Una rosca interior dentro de un tornillo deja menos pared de la que sugieren los diámetros

ISO escribe los decimales con coma, y esta página lo mantiene. Cada cifra de abajo se lee en una tabla publicada o es una resta de dos cifras publicadas, y en cada caso indicamos cuál de las dos.

La pieza de la publicación

En un foro de ingeniería mecánica, con 241 puntos y ciento diecisiete respuestas, alguien preguntó si se podían mecanizar dos pequeñas piezas de acero inoxidable. La descripción es breve y precisa: el tornillo tiene una rosca exterior M8 y una rosca interior M6, «lo que deja solo unos 0.5-0.6 mm de espesor de pared entre las roscas» (traducción), y todo el conjunto debe caber en 11 mm de diámetro y 15 mm de longitud. ¿Se puede fabricar, y aguantará un apriete a mano?

No respondemos a ninguna de las dos preguntas. Esta página no da consejos de mecanizado, ni opinión sobre la resistencia, ni valoración sobre si esa pieza debería existir, y no nombra ninguna herramienta, proveedor de material ni fabricante. Leímos la publicación, no sus respuestas.

Lo que sí tiene respuesta es el número en medio de la frase. La pared entre dos roscas coaxiales es una resta entre dos superficies, y ambas superficies tienen diámetros publicados.

Qué dos superficies

Desde el eje hacia fuera, el último material que se encuentra es el fondo de la rosca exterior. Desde fuera hacia dentro, el primer lugar donde se acaba el material es el fondo de la rosca interior. Así que la pared está limitada por dos fondos, y es en los fondos donde la norma coloca sus dos símbolos menos memorables.

• Límite exterior: d₃, el diámetro menor de la rosca exterior. Para M8 × 1,25 la tabla da 6,466
• Límite interior: D, el diámetro mayor de la rosca interior, que es la medida nominal. Para M6 son 6,000

La trampa está en el límite interior. Es fácil tomar en su lugar el diámetro menor del agujero roscado, D₁, que para M6 × 1 es 4,917, porque es el número que aparece junto a la broca para roscar. Si se resta ese, se obtiene (6,466 − 4,917) ÷ 2 = 0,775 mm, que es 3,3 veces la cifra real. El macho no se detiene en su propio diámetro menor. Corta hasta el diámetro mayor, y ahí termina la pared.

Hay una medida más que vale la pena nombrar por el lugar donde cae. Desde el diámetro de paso de la rosca exterior, 7,188 para M8 × 1,25, hasta el diámetro mayor de la rosca interior se obtienen 0,594 mm, que cae dentro de los 0.5 a 0.6 que indica la publicación. No tenemos forma de saber cómo se obtuvo el número de la publicación y no afirmamos que haya sido así. Lo mencionamos solo porque el cilindro de paso es un lugar verosímil donde acabar, y porque muestra cuánto pueden separarse tres mediciones de aspecto defendible de la misma pared.

Conviene tener claro antes qué diámetro corresponde a cada rosca. Eso se trata en la página sobre la tabla de brocas para roscar, y no se repite aquí.

Solo uno de los dos pasos la modifica

Mantenga el agujero M6 y cambie el paso exterior. La columna d₃ de la misma tabla hace el trabajo.

Pasar del paso grueso al más fino que figura para M8 da 2,32 veces la pared. Cambie ahora el paso interior, de M6 × 1 a M6 × 0,75. La pared no se mueve en absoluto, porque el diámetro mayor de la rosca interior es 6,000 en ambos casos. El macho corta hasta la medida nominal sea cual sea su paso.

Escrito a partir de la propia fórmula de la norma, con un reordenamiento que es nuestro:

Y en M12 se acaba

Lleve la misma disposición a medidas mayores, siempre con paso grueso por fuera y una medida nominal dos milímetros menor por dentro. Cada cifra de pared de abajo es una resta de dos números de la tabla.

