institute
La definición de un tornillo, e incluimos aquí también arandela o tuerca, en unidades imperiales (pulgadas) consta de los siguientes parámetros:
[tipo de tornillo-standard] [diámetro roscado]-(paso)x(longitud) [material] [recubrimiento]
Si la comparamos con la tornillería europea definida por las normas DIN e ISO, encontramos las siguientes diferencias:
Standards
La normativa DIN o ISO tiene un estándar para cada tipo de tornillo, esto es, con solo nombrar el estándar, se hace referencia a tipo de tornillo que se busca. Así por ejemplo el estándar DIN 933 hace referencia a los tornillos de cabeza hexagonal completamente roscados. No ocurre así con las normativas americanas ya que un mismo estándar puede definir varios tipos de tornillo, por lo que para definirlo es necesario nombrar el tipo de tornillo en sí, y se suele acompañar del estándar para que no se preste a confusiones.
Paso
En las normativas DIN e ISO se suele omitir el paso de la rosca si este es grueso y se indica a continuación de la métrica si se trata de paso fino. En la tornillería en pulgadas siempre debe indicarse el tamaño del diámetro de rosca acompañado del numero de hilos por pulgada que determinará si se trata de paso grueso o fino.
Unidades
Todas las medidas se darán en pulgadas o en fracciones de la misma.
Un ejemplo de la definición completa de un tornillo podría ser:
Hex Cap Screw-ASME B18.2.1 3/8-16x2 SAE Gr. 5.2 zinc-plated
(Tornillo de cabeza hexagonal con diámetro de rosca de 3/8 (de pulgada) con un paso de 16 hilos (por pulgada) y longitud de 2”. Material acero SAE Gr. 5.2 cincado.)

Standards

Cada estándar europeo encuentra su homologo en pulgadas, pero no son compatibles. La tornillería DIN e ISO está armonizada pero nunca podrá ser intercambiable con la americana.
A continuación, se expone una tabla con los estándares homólogos.
DINAmerican Standard
DIN 931Hex Cap Screw-ASME B18.2.1
DIN 933Hex Cap Screw-ASME B18.2.1
DIN 912Hexagon Socket Head Cap Screw-ASME B18.3
DIN 7984Low Head Hexagon Socket Cap Screw-ASME B18.3
DIN 125Plane washer type B regular-ASME B18.22.1
DIN 433Plane washer type B narrow-ASME B18.22.1
DIN 9021Plane washer type B wide-ASME B18.22.1
DIN 127Regular helical spring lock washer-ASME B18.22.1
DIN 934Hex Nut-ASME/ANSI B18.2.2
DIN 936Hex Jam Nut-ASME/ANSI B18.2.2

Rosca

El estándar americano vigente hace referencia a las roscas en pulgadas para tornillería Unificada, designadas por las letras UN. Por lo general, cada rosca lleva asociado un paso grueso (UNC) y un paso fino (UNF). El paso se define por el numero de hilos por pulgadas.
Size (")Size (")Size (mm)Pitch (UNC)Pitch (UNF)Thread (*)Metric DIN
nº 6
0.1383.50523240AllM3
nº 80.1644.16563236AllM4
nº 100.194.8262432AllM5
1/40.256.352028AllM6
5/160.31257.937518241-1/4M8
3/80.3759.52516241-3/8M10
7/160.437511.112514201-5/8
1/20.512.713201-3/4M12
9/160.5614.287512182M14
5/80.62515.87511182-1/8M16
3/40.7519.0510162-1/2M18
M20
7/80.87522.2259142-3/4M22
1125.48123M24
1-1/81.12528.5757123-1/2M27
1-1/41.2531.757123-3/4M30
M33
1-3/81.37534,925612M36
1-1/21.538.1612M39
1-3/41.7544.455M42
M45
2250.84-1/2M52
2-1/42.2557.154-1/2M56
M60
2-1/22.563.54M64
2-3/42.7569.854M72
3376.24
(*) Expresa la longitud hasta la que los tornillos se cabeza hexagonal están totalmente roscados.
En la normativa europea existe un estándar para tornillos de cabeza hexagonal totalmente roscados. No existe como tal en la tornillería en pulgadas. Los únicos tornillos totalmente roscados son los de rosca 1/4” o inferiores, a partir de este tamaño dependiendo de la longitud del tornillo estará totalmente roscado o no, por lo que deberá ser tenido en cuenta para el diseño de uniones de piezas.

