Por Endika Vásquez

21 de septiembre de 2021

Mecánica

Tornillos

Desde los tirafondos hasta los tipo allen, los tornillos y pernos son un fundamental medio de fijación, tan básico que lo damos por sentado en muchas ocasiones, sin pensar en la relevancia del invento, tan básico que no parece tener historia alguna. Para la sorpresa de muchos, los pequeños tornillos cuentan con una larga historia, de la cual deriva su infinidad de clases y usos.

¿Qué es, y como funciona?

Según la RAE, un tornillo se define como:
1. m. Pieza cilíndrica o cónica, por lo general metálica, con resalte en hélice y cabeza apropiada para enroscarla.
2. m. Instrumento con que se mantienen sujetas las piezas que se están trabajando, por medio de dos topes, uno fijo y otro móvil.

El funcionamiento de las piezas es fácil de comprender si se observan de cerca, como en las imágenes debajo:

Fuente: Reddit, Gfycat

Al analizar la imagen, se puede ver como la rosca hace de cuña, la cual, junto a la presion ejercida desde su cabeza, obliga al tornillo a adentrarse en la pieza.

Componentes de un tornillo

Un tornillo se divide en tres partes principales, las cuales se subdividen: Cabeza, cuerpo(vástago) y punta.

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La cabeza del tornillo es la parte cuya forma nos permite utilizar un destornillador para insertarlo en su correspondiente orificio. Esta puede tener diversas formas, y requerir distintas puntas de destornillador para su utilización.

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El cuerpo o vástago de un tornillo es la parte que contiene la rosca helicoidal, y es encargada de mantener la fijación de las piezas a atornillar. El tornillo puede o no tener parte del vástago sin roscar, el cual puede ser denominado como cuello. La rosca del tornillo también se divide en diversas partes: cresta, el punto más alto de la cuña formada por la rosca;fondo, el punto más bajo de la cuña; y filete, el ángulo formado por la cuña. La distancia entre dos filetes es medida y se denomina como paso del tornillo.

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La punta de un tornillo se encarga de la inserción y el centrado inicial de este, y, junto con la rosca, determina la clase de tornillo.

Clases de tornillo según su uso

Debido a sus aplicaciones en muy diversos materiales y condiciones, se ha desarrollado una infinidad de clases de tornillo, tantas que es imposible contar y documentar todas, algunas más generales, y otras muy específicas. Aquí las más comunes:

Tornillo para madera y aglomerados

Puntiagudos y con rosca por todo el vástago, permiten ser atornillados sin taladrar, pero el resultado será mas limpio si se hace un agujero previamente, 1mm menor al diámetro del tornillo. Constan de una cabeza avellanada plana con impresión Pozidriv o Torx(referir a imagen arriba), y suelen ser de acero inoxidable o galvanizados.

Tornillos para madera

De pequeño diametro y poca longitud. Cuentan con una cabeza abombada con impresión Philips generalmente.

Tirafondos

La rosca suele llegar hasta la mitad, están pensados para ser usados junto a un taco, y son muy resistentes a la extracción. Suelen presentar cabeza hexagonal y ser de acero o galvanizados.

Tornillos para placas de cartón y yeso

Cabeza tipo Philips, muy puntiagudos y de color negro, con rosca por todo el tornillo para alcanzar el raíl de metal a traves del yeso.

Tornillos para metales y maquinaria

La clase de tornillo más grande y variada, con rosca métrica. Agrupa gran cantidad de formas, diámetros, longitudes y tipos de cabeza. Las características individuales de cada tornillo son calculadas por el fabricante o ensamblador. El material del tornillo también es muy variable, pues sus propiedades mecánicas son cruciales para la aplicación que va a recibir.

Tornillos para chapa

Similares a los tornillos de madera y aglomerados, pero con una punta apropiada para la chapa. Es recomendable hacer un agujero o marca en la chapa para atornillarlo fácilmente.

Tornillos autoperforantes

Apropiados para chapa fina, metales blandos y plástico. Son capaces de perforar el material al ser atornillados, debido a la punta de broca. Pueden tener cabeza avellanada o abombada con huella Philips, Pozidriv o hexagonal.

Historia

Se desconoce cuál es el verdadero origen del concepto del tornillo, pues existen indicios del concepto en el antiguo Egipto, con construcción de madera y utilizado para el riego de tierra y achicado de agua en barcos. Hay además evidencias de su uso por Arquitas de Tarento alrededor del 400AC, quien usaba este principio como prensa para uvas y olivas. Por último, Arquímedes tambien usa el mismo principio en el siglo 3 AC, con la misma finalidad de los egipcios, el transporte de liquido.


