Calculadora de longitud mínima de roscado: que se rompa el tornillo antes de que se barra la rosca
Calcula cuánta rosca necesita un tornillo para que se rompa antes de que se barra la rosca, con las áreas de cortante de la rosca interior y exterior de la FED-STD-H28 / Machinery’s Handbook: medidas métricas y UNC/UNF, límites 6g/6H o 2A/2B, clases ISO y SAE, 13 materiales o el tuyo, la relación J, la carga de barrido por profundidad y la revisión de la profundidad que tienes.
Cómo funciona
Carga del tornillo = At × Rm (métrica At = π/4 (d − 0.938194 P)², pulgadas At = π/4 (D − 0.974279 P)²) · Área de cortante de la rosca del tornillo As = π Le Kn máx [½ + 0.57735 (Es mín − Kn máx) ÷ P] · Área de cortante de la rosca del agujero An = π Le Ds mín [½ + 0.57735 (Ds mín − En máx) ÷ P] · FED-STD-H28: Le = 2 At ÷ (As por unidad de longitud), J = As × Rm,tornillo ÷ (An × Rm,material); si J > 1, el agujero necesita J × Le · Longitud mínima = la mayor de las dos × factor de seguridad
En una unión atornillada lo que debe fallar es el tornillo, algo visible y predecible, y nunca la rosca de la pieza, porque ese daño queda oculto y cuesta repararlo. Cada rosca se barre cortándose a lo largo de un cilindro: la del tornillo en el diámetro menor del agujero (Kn) y la del agujero en el diámetro mayor del tornillo (Ds), y el ancho de filete que se corta depende de los diámetros de flancos (Es del tornillo y En del agujero). La FED-STD-H28/2B y el Machinery’s Handbook convierten eso en las áreas de cortante que usa esta calculadora, tomadas con las roscas más débiles que permite la tolerancia: el tornillo más chico (6g o 2A) en el agujero más grande (6H o 2B). La calculadora compara la carga de rotura del tornillo con esas áreas por la resistencia al cortante de cada material (la mitad de la de tracción según la H28, o valores de cortante típicos si cambias la regla), te dice qué longitud necesita cada rosca y cuál manda, y calcula la relación J: si es mayor que 1, el material roscado es el lado débil y necesita J veces la longitud de la rosca del tornillo. Elige una medida métrica o UNC/UNF, la clase ISO o SAE del tornillo y uno de 13 materiales, o escribe tus propios valores y diámetros límite; en «Más opciones» también puedes revisar la profundidad que de verdad tienes. Como los primeros hilos se llevan una parte desproporcionada de la carga, roscar más de unos 2.5 diámetros aporta poco; en piezas delgadas conviene un inserto roscado o un tornillo de menor clase.
Ejemplo resuelto
Un tornillo M10 × 1.5 clase 8.8 (área resistente de 58.0 mm², 46.4 kN) se atornilla en aluminio 6061-T6. Con los límites 6g/6H en material mínimo, la rosca del agujero tiene 21.6 mm² de área de cortante por mm de roscado y la del tornillo 15.5 mm². Con la regla H28 (aluminio 155 MPa, tornillo 400 MPa), la rosca del agujero necesita 13.9 mm para igualar al tornillo y la del tornillo 7.5 mm, así que J = 1.86 y manda el agujero. Con un factor de 1.25, rosca al menos 17.3 mm, cerca de 1.7D. En acero dulce, el mismo tornillo necesita 10.8 mm (13.4 mm con el factor).
Fuentes: FED-STD-H28/2B, Screw-Thread Standards for Federal Services (Unified inch threads), Appendix A2 — length of engagement · Machinery’s Handbook — “Length of Engagement” and thread shear areas · Fastenal Engineering — Screw Thread Design (internal thread shear area) · ISO 965-1 tolerance formulas — ISO general-purpose metric screw threads
Preguntas frecuentes
¿La longitud de roscado se mide desde el borde del chaflán?
Cuenta solo los hilos completos: descuenta el chaflán o avellanado y, en un agujero ciego, los hilos incompletos del fondo (de 2 a 3 pasos si usaste un machuelo de fondo).
¿Por qué un tornillo más resistente necesita más rosca?
Porque el agujero tiene que soportar toda la carga de rotura del tornillo. Un tornillo 12.9 en aluminio necesita alrededor de 50% más longitud que uno 8.8; si no, aceptas que el tornillo sea la pieza más fuerte y que la rosca se barra.
¿Qué son Es, En, Ds y Kn?
Son los diámetros límite que usa la FED-STD-H28: Es mín es el diámetro de flancos más chico del tornillo, Ds mín su diámetro mayor más chico, En máx el diámetro de flancos más grande del agujero y Kn máx su diámetro menor más grande. Con el tornillo más chico en el agujero más grande queda la menor cantidad de rosca, así que el resultado sirve para cualquier pieza dentro de tolerancia.
¿Qué es el factor J?
J = (As × resistencia a tracción del tornillo) ÷ (An × resistencia a tracción del material roscado). Si J es mayor que 1, la rosca interior es el lado débil y el Machinery’s Handbook multiplica la longitud de la rosca del tornillo por J para obtener la que necesita el agujero.
¿Cuánta rosca necesita un tornillo en aluminio?
Como regla práctica, entre 1.5 y 2 veces el diámetro. Un M10 clase 8.8 en aluminio 6061-T6 pide unos 13.9 mm para igualar al tornillo con la regla H28, y cerca de 17.3 mm con un factor de 1.25.
¿Cuándo conviene usar un inserto roscado tipo Helicoil?
Cuando la pieza no tiene espesor suficiente para la longitud calculada, en materiales blandos como aluminio, magnesio o plástico, o cuando el tornillo se va a quitar y poner muchas veces. El inserto de acero lleva el corte a su diámetro exterior, más grande, y resiste mucho mejor el desgaste.
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Valores de referencia para taller: ajústalos según las recomendaciones del fabricante de herramientas, la rigidez de la máquina, el refrigerante y el estado real del material, y verifica ajustes y tolerancias con la norma aplicable (ISO 286 / ASME B4.1, ISO 965 / ASME B1.1).