Cinco pasos de ese perno no son ni rosca ni caña

El documento es la ISO 4014:2022, Fasteners, Hexagon head bolts, product grades A and B, quinta edición, que cubre acero e inoxidable con rosca métrica gruesa de M1,6 a M64. Trata del perno hexagonal parcialmente roscado; el totalmente roscado tiene su propia norma, y el motivo por el que eso importa aparece más abajo en esta página.

La primera resta, que es una tabla y no una elección

La longitud roscada b la fija el diámetro, no el diseñador, y para longitudes nominales de hasta 125 mm la norma la tabula así:

Existen otros dos tramos: una rosca más larga para longitudes nominales entre 125 y 200 mm, y otra más larga aún por encima de 200. Así que, en todo el rango en el que trabaja la mayoría, b no cambia en absoluto con la longitud. Cada milímetro adicional de perno por debajo de 125 mm es un milímetro adicional de apriete, que es la única palanca que tiene el plano. (Nuestra propia comprobación en los tamaños legibles: esos valores son exactamente 2d + 6 de M2 a M24, y el segundo tramo es 2d + 12).

La segunda resta, la que sorprende

Tome un M12 de 50 mm nominal. La longitud roscada es 30, así que la longitud de apriete máxima es 20. La mayoría se detiene ahí y toma 20 mm como caña disponible. La norma no. La caña mínima es la longitud de apriete menos cinco pasos; el M12 de rosca gruesa tiene un paso de 1,75, cinco pasos son 8,75 y la caña mide 11,25 mm.

Esa cifra no es cuenta nuestra. Está impresa en la tabla, y nuestra cuenta solo la reproduce; así comprobamos que habíamos leído bien la relación:

Lea la última columna frente a la tercera. En un M12 × 50, casi la mitad de la longitud de apriete no tiene garantizado el diámetro completo. En un M10 × 45 se acerca a dos quintos. La diferencia no se reduce en términos absolutos al alargar el perno, porque cinco pasos son una constante para el diámetro, pero pasa a ser una fracción menor, y por eso precisamente un perno más largo compra caña útil y uno más corto no.

Hay que tener cuidado con una cosa, porque es fácil leer de más. La norma da la relación y los números; no dice que la rosca incompleta al final del perno mida físicamente cinco pasos. Lo que dice es que la caña con la que se puede contar es cinco pasos más corta que la longitud de apriete. Tómelo como una garantía y no como una descripción de la geometría.

Hay un segundo número que hace que valga la pena mantener la distinción. Otra norma limita la rosca incompleta al final de un perno a dos pasos, no cinco, lo cual es una afirmación aparte en un documento aparte y no puede deducirse de este.

Y por debajo de cierta longitud la pieza deja de existir

Lo más útil de esa tabla es una frase y no un número. Abajo, en la esquina de las longitudes cortas, donde estarían las columnas de los diámetros mayores, la norma imprime tornillos totalmente roscados especificados en la ISO 4017. En este documento no existe un M12 parcialmente roscado de 40 mm. Las columnas empiezan donde empiezan: M8 en 40, M10 en 45, M12 en 50 en el bloque que leímos.

Así que la pregunta de qué ocurre cuando se pide un perno corto parcialmente roscado tiene respuesta, y no es que se reciba un perno con una pizca de caña. Es que la norma entrega otra pieza, de otra norma, sin caña alguna. Que el comprador lo note depende por completo de si el plano decía cuál quería.

Ese es el número que falta en el argumento del cortante

Este sitio ya ha tratado el lado de diseño de la rosca en el plano de corte: los dos tipos de unión no son intercambiables y, donde la fijación sí trabaja a cortante, poner la caña sin roscar en el plano da más sección y ningún fondo de rosca, por lo que los códigos de diseño asignan a los dos casos valores admisibles distintos. Esa página termina diciendo que la longitud de la caña es una dimensión deliberada y no lo que sobre. Esta es la dimensión de la que hablaba, y ahora tiene un valor.

Si se juntan ambas cosas, el paso de diseño se vuelve concreto. Determinar la longitud de apriete a partir de las piezas. Sumar la longitud roscada de ese diámetro. Después, si la caña tiene que atravesar un plano de corte, sumar cinco pasos más, porque eso es lo que la norma ya ha restado. Saltarse el tercer paso es como una unión acaba con la salida de rosca justo donde debía estar la sección.

Nada de esto contradice el hilo. Si la carga es realmente cortante puro, la respuesta que aconsejaba un pasador es la mejor ingeniería, y este sitio ha escrito sobre qué normas de pasadores publican un valor de cortante y cuáles no y sobre el agujero que necesitan esos pasadores. Lo que se plantea aquí es más acotado: si la respuesta va a ser un perno, la parte del perno que es realmente un pasador es un número que se puede consultar, y casi nadie lo hace.

Cuatro cosas que decidir antes de poner la longitud en el plano

• ¿Debe estar en el plano de corte la rosca o la caña? Es una decisión de diseño con valores admisibles distintos, no un detalle
• ¿Ha sumado los cinco pasos? Longitud de apriete más longitud roscada no basta si la caña tiene que trabajar
• ¿Está la longitud dentro del tramo? La longitud roscada cambia a 125 y 200 mm nominales, y una longitud que cruza un escalón recibe una rosca más larga que la de debajo
• ¿Decía el plano parcialmente roscado? Por debajo de la longitud más corta listada, la norma remite a la pieza totalmente roscada, que no tiene caña sobre la que discutir

Las entradas entre paréntesis son una costumbre en esta familia de tablas. El plan general de roscas métricas marca algunos pasos del mismo modo, y en el mismo apartado se lee que rosca gruesa y fina no llevan ningún concepto de calidad.

