Guía completa de tipos de elementos de fijación para aplicaciones industriales

En este artículo analizamos en profundidad los diversos tipos de elementos de fijación utilizados en la industria. Los elementos de fijación son dispositivos que crean uniones resistentes en distintas aplicaciones. La mayoría permiten desmontar la unión sin dañar las piezas unidas, mientras que otros crean uniones permanentes.

Tipos de elementos de fijación

Los elementos de fijación metálicos se dividen en dos grandes grupos: uniones permanentes y no permanentes. Las uniones permanentes no pueden desmontarse sin destruir el elemento de fijación, que no podrá reutilizarse. Por el contrario, los elementos no permanentes pueden extraerse y reutilizarse según sea necesario. A continuación se describen los principales tipos y sus funciones.

Tornillos (bolts)

A continuación se detallan los principales tipos de tornillos:

Tornillos de carruaje (carriage bolts) — también llamados tornillos de cochero, tienen cabeza abombada o avellanada. Una sección cuadrada bajo la cabeza se clava en el material, impidiendo que el tornillo gire al apretar la tuerca.

Tornillos de cabeza hexagonal (hex head bolts) — son los más comunes, con cabeza hexagonal para llave fija. Incluyen tornillos de grifo hexagonal, tornillos de cabeza hexagonal, tornillos de cabeza hexagonal recortada y tornillos de cabeza hexagonal con brida dentada.

Tornillos de máquina (machine screws) — tornillos o pernos de punta plana, con variedad de tipos de cabeza y accionamiento. Suelen roscarse en agujeros roscados y se usan con tuercas y arandelas. También se conocen como tornillos de estufa (stove bolts).

Tornillos de hombro (shoulder bolts) — también llamados tornillos de arrastre o tornillos de hombro. Son tornillos de máquina con un hombro entre la rosca y la cabeza. La parte no roscada sobresale de la superficie de la aplicación, actuando como pasador o eje para piezas móviles.

Tornillos de cabeza allen (socket cap screws) — disponibles en cabeza allen botón, cabeza allen botón con brida, cabeza allen plana y cabeza allen cilíndrica. El término «tornillo de cabeza allen cilíndrica» suele referirse a un elemento roscado cuyo diámetro de cabeza es al menos 1,5 veces el diámetro del vástago.

Tornillos de presión sin cabeza (socket set “grub” screws) — totalmente roscados y sin cabeza. Se accionan mediante una llave allen hexagonal interna.

Tornillos de cabeza cuadrada (squarehead bolts) — similares a los tornillos de cabeza hexagonal pero con cabeza de 4 lados. Esto permite un agarre más fácil con la llave y ofrece mayor superficie de agarre que la cabeza hexagonal estándar de 6 lados.

Tornillos para madera y autoperforantes (screws)

A continuación los principales tipos de tornillos:

Tornillos para tarimas (deck screws) — de fácil instalación en madera y materiales compuestos para tarimas. Su efecto de arranque de rosca se elimina con cabeza bugle y accionamiento cuadrado.

Tornillos lag hexagonales (hex lag screws) — también llamados tornillos lag. Tienen cabeza hexagonal externa y se accionan con llave, usados para unir madera en estructuras, maquinaria a suelos de madera y otras aplicaciones de alta carga.

Tornillos autoperforantes (self-drilling screws) — con rosca para chapa y punta de corte autoperforante que atraviesa metales de calibre 20 a 14.

Tornillos para chapa (sheet metal screws) — tienen roscas de corte afiladas que atraviesan chapa, plásticos o madera. Poseen vástago totalmente roscado y a veces punta entallada en la extremidad para facilitar la evacuación de viruta.

Tornillos para madera (wood screws) — parcialmente roscados, con roscas de corte grandes y vástago liso. Están diseñados para deslizarse por la pieza superior de madera y apretar firmemente todas las tablas juntas.

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Tuercas (nuts)

A continuación los principales tipos de tuercas:

Tuercas ciegas (cap nuts) — también llamadas tuercas bellota por su forma. Tienen la parte superior abovedada para evitar el contacto con la rosca externa.