Su utilización como método de retención no vería la luz hasta el periodo Renacentista, con Johannes Gutenberg haciendo uso de estos para su revolucionaria imprenta.
Por otro lado, Leonardo Da Vinci ideó métodos para la fabricación consistente de los retenes, junto con los principios del tornillo sin fin, el gato mecánico, y la hélice para helicóptero. Todo ello extendió el uso del tornillo hacia artículos como armaduras, y relojes en un futuro.
El problema de los tornillos era que no había manera de fabricarlos de manera consistente, y las herramientas para ello debían ser hechas para cada caso particular, y la construcción de la rosca era hecha a mano, dependiente de la habilidad del artesano.

Tornillo moderno

La invención de los tornos tal y como los conocemos actualmente vino en 1770 de manos del inglés Jesse Ramsden, lo cual inspiró a otros inventores a hacer versiones refinadas de la creación. En 1797, el también inglés Henry Maudslay creó un torno capaz de producir tornillos en masa y con gran precisión; un año más tarde, David Wilkinson haría lo mismo en los Estados Unidos.

La Revolución Industrial puso por fin los tornillos al alcance de toda máquina, pues el desarrollo del torno hizo posible estandarizarlos. En 1841, el ingeniero británico Joseph Whitworth definió la rosca con su nombre, mientras que William Sellers hizo lo mismo en Estados Unidos a fecha de 1864. La definición actual de la rosca en Europa es la introducida por la ISO en 1946 (rosca métrica con triángulos formando un ángulo de 60º), mientras que los Estados Unidos mantienen la norma SAE.


Hasta el momento, todos los tornillos poseían una cabeza plana, de manera que era poco práctico apretarlas o aflojarlas con máquina, además de dificultar el centrado de estos a la hora de apretarlos. En 1908, el canadiense Peter Lymburner Robertson ideó la solución a este problema: tornillos con agujeros cuadrados, y sus destornilladores correspondientes. Esto hacía que el destornillador siempre aplicase la fuerza de torsión en el centro del tornillo, y no se resbalaba en el proceso de manipulación. La empresa automovilística Ford dio uso de los tornillos Robertson en sus Modelos T, cada coche contando con más de 700 tornillos. Tal era la utilidad del tornillo que el mismo Henry Ford declaró que los tornillos Robertson le ahorraban alrededor de dos horas de ensamblaje por vehículo, en comparación con el uso de cabezas planas.

Tornillo Philips

A principios de la década de 1930, Henry Philips inventó la cabeza de tornillo con su mismo nombre, la cual tenía forma de estrella, y expulsaba al destornillador si se aplicaba demasiado torque. Esto la hacía muy útil en las cadenas de montaje en las que ahora se fabricaban los automóviles y otras máquinas, de manera que permitían un trabajo a mayor velocidad, pues no haría falta ser tan cuidadoso para no aislar las cabezas.

El mayor beneficio del nuevo invento también resultó ser uno de sus mayores defectos, pues el que el destornillador fuera expulsado de la cabeza del tornillo no permitía su aplicación en situaciones donde se requiere alta aplicación de torque, pues forzar la cabeza suele tener tendencia a aislarla o dañar el destornillador.


Para resolver este problema se desarrollaron cabezas hexagonales operadas por destornilladores tipo Allen, o las cabezas estrelladas tipo Torx.
Debido a la ya amplia variedad de cabezas, fabricantes como Apple desarrollan cabezas de tornillo distintas para evitar que alguien no autorizado manipule sus productos, con tornillos de cabeza Pentalobe, o los infames GameBit de SEGA y Nintendo.

Kit de destornilladores vendido por iFixit, una de las empresas que trabaja activamente en el derecho a reparación del individuo

Los tornillos y pernos son ahora fundamentales para la industria, y los destornilladores son imprescindibles en cualquier domicilio para poder hacer hasta los más pequeños e insignificantes arreglos. Todo ello es por su básico, barato y a la vez extremadamente útil funcionamiento, haciendo de ellos una fantástica muestra de ingeniería.


Fuentes: Wikipedia, Real Engineering, MutualScrew, Allpointsfasteners, Thoughtco, Craftechind, Tutuerca, Cadena88, ManoMano, Ingemecanica, Prometal, Steve Ramsey