• M6 × 1 por fuera, M4 por dentro: (4,773 − 4,000) ÷ 2 = 0,387 mm
• M8 × 1,25 por fuera, M6 por dentro: (6,466 − 6,000) ÷ 2 = 0,233 mm
• M10 × 1,5 por fuera, M8 por dentro: (8,160 − 8,000) ÷ 2 = 0,080 mm
• M12 × 1,75 por fuera, M10 por dentro: (9,853 − 10,000) ÷ 2 = −0,074 mm

La diferencia entre los dos diámetros nominales es de un milímetro por lado en todas las filas. Lo que cambia es el paso, y el paso es lo que se come la pared. En M12 de rosca gruesa, el diámetro de fondo de la rosca exterior, 9,853, ya ha quedado dentro del diámetro mayor del agujero roscado, 10,000. En el perfil de diseño no queda pared que pueda ser delgada.

Esto no es un veredicto de fabricación, ni una afirmación de que no exista ninguna M12 hueca. Es una afirmación sobre una geometría, paso grueso por fuera y dos milímetros menos por dentro, y sobre el punto en que esa geometría deja de cerrar.

El número cambió en 2023

Esta es la parte que atraparía a cualquiera que trabaje con una edición anterior. Hasta la tercera edición, la misma tabla daba otra respuesta.

ISO 724:1993 tenía una sola columna de diámetro menor, encabezada D₁, d₁. Un número para las dos roscas. Su apartado 5 da las fórmulas, y la última dice d₁ = d − 2 × (5/8) H = d − 1,082 5P, la misma profundidad que la rosca interior.

La edición de 2023 divide esa columna en dos y rotula cada mitad. Rosca interior, cresta plana, D₁. Rosca exterior, fondo redondeado, d₃. Y el prólogo enumera el cambio sin rodeos: tres símbolos, d₃, H₁ y h₃, se han añadido al apartado de símbolos, y «se han añadido en la Tabla 1 y el Apartado 5 los valores y la fórmula del diámetro menor de la rosca exterior, d₃» (traducción). Al mismo tiempo, el perfil básico del objeto y campo de aplicación pasó a ser el perfil de diseño.

Así que repitamos las cuatro filas con el número de 1993. Cálculo nuestro, a partir de valores publicados:

El caso M12 existe en la tabla antigua y no existe en la nueva. Mismas medidas nominales, mismos pasos, mismo número de norma, distinta edición. Y la diferencia no es aleatoria: la cifra antigua es mayor exactamente en 0,072 168 × P por lado, es decir 0,090 mm en M8 de rosca gruesa y 0,127 mm en M12 de rosca gruesa. Cuanto más gruesa la rosca, más lejos lo sitúa a uno el número antiguo. En M10 es 2,35 veces la pared que realmente hay.

Por qué difieren las dos profundidades está en las fracciones. La rosca interior llega a 5/8 del triángulo fundamental y la rosca exterior, en el perfil de diseño, llega a 17/24. La relación es exactamente 17/15, según nuestro cálculo con los coeficientes de la norma: 1,226 869 ÷ 1,082 532 = 1,133 3.

Son dimensiones básicas, no límites

Todo lo anterior es el perfil de diseño. Una rosca real se fabrica con una clase de tolerancia, y en la tolerancia está la última sorpresa.

ISO 965-1:1998 contiene la tabla de diferencias fundamentales. Sus dos encabezados dicen rosca interior D₂, D₁ y rosca exterior d, d₂. La posición de tolerancia H tiene una diferencia de cero en todos los pasos de la tabla, y lo mismo la posición h. La posición g es −28 µm con un paso de 1,25, y −34 con 1,75.

Lea ahora esos dos encabezados frente a los dos diámetros que limitan nuestra pared. Ni d₃ ni D aparecen en ninguno de los dos. Es una observación sobre lo que enumera esa tabla, no una afirmación de que esos dos diámetros carezcan de tolerancia. De dónde salen sus límites está en otra parte de un documento cuya vista previa gratuita termina antes de llegar ahí, y esta página no hace conjeturas al respecto.

Esa es la forma honesta de toda la respuesta. 0,233 mm es lo que deja el perfil de diseño. Es un techo para planificar y un suelo para nada. Una pieza fabricada con una clase de tolerancia real no está obligada a tener exactamente eso, y hacia dónde empujan las clases es una pregunta para los apartados que no leímos.