Tuercas ranuradas (castle nuts) — usadas con chavetas para evitar el aflojamiento. También llamadas tuercas castelladas o ranuradas. Se emplean en aplicaciones de bajo par, por ejemplo, para fijar un rodamiento de rueda.

Tuercas de acoplamiento (coupling nuts) — elementos roscados para unir dos roscas macho, normalmente varillas roscadas. Su exterior es hexagonal, por lo que pueden accionarse con llave.

Tuercas con brida dentada (flange serrated nuts) — tienen una brida ancha en un extremo que actúa como arandela integrada que no gira. Esta brida dentada distribuye la presión de la tuerca sobre la pieza asegurada y crea un efecto de bloqueo que evita el aflojamiento.

Tuercas hexagonales de acabado (hex finish nuts) — para atornillar a tornillos de cabeza hexagonal, tornillos allen o pernos. También se accionan con llave.

Tuercas hexagonales de bloqueo (hex jam nuts) — usadas cuando se requiere bloqueo sin apretar contra otro objeto. Son hexagonales con rosca interior, pero más delgadas que las tuercas hexagonales de acabado.

Tuercas hexagonales pesadas (heavy hex nuts) — más pesadas, gruesas y grandes que las tuercas hexagonales normales. Rosca interior hexagonal, usadas a menudo con tornillos de cabeza hexagonal y tornillos de carruaje.

Tuercas hexagonales para máquina (hex machine nuts) — hexagonales con rosca interior. Más pequeñas que las tuercas jam o de acabado, usadas con tornillos de máquina de menos de 1/4″ de diámetro.

Tuercas hexagonales para máquina de patrón pequeño (hex machine nuts small pattern) — también hexagonales con rosca interior, más pequeñas que las tuercas jam o de acabado.

Tuercas Keps-K lock (Keps-K lock nuts) — también llamadas tuercas keps, k-nuts o tuercas con arandela. Tienen una arandela de bloqueo libre giratoria integrada. Diseñadas para facilitar el montaje.

Tuercas moleteadas de mano (knurled thumb nuts) — superficie exterior moleteada en lugar de hexagonal, para apriete manual. Usadas a menudo como acabado decorativo o en aplicaciones específicas.

Tuercas hexagonales jam de nylon (nylon hex jam nuts) — tuercas de bloqueo de bajo perfil, hexagonales, con rosca interior e inserto de nylon. El nylon evita el aflojamiento por vibración y roscas cruzadas que harían retroceder la tuerca.

Tuercas de bloqueo con inserto de nylon (nylon insert lock nuts) — hexagonales, con rosca interior e inserto de nylon. El nylon impide el aflojamiento por vibración y roscas cruzadas.

Tuercas de bloqueo por par prevaleciente (stover) (prevailing torque lock nuts) — tienen las esquinas chaflanadas y parte superior cónica. La distorsión en los hilos superiores resiste el aflojamiento por vibración. También llamadas tuercas de un solo sentido, ya que solo pueden instalarse en una dirección. Suelen usarse en aplicaciones de alta temperatura porque no tienen inserto de nylon, son totalmente metálicas.

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Diagrama de tuercas:

Tuercas hexagonales ranuradas (slotted hex nuts) — con una porción recortada para usar con chaveta y crear un mecanismo de bloqueo. Muy similares a las tuercas castelladas, pero de perfil más bajo, lo que a veces las hace preferibles.

Tuercas cuadradas (square nuts) — de cuatro lados, pueden ser planas o biseladas en la parte superior. Ofrecen mayor superficie de contacto, lo que las hace más resistentes al aflojamiento.

Tuercas hexagonales pesadas estructurales (structural heavy hex nuts) — comparables a las de acabado pero diseñadas para ser más resistentes y gruesas. Usadas a menudo en uniones estructurales acero-acero.

Tuercas T (T-nuts) — para fijar madera, aglomerado o tablero compuesto dejando superficie al ras. Suelen tener 3 o 4 garras que penetran en la superficie para mejor retención.

Tuercas de ruptura o de corte (breakaway or shear nuts) — tuercas cónicas con punto de agarre hexagonal, diseñadas con un punto de fallo intencional para que la cabeza hexagonal se separe al alcanzar el par máximo.

