¿Cómo se fabrica un tornillo de máquina?
La demanda de tornillos no muestra signos de desaceleración, pero ¿de dónde vienen y cómo se fabrican?
El mundo consume sujetadores a un ritmo asombroso. Cada Boeing 747 lleva más de 2,5 millones de sujetadores y, a medida que crece la ciencia y la tecnología, también lo hace la demanda mundial de sujetadores roscados. El proceso de fabricación de tornillos evoluciona continuamente en un esfuerzo por mantenerse rápido, eficiente y a la vanguardia; pero en esencia, el proceso de fabricación de tornillos ha cambiado poco en los últimos 300 años. Los tornillos se pueden diseñar con innumerables permutaciones, incluidos tipos de cabezales y accionamientos especializados, pasos finos, pasos gruesos, roscas a la derecha o a la izquierda, y puntas planas o puntas de barrena, por nombrar solo algunas. Los pasos específicos en los procesos de fabricación pueden ser tan variados como los propios tornillos, pero en el mundo moderno, la fabricación de sujetadores generalmente se puede dividir en dos técnicas que difieren en el mecanizado utilizado para formar las roscas: tornillos roscados laminados y tornillos roscados cortados.
Historia
Los primeros tornillos para metales fueron un gran avance en la ingeniería contemporánea. La innovación agregó dientes helicoidales a la fórmula de uñas probada y comprobada y creó un sujetador industrial sin igual. Los tornillos eran particularmente populares en la fabricación de armas, por su capacidad para resistir el aflojamiento bajo las vibraciones encontradas durante los disparos. En comparación, los componentes como las uñas podrían (y lo harían) simplemente caerse después de un período de uso, causando que un arma falle o incluso se deshaga en medio de la batalla. Los primeros tornillos se fabricaban con clavos y se tallaban laboriosamente a mano. Este método de producción significaba que la producción era lenta, la calidad era deficiente y nunca había dos tornillos idénticos.
Con la gran demanda de tornillos, los inventores de toda Europa intentaron crear artilugios para mecanizar el proceso de fabricación de tornillos. Estos esfuerzos llevaron al desarrollo de una máquina por parte de Job y William Wyatt en 1760, que podía cortar de forma autónoma alrededor de 10 tornillos uniformes por minuto. Si bien muchos tornos de tornillo especializados fueron desarrollados por fabricantes de tornillos individuales a lo largo del siglo XVIII, el cortador de tornillo de los hermanos Wyatt es ampliamente considerado como uno de los primeros ejemplos de producción en masa automatizada. Desde la década de 1700, el diseño y la producción de sujetadores han experimentado avances significativos y se han desarrollado continuamente para mejorar la versatilidad, la calidad y la eficiencia de la producción de sujetadores.
Para aquellos interesados en más información sobre la historia de las máquinas para fabricar tornillos, recomendamos este libro sobre el tema que ofrece una selección de dibujos técnicos y esquemas que muestran máquinas antiguas: Historia de la industria de pernos y tuercas
Diseño de cierre
Se utilizan diferentes estándares de fabricación para especificar diferentes áreas del tornillo, lo que hace que casi todos los tornillos sean una combinación modular de diferentes características. Por ejemplo, un tamaño de rosca métrica y un paso están definidos por ISO 261, pero una cabeza avellanada en el mismo tornillo estaría definida por otra norma, como ISO 10642: tornillos avellanados con hexágono interior, el material de este tornillo puede estar definido por ISO 3506. Se utilizan múltiples estándares para definir los atributos de cualquier tornillo y pueden definir cualquier cosa, incluido el tamaño de la rosca, el tipo de cabeza, el tipo de accionamiento, el material y el acabado.
Materias primas
Casi todos los tornillos comienzan su vida como una barra de material o como un carrete continuo de alambre de metal. El alambre en bobina se usa para tamaños más pequeños, ya que es más fácil de transportar y se puede alimentar continuamente a una máquina, pero para tamaños significativamente más grandes, los tornillos deben cortarse de una barra sólida. El carrete de alambre se lubrica y se calienta para aumentar la trabajabilidad y se alimenta a una máquina enderezadora para garantizar que no haya desalineación en el producto final. Una vez enderezado, el alambre se corta a la longitud deseada y se utilizan una serie de troqueles para perforar progresivamente un contorno de la forma de la cabeza del tornillo y crear un chaflán en la punta del tornillo. Este paso se conoce como conformado en frío y produce un «espacio en blanco»: una plantilla suave y sin características de un tornillo, sin roscas ni cortes de accionamiento en la cabeza.
Corte por accionamiento
El proceso de fabricación de un husillo depende del tipo de cabeza y accionamiento. Para ciertos tipos de cabezales con accionamiento y sin accionamiento, este paso no es necesario, ya que se realiza durante el conformado en frío. Para una unidad ranurada común y ciertas unidades Phillips, la ranura se corta mediante un proceso secundario.
Laminación de hilos
Luego, los espacios en blanco de los tornillos se alimentan a los troqueles de laminación de roscas, que pueden formar una rosca de tornillo de varias maneras. El método más común es un troquel alternativo, en el que el tornillo se hace rodar a una presión extremadamente alta entre dos troqueles planos, uno de los cuales permanece estacionario. Este proceso imprime la rosca en el tornillo y puede producir cientos de tornillos por minuto. Los métodos adicionales incluyen matrices cilíndricas, donde un tornillo se introduce en un par (o trío) de matrices cilíndricas que giran en una posición fija, o matrices planetarias giratorias, donde varias matrices cilíndricas ruedan alrededor de un tornillo estacionario. Los tornillos producidos por laminación de roscas son muy superiores a los tornillos cortados a máquina, ya que la pieza en bruto no se corta durante la fabricación, sino que se compacta y fortalece con los troqueles. Los tornillos laminados con rosca de Accu tienen un acabado superior, mayor dureza superficial, generan menos desperdicio, son más precisos y son significativamente más rápidos de producir que las alternativas cortadas a máquina.
Corta hilos
Para la producción de tornillos personalizados de menor volumen, cortar el vástago y luego las roscas en material de barra puede ofrecer una forma más económica de producir sujetadores personalizados. Hay una compensación con esta técnica: por lo general, las roscas son un 30 % más débiles que con la técnica laminada, pero cuando se necesitan tiradas cortas de tornillos a medida, esta es una alternativa que vale la pena considerar. Esta técnica también ofrece algunas posibilidades interesantes en términos de uso de tornos cnc de precisión para marcar sujetadores con pequeños patrones y logotipos.
Control de calidad
Después de la fabricación, se selecciona una muestra del lote para su inspección, a fin de garantizar que todos los productos se hayan fabricado según las especificaciones. El equipo de metrología digital se utiliza para garantizar que todos los componentes se adhieran a la tolerancia general de +0,13/-0,13 mm de Accu en todas las dimensiones. Debido a su exclusivo proceso de laminado de roscas, las roscas de tornillos laminados se miden con un estándar aún más estricto de +0,00/-0,13 mm, ya que las roscas laminadas de precisión nunca deben sobredimensionarse. Para obtener más información sobre las tolerancias de las roscas, consulte este artículo: Comprensión de las tolerancias de las roscas métricas ISO
Vea el proceso de fabricación de tornillos
Hemos seleccionado una selección de videos de YouTube que muestran una variedad de técnicas para la fabricación de tornillos para máquinas. Este video muestra la cabeza forjada en frío y el posterior proceso de laminado de roscas.
Este video muestra la técnica de mucho menor volumen de hacer un tornillo en un torno manual:
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