Qué conviene retener

• La pared está limitada por dos fondos, el diámetro menor de la rosca exterior y el diámetro mayor de la rosca interior, que es la medida nominal
• Medir hasta la broca para roscar da aproximadamente el triple. Para M8 sobre M6 son 0,775 mm frente a 0,233 mm
• Solo el paso exterior modifica la pared. Cambiar la rosca interior de M6 × 1 a M6 × 0,75 no la mueve en absoluto
• pared = (d − D) ÷ 2 − 0,613 435 P, con P el paso exterior; es nuestro reordenamiento de la propia fórmula de la norma
• Paso grueso por fuera con dos milímetros menos por dentro deja de cerrar entre M10 y M12: 0,387, 0,233, 0,080 y luego negativo
• ISO 724 daba otro diámetro menor de rosca exterior antes de 2023. La tabla de 1993 tenía una columna para ambas roscas con d − 1,082 5P; la de 2023 añade d₃ con d − 1,226 869 P
• El número antiguo sobrestima la pared en 0,072 168 P por lado, así que el error crece con el paso
• Todo esto es el perfil de diseño. Las clases de tolerancia son otra cuestión y la vista previa gratuita de ISO 965-1 no la resuelve

La pregunta de la publicación era si la pieza es posible. Eso sigue correspondiendo a quien tenga que mecanizarla. Lo que la tabla resuelve es algo más pequeño que conviene resolver primero: antes de que nadie discuta sobre la viabilidad, todos deberían estar discutiendo sobre el mismo número, y tres personas razonables pueden sacar tres distintos del mismo plano.

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 pared queda entre una rosca exterior M8 y una rosca interior M6?

En el perfil de diseño, 0,233 mm por lado. ISO 724:2023 da 6,466 mm como diámetro menor de una rosca exterior M8 × 1,25, y la rosca interior de un M6 se corta hasta su diámetro mayor de 6,000 mm. La mitad de la diferencia es 0,233 mm. Son dimensiones básicas, no un límite para una pieza con tolerancia.

¿Por qué me sale un número mayor cuando lo calculo yo?

Normalmente por el límite interior que se resta. El diámetro menor del agujero roscado M6 × 1 es 4,917 mm y da 0,775 mm, aproximadamente el triple, pero el macho no se detiene ahí. Medir desde el diámetro de paso de la rosca exterior, 7,188 mm, da 0,594 mm. El material termina en realidad en el diámetro mayor de la rosca interior.

¿Una rosca interior más fina me da más pared?

No. El diámetro mayor de la rosca interior es la medida nominal sea cual sea el paso, así que M6 × 0,75 y M6 × 1 dejan exactamente la misma pared. Solo el paso de la rosca exterior la modifica: M8 × 1,25, M8 × 1 y M8 × 0,75 dan 0,233, 0,387 y 0,540 mm.

¿Hay una fórmula?

Reordenando la propia fórmula de d3 de la norma se obtiene pared por lado = (d − D)/2 − 0,613 435 × P, donde d es el diámetro nominal exterior, D el diámetro nominal interior y P el paso exterior. El paso interior no aparece. El reordenamiento es nuestro; el coeficiente es de la norma.

¿A partir de qué medida deja de funcionar esta disposición?

Con paso grueso por fuera y una medida nominal dos milímetros menor por dentro, la pared es de 0,387 mm en M6 sobre M4, 0,233 en M8 sobre M6, 0,080 en M10 sobre M8 y −0,074 en M12 sobre M10. En M12 el diámetro de fondo de la rosca exterior, 9,853 mm, ya ha quedado dentro del diámetro mayor del agujero roscado, 10,000 mm, así que en el perfil de diseño no queda nada.

¿Cambió ISO 724?

Sí. La edición de 1993 tenía una sola columna de diámetro menor, encabezada D1, d1, con d1 = d − 1,082 5P, la misma profundidad para ambas roscas. La tercera edición, de 2023, la divide en D1 para la rosca interior con cresta plana y d3 para la rosca exterior con fondo redondeado, con d3 = d − 1,226 869 P. El prólogo dice que los valores y la fórmula de d3 se añadieron en la Tabla 1 y el Apartado 5.

¿Cuánta diferencia supone?