Tuercas tri-groove (tri-groove nuts) — diámetro cónico que imposibilita su agarre con llaves ajustables o alicates. Requieren un dispositivo de agarre especial no convencional, lo que las hace más seguras que una tuerca típica.

Tuercas de alas (wingnuts) — elementos roscados con alas a ambos lados del cuerpo que permiten giro e instalación manual. Usadas donde la tuerca se retira con frecuencia, por lo que pueden aflojarse y apretarse fácilmente a mano.

Arandelas (washers)

A continuación los principales tipos de arandelas:

Arandelas de respaldo para remaches (backup rivet washers) — crean un diámetro de instalación mayor, dando al remache mejor sujeción y apoyo. Evitan el arrancamiento de los remaches.

Arandelas cónicas Belleville (Belleville conical washers) — añaden tensión extra al conjunto de la unión. Se usan en pilas para aumentar la carga y la deflexión. También se consideran arandelas de bloqueo porque añaden tensión y absorben vibraciones del conjunto.

Arandelas para muelles (dock washers) — arandelas de servicio pesado, usadas a menudo en construcción de muelles y en construcciones que requieren arandelas gruesas. Similares a las arandelas de aleta pero con agujero interior de diámetro pequeño.

Arandelas de aleta (fender washers) — arandelas redondas con agujero interior de diámetro pequeño. Evitan el arrancamiento y proporcionan mayor superficie de apoyo bajo el elemento de fijación.

Arandelas de aleta extra gruesas (extra thick fender washers) — también redondas con agujero interior pequeño, pero con mayor espesor que las arandelas de aleta estándar. Mismo uso: evitar arrancamiento y ofrecer mayor superficie de apoyo.

Arandelas de acabado en forma de copa (finishing cup washer) — en forma de copa para que la cabeza del tornillo o elemento encaje en ella. Crean un acabado al ras con la parte superior de la cabeza. Por eso se usan para acabados.

Arandelas NAS (NAS washer) — arandela redonda con diámetros interior y exterior menores. Usada a menudo en aplicaciones militares por sus estrictas especificaciones dimensionales.

Arandelas de neopreno EPDM (neoprene EPDM washer) — arandela redonda ligeramente biselada con revestimiento de neopreno. Usada con puntas afiladas y tornillos autoperforantes TEK para crear estanqueidad alrededor del tornillo en cubiertas metálicas o revestimientos.

Arandelas estructurales (structural washer) — gruesas y resistentes, para aplicaciones de servicio pesado. Usadas en uniones de vigas y cerchas de acero.

Diagrama de arandelas:

Arandelas cuadradas (square washer) — forma cuadrada, pueden ser planas por ambos lados o por uno y biseladas por el otro. Usadas a menudo con tornillos de cabeza cuadrada. Evitan el arrancamiento y proporcionan mayor superficie y sujeción que las arandelas planas redondas estándar.

Arandelas planas (flat washers) — las más comunes, discos delgados de diámetro exterior redondo con agujero central punzonado para el tornillo o perno. Distribuyen uniformemente la carga de tornillos, pernos y tuercas al apretar.

Arandelas planas extra gruesas (extra thick flat washers) — más gruesas que las planas estándar. Disco redondo con agujero central punzonado al tamaño del tornillo o perno.

Arandelas planas estándar militar (military standard flat washers) — sometidas a exhaustiva inspección de cualidades químicas, físicas y dimensionales. Deben cumplir especificaciones concretas de diámetros interior y exterior.

Arandelas planas serie 900 (900 series flat washers) — redondas y más delgadas que una arandela plana estándar, con diámetros interior y exterior menores.

Arandelas de seguridad de anillo partido (split ring lock washers) — anillos partidos en un punto y doblados en forma helicoidal. Evitan que tuercas, tornillos y pernos se aflojen por vibración.

Arandelas de seguridad de collar alto (high collar lock washers) — diseñadas para colocarse bajo la cabeza de un tornillo allen. También evitan el aflojamiento por vibración. Anillos partidos en un punto y doblados en forma helicoidal.

Arandelas de seguridad de diente externo (external tooth lock washer) — para bloqueo y tensado. Arandela redonda con dientes en el exterior, máxima fuerza de sujeción. Debe usarse con elemento de fijación de diámetro de cabeza adecuado.