Material

En Europa existen 4 calidades de aceros al carbono y 2 de inoxidable para tornillería.
Tornillos/BoltsTuercas/Nuts
Calidad 6.8Calidad 6
Calidad 8.8Calidad 8
Calidad 10.9Calidad 10
Calidad 12.9Calidad 12
A2
A4
Para los aceros al carbono, la primera no se usa para tornillería de alta resistencia y la última es difícil de encontrar, pudiendo sufrir fragilización por hidrógeno cuando se le aplica el tratamiento superficial, por lo que las más usadas son las intermedias. En los aceros inoxidables, la calidad A2 tiene la particularidad de oxidarse en ambientes marinos debido a la alta salinidad.
Se comparan materiales equivalentes para la tornillería europea y americana.
GradeYield [MPa]Tensile [MPa]BoltsNuts
cal. 6.8600A307 Gr. AA563 Gr. A
A307 Gr. B
SAE Gr. 1SAE Gr. 2
SAE Gr. 2
cal. 8.8640800SAE Gr. 5A563 Gr. B
A449 Type 1
A325 Type 1
SAE Gr. 5.2SAE Gr.5
A449 Type 2
A325 Type 3
cal. 10.99001000SAE Gr. 8A563 Gr. D
A354 Gr. BD
A490 Type 1SAE Gr.8
SAE Gr. 8.2A563 Gr. DH
A490 Type 3
cal. 12.910801200A574
A2210500AISI 304
A4450700AISI 316

Recubrimiento

Se suelen emplear varios tipos de recubrimientos para la tornillería. En este caso es común para la europea y la americana. El tratamiento superficial de la tornillería dependerá de la aplicación del ambiente donde esté instalado.
Para la comparación de recubrimientos se suelen hacer ensayos de cámara de niebla salina según ASTM B-117, ISO 9227 y DIN 50051, que son equivalentes.
Recubrimientos comunes como el cincado electrolítico aguantan alrededor de 200 horas a la aparición de oxido rojo que suele ser poco para aplicaciones exigentes. En estos casos se utilizan tratamientos que vienen de la industria del automóvil como el Geomet B que aguantan unas 1000 horas.
Otro tratamiento que soporta este número de horas es el dacromet pero está en desuso por su contenido en cromo hexavalente que es cancerígeno y actualmente se está sustituyendo por otros tratamientos con cromo trivalente como el Geomet.
El galvanizado en caliente puede ser una buena opción de durabilidad. Si se compara en ensayos de cámara de niebla salina suele estar en torno a las 900 horas hasta la aparición del óxido rojo. Pero los resultados pueden ser engañosos, ya que el cinc del galvanizado se alea con oxígeno del ambiente reparando cualquier pequeña grieta. Los ensayos de cámara de niebla salina se realizan sin presencia de oxígeno por lo que en una aplicación real el galvanizado en caliente tenderá a durar más de lo que dicen los ensayos. Por el contrario, el galvanizado en caliente es un tratamiento de varias decenas de micras por lo que puede obstruir las roscas de métricas pequeñas. La normativa ISO 10684 regula el galvanizado en caliente para tornillería.
Los ensayos pueden ser una buena opción para comparar diferentes tratamientos superficiales pero los resultados de estos ensayos son difíciles de correlacionar con ambientes de aplicación en la realidad, por lo que la experiencia se convierte en la mejor aliada para decidir el tratamiento superficial de la tornillería de nuestra aplicación.