La cifra antigua sobrestima la pared en 0,072 168 × P por lado, según nuestro cálculo con los dos coeficientes. Eso son 0,090 mm en M8 de rosca gruesa y 0,127 mm en M12 de rosca gruesa. El caso M8 sobre M6 pasa de 0,323 mm con los números de 1993 a 0,233 mm con los de 2023, y el caso M12 sobre M10 pasa de apenas posible a imposible.

¿Las tolerancias lo mejoran o lo empeoran?

Esta página no lo dice, porque la vista previa gratuita de ISO 965-1:1998 termina antes de los apartados que lo responderían. Lo que podemos informar es que su tabla de diferencias fundamentales está encabezada D2, D1 para roscas interiores y d, d2 para roscas exteriores, y que ninguno de los dos diámetros que limitan esta pared figura en esos encabezados. Sus límites se especifican en otra parte de ese documento.

¿Se puede mecanizar la pieza de la publicación del foro?

Esta página no responde a eso ni lo intenta. No da consejos de mecanizado ni de resistencia, no comenta ninguna pieza concreta y no nombra herramientas ni proveedores. Lo que establece es qué dos valores publicados fijan la pared, para que una discusión sobre la viabilidad pueda al menos partir de la misma cifra.

Referencias

• ISO 724:2023, ISO general purpose metric screw threads — Basic dimensions. Tercera edición, abril de 2023, vista previa gratuita de diez páginas con la Tabla 1
• ISO 724:1993, segunda edición, vista previa gratuita de nueve páginas con el apartado 5 y la Tabla 1
• ISO 965-1:1998, tolerancias de las roscas métricas, vista previa gratuita de once páginas que llega a la tabla de diferencias fundamentales
• r/MechanicalEngineering, donde una pieza con una rosca dentro de otra planteó cuánta pared queda

Se descargaron y leyeron tres vistas previas gratuitas: ISO 724:2023 (catálogo 85104, diez páginas, Tabla 1 visible completa), ISO 724:1993 (catálogo 4958, nueve páginas, apartado 5 y Tabla 1 visibles) e ISO 965-1:1998 (catálogo 5393, once páginas, hasta la página impresa 9). Cada cifra citada de esas tablas se comprobó contra una imagen renderizada de la página y no contra el texto extraído, porque el escaneo más antiguo reproduce mal los subíndices. Lo siguiente es cálculo nuestro y no afirmación de ninguno de los documentos: que la pared esté limitada por el diámetro menor de la rosca exterior y el diámetro mayor de la rosca interior; cada cifra de pared de esta página, cada una de las cuales es la mitad de la diferencia entre dos diámetros publicados; la fórmula reordenada (d − D)/2 − 0,613 435 P; la observación de que el paso interior no interviene; la relación 2,32 entre la pared M8 de paso grueso y la de paso más fino; la sobrestimación por lado de 0,072 168 P entre las dos ediciones y los factores 1,39 en M8 y 2,35 en M10; y la relación 17/15 entre las dos profundidades de rosca. Todo esto es el perfil de diseño. Una rosca real se fabrica con una clase de tolerancia y esta página no dice hacia dónde mueve eso la pared, porque la vista previa gratuita de ISO 965-1 termina antes de los apartados que lo responderían; lo que sí muestra es que la tabla de diferencias fundamentales está encabezada D₂, D₁ para roscas interiores y d, d₂ para roscas exteriores, y que ninguno de los diámetros que limitan esta pared figura en esos encabezados, lo cual es una observación sobre esa tabla y no una afirmación de que carezcan de tolerancia. ISO 68-1 no se ha leído, así que nada de lo aquí escrito describe el radio del fondo redondeado ni la forma del fondo de una rosca laminada, y tampoco se han leído ISO 261 ni ISO 5408. No damos consejos de mecanizado, ni opinión sobre la resistencia, ni valoración sobre si debería fabricarse la pieza de la publicación del foro, y no nombramos herramientas, materiales ni fabricantes. No sabemos cómo se obtuvo la cifra de pared de esa publicación, y la medición desde el diámetro de paso mencionada arriba se ofrece como ilustración, no como explicación. Leímos la publicación del foro y no sus respuestas, y ningún nombre de usuario del foro aparece en esta página. Qué diámetro corresponde a cada rosca se trata en una página anterior y no se repite aquí.