Arandelas de seguridad de diente interno (internal tooth lock washer) — arandela redonda con dientes internos, diseñada para evitar que la tuerca o cabeza de tornillo se aflojen por la acción estructural de los dientes. Para bloqueo y tensado.

Remaches (rivets)

A continuación los principales tipos de remaches:

Remaches pop (extremo abierto) (pop rivets open end) — conocidos como remaches ciegos, unen dos piezas de material de forma rápida y eficiente. Son tubulares, con cabeza y vástago (mandril).

Remaches pop de extremo cerrado (sellados) (closed-end pop rivets sealed) — difieren del remache ciego estándar por su extremo cerrado, que crea estanqueidad.

Remaches pop de brida grande (large flange pop rivets) — llamados remaches pop sobredimensionados, con arandela mayor en la cabeza que un remache pop estándar. También son remaches ciegos para unión rápida y eficiente.

Remaches pop avellanados (countersunk pop rivets) — también llamados remaches pop planos, para unir dos piezas con facilidad, rapidez y eficiencia. Tubulares, con cabeza y mandril. La longitud del mandril se rompe al instalar.

Remaches de colores (colored rivets) — con la cabeza pintada en marrón, negro o blanco. El color oculta el remache y da un acabado terminado. También hace el remache más visible usando color opuesto al material de instalación.

Remaches multiagarre (multi-grip rivets) — sustituyen a remaches convencionales cuando el espesor de los materiales varía. Se expanden simplemente al tamaño (dentro de su rango) y mantienen unido el material.

Remaches estructurales (structural rivets) — crean uniones más resistentes que los remaches pop de acero inoxidable normales. Generan gran fuerza y requieren herramienta distinta para su instalación.

Remaches triples (tri-fold rivets) — también llamados remaches explosivos, con tres cortes en la cabeza que la hacen plegarse hacia fuera en tres alas al instalarse. Ofrecen mejor resistencia y poder de sujeción que los remaches pop estándar.

Insertos (inserts)

A continuación los principales tipos de insertos:

Pasadores cilíndricos (dowel pins) — cilíndricos con extremos ligeramente biselados, fabricados en equipos neumáticos. Vienen en longitudes y diámetros predefinidos y se usan en muchas aplicaciones. Industrias como la aeroespacial también los emplean. Usados en refuerzo de uniones, soporte de estantes, fabricación de muebles. Aficionados los usan para construir juguetes y modelos.

Insertos roscados Helicoil (helicoil threaded inserts) — bobinas de rosca de precisión en forma de diamante enrolladas en espiral. Se instalan en agujeros roscados Helicoil. Ofrecen roscas internas convencionales de 60° permanentes. Su diámetro es mayor antes de la instalación.

Insertos roscados E-Z Lok (E-Z Lok threaded inserts) — requieren taladrado especial, a diferencia de Helicoil. Usados para metal con herramientas estándar. Insertos roscados de acero inoxidable para metal, y de latón para madera y materiales blandos.

Chavetero (keystock) — barra maciza rectangular. A menudo mecanizada para hacer chaveta, sirviendo como cuña.

Varilla roscada (threaded rod) — roscada sin cabeza, disponible en muchos grados y materiales. Para fijar desde anclajes hasta suspender equipos eléctricos o de fontanería del techo.

Varillas sin rosca (unthreaded rods) — también llamadas varillas redondas, usadas en estructuras, ejes, refuerzos, soportes y árboles.

Anillos de retención (retaining rings)

A continuación los principales tipos de anillos de retención:

Anillos de retención arqueados en E (bowed-e retaining rings) — diseñados para instalarse en una ranura en un eje. Los clips ejercen fuerza sobre el material al encajar en la ranura o precarga en las piezas retenidas para compensar tolerancias acumuladas.

Anillos de retención estilo E (e-style retaining rings) — diseñados para usar el estilo de anillo de retención radial. Se llaman e-rings por las tres garras interiores del eje que contactan con el fondo de la ranura. La ranura en el eje crea un hombro para retención efectiva del conjunto.

Anillos de retención de eje externo (external shaft retaining rings) — para usar en ranura o eje. Una parte del anillo sobresale de la ranura para crear un hombro que mantenga el conjunto. Ocurre al instalarse en ranura de un eje.