Este artículo trata el paso 2: rosca. El orden completo es sustrato, rosca, cabeza, accionamiento, acabado y documentación. El artículo inglés Specifying a screw explica por qué alterarlo genera retrabajo.

Preguntas frecuentes

¿Cuánta caña lisa tiene realmente un perno parcialmente roscado?

Menos que la longitud del perno menos la longitud roscada. La ISO 4014 establece dos relaciones: la longitud de apriete máxima es la longitud nominal menos la longitud roscada, y la longitud mínima de caña es esa longitud de apriete menos cinco pasos. Un M12 de 50 mm tiene una longitud roscada de 30, así que la longitud de apriete es 20 mm y la caña mínima tabulada 11,25 mm. La misma tabla da 11,75 mm para un M8 × 40 y 11,5 mm para un M10 × 45.

¿Por qué cinco pasos?

Es lo que resta la norma, y lo que imprime es la relación, no una explicación. La transición al final de una rosca laminada no es un escalón limpio, así que el diámetro completo no está garantizado en la última parte de la longitud de apriete. Lea los cinco pasos como la garantía que se le da y no como una medición de la rosca incompleta, porque la norma establece la cuenta y no la geometría.

¿Puedo elegir la longitud roscada de un perno?

No con esta norma. La longitud roscada b la fija el diámetro y, para longitudes nominales de hasta 125 mm, no cambia en absoluto con la longitud: 22 mm en un M8, 26 en un M10, 30 en un M12, 38 en un M16. Hay dos tramos más largos, por encima de 125 mm y por encima de 200 mm. Así que, en el rango en el que se sitúa la mayoría de los trabajos, la única forma de tener más caña es un perno más largo, y cada milímetro de longitud extra es un milímetro de apriete extra.

¿Qué pasa si pido un perno corto parcialmente roscado?

La norma deja de ofrecerlo. En la esquina de longitudes cortas de la tabla de dimensiones indica que los tornillos totalmente roscados se especifican en la ISO 4017, una norma aparte. En el bloque que leímos, las columnas empiezan en 40 mm para M8, 45 para M10 y 50 para M12. Por debajo se entrega otra pieza sin caña alguna, lo que importa si el plano contaba con caña en un plano de corte y no lo decía.

¿Cambia esto algo para un perno a cortante puro?

Cambia lo que hay que especificar, no lo que hace el perno. Que la rosca o la caña cruce el plano de corte es una decisión de diseño que los códigos tratan de forma distinta, y esta página aporta el número que faltaba: hasta dónde llega realmente la caña. Si la caña tiene que salvar el plano, la longitud debe cubrir la longitud de apriete, la longitud roscada y, además, los cinco pasos. Si la carga es realmente cortante puro, un pasador puede ser la mejor pieza, lo cual es otra cuestión con sus propias normas.

¿La fórmula de la longitud roscada es 2d más 6?

Los valores tabulados coinciden exactamente con ella en todos los tamaños legibles de M2 a M24, y el segundo tramo coincide con 2d más 12. Es nuestra cuenta sobre la tabla publicada y no una fórmula que la norma imprima en este documento; el tamaño más pequeño, M1,6, está tabulado en 9 donde la expresión da 9,2. Use la tabla y no la expresión, ya que la tabla es lo que el producto debe cumplir.

Referencias

• ISO 4014:2022 — Fasteners, hexagon head bolts, product grades A and B. Apartado 1, apartado 4 y tablas de dimensiones, para las longitudes roscadas, las dos relaciones de longitud y la caña mínima y longitud de apriete máxima tabuladas
• r/AskEngineers — el hilo en el que empezó esto, sobre la longitud de rosca engranada de un perno cargado a cortante puro

La ISO 4014:2022 se leyó en la vista previa pública. Las dos relaciones, las longitudes roscadas y los valores tabulados de caña mínima y longitud de apriete máxima son de ese documento, y nuestra cuenta se muestra solo para demostrar que la tabla publicada y la relación publicada coinciden. Dos filas de la tabla de longitudes estaban desalineadas en nuestro ejemplar y no se citan. No damos ninguna dimensión de la ISO 4017, la norma de tornillos totalmente roscados a la que remite la tabla, ni de la ISO 888, que esta norma señala como fuente de longitudes nominales y longitudes roscadas. Corrección añadida después: desde entonces hemos leído completa la primera edición anulada de la ISO 888, que se trata en su propia página. No se usa aquí ninguna cifra de ella, porque esta página trata de la ISO 4014. Los cinco pasos se describen como lo que resta la norma, no como una medición de la rosca incompleta, porque el documento establece la cuenta y no la geometría. El tratamiento de diseño de la rosca en el plano de corte, incluidos los distintos valores admisibles que los códigos dan a los dos casos, está en nuestra página anterior y no se repite aquí. No se da ninguna cifra para tornillos de hombro ni pasadores, y esta página no recomienda ninguna pieza para la situación del hilo original.