Anillos de retención de carcasa interna (internal housing retaining rings) — también para ranura en eje. Se instalan en un alojamiento o caja; una parte sobresale de la ranura para crear un hombro que mantenga el conjunto.

Anclajes para hormigón (concrete anchors)

A continuación los principales tipos de anclajes:

Anclajes de cuña acústicos (acoustical wedge anchors) — para anclar y asegurar alambre suspendido a materiales de mampostería macizos u huecos. Se insertan en taladro previo y se golpean con martillo.

Anclajes de expansión internos (drop-in anchors) — anclajes de rosca interna instalados en techo y a ras con la superficie del hormigón. Para crear barandillas, luminarias y otros accesorios.

Anclajes de expansión doble (double expansion shield anchors) — para instalación en materiales blandos o de baja calidad. Toda su longitud se expande en el agujero creando sujeción muy segura. La expansión maximiza la fricción y agarra el material de instalación.

Anclajes de clavija de golpe (hammer drive pin anchors) — para cargas más ligeras que otros anclajes de hormigón. Las clavijas aplican fijaciones a materiales de mampostería. Martillos golpean la cabeza expuesta de la clavija, expandiendo la base dentro del material y creando sujeción.

Anclajes huecos Kaptoggle (kaptoggle hollow wall anchors) — se instalan a través de un agujero en pared o bloque. Sujetan firmemente a la pared al usar un tornillo de máquina. Tienen mayor poder de sujeción que los tipos convencionales.

Anclajes de expansión para tornillos lag (lag shield expansion anchors) — anclajes de expansión blindados para sujetar tornillos lag. Se expanden hacia fuera al introducir el tornillo lag. Esta expansión presiona contra la superficie de instalación creando sujeción firme y segura. Tienen rosca interna muy precisa para permitir giro fácil del tornillo lag.

Anclajes para tornillos de máquina (machine screw anchors) — instalados en materiales de mampostería en taladro previo. Se colocan dentro del agujero y se rosc a un tornillo de máquina en el anclaje y se aprieta. Una parte cónica se introduce en la manga causando su deformación. Esta deformación resulta en una cuña firme dentro del agujero que no puede extraerse fácilmente.

Diagrama de anclajes:

Tornillos para mampostería (masonry screws) — también llamados Tapcon, cortan rosca en hormigón, ladrillo o bloque al instalarse. Tienen protección anticorrosión extendida por recubrimiento climaseal azul. No necesitan taladro previo ni inserciones.

Anclajes de expansión plásticos (plastic toggle anchors) — para paredes huecas o bloques de ceniza para crear punto de fijación para tornillos de chapa. Tienen patas que se pliegan para entrar en taladro previo y se expanden al introducir el tornillo. Cuando las patas se expanden totalmente, el anclaje queda firmemente en su sitio.

Tornillos Sammy (sammy screws) — usados con varillas roscadas, ahorran tiempo taladrando en materiales de mampostería. Tienen parte roscada hembra para aceptar la varilla roscada. Se instalan vertical u horizontalmente. Empleados por su menor coste de instalación, flexibilidad y facilidad de uso.

Anclajes de manga (sleeve anchors) — consisten en espárrago roscado con extremo cónico abocardado hacia fuera, con tuerca y arandela en el extremo. El espárrago se introduce en la manga expansora al apretar la tuerca. Esta se abre hacia fuera y bloquea el anclaje en el material base.

Anclajes de ala para pared hueca (toggle wing hollow wall anchors) — para instalación a través de materiales. El ala puede doblarse a la mitad y atravesar el material. Una vez al otro lado, se expande y un tornillo la mantiene en su sitio contra la cara posterior del material.

Anclajes de cuña (wedge anchors) — para anclar y asegurar materiales y equipos a superficies de mampostería de hormigón macizo. Consisten en ancla, tuerca y arandela. Sirven para fijar hormigón a equipos, materiales, motores, tuberías, perfiles, plásticos, madera y generadores.

Conclusión

En este artículo hemos explicado los diversos tipos de elementos de fijación: tornillos, tuercas, tornillos para madera, arandelas, remaches, etc.

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