Guía técnica · 9 min de lectura
Tornillos y tuercas con brida: para qué sirve la brida
Por qué los elementos de fijación llevan brida, dónde reparten la carga los tornillos y las tuercas y qué distingue sus apoyos, arandelas, bloqueo y normas.
La respuesta breve: una brida proporciona a la cabeza de un tornillo o a una tuerca una cara de apoyo integral más ancha. Sirve para repartir la fuerza de apriete sobre la pieza situada debajo y, en una unión adecuada, reducir el número de arandelas sueltas necesarias durante el montaje. Un tornillo con brida aporta esa superficie en la cabeza; una tuerca con brida la aporta en el lado de la tuerca. La misma forma resuelve un problema de contacto en cualquiera de los extremos de la unión, pero no convierte todos los elementos con brida en elementos de bloqueo.[1][2]
Esta guía explica la brida como característica de diseño. Para identificar la cabeza, distinguir las series métricas y en pulgadas y seguir las normas que sustituyeron a DIN 6921, consulte Tornillos de cabeza hexagonal con brida: ASME B18.2.1, ISO 4162 y DIN 6921. La Guía de tipos de cabeza de tornillos y pernos compara el conjunto de formas de cabeza.
¿Por qué añadir una brida a un elemento de fijación?
Un hexágono convencional ofrece una superficie sobre la que puede actuar la llave. La cara situada debajo tiene otra función: transmitir la fuerza de apriete del elemento de fijación a la unión. Una forma compacta para la llave puede dejar un área de apoyo insuficiente para la pieza sujetada. Una brida integral permite ampliar esa cara más allá del hexágono sin aumentar en la misma medida el ancho de llave.
Ese es el propósito del diseño: reunir en un componente un cuerpo para la llave y un asiento más ancho. Una arandela plana independiente también puede aportar ese asiento, pero añade otra pieza que hay que introducir, colocar y mantener en su sitio durante el montaje. Cuando el plano permite que la brida asuma esa función de reparto de carga, el tornillo o la tuerca ya incorpora su cara de apoyo. Fastenal describe esta combinación en los tornillos con brida y la mayor área de apoyo de las tuercas con brida.[1][2]
La fuerza debe transmitirse a las piezas sujetadas por ambos extremos. La ilustración muestra por qué una brida en el tornillo no amplía también la cara de apoyo bajo la tuerca:
Qué cambia con una cara de apoyo más ancha
Para una fuerza de apriete dada, una mayor área efectiva de apoyo reduce la presión media de contacto. Esto puede ayudar a evitar el hundimiento local cuando una cabeza o tuerca pequeña presiona sobre chapa de acero o un material más blando. El área útil es la parte que realmente se apoya en la pieza de contacto. Un agujero sobredimensionado, una ranura o un borde próximo pueden eliminar buena parte del apoyo que sugiere el diámetro exterior de la brida.
El siguiente cálculo permite aislar el efecto del área:
Ejemplo de cálculo: no son dimensiones de norma ni una capacidad de carga. Supongamos una cara de contacto anular plana, totalmente apoyada, alrededor de un agujero de 9 mm y una fuerza de apriete de 10 000 N. El área nominal de contacto es A = π(D² − d²)/4 y la presión media, p = F/A. Al aumentar el diámetro de apoyo supuesto de 13 mm a 18 mm, el área pasa de 69,1 mm² a 190,9 mm² y la presión media, de 144,7 MPa a 52,4 MPa. Son datos ilustrativos, no dimensiones atribuidas a un elemento de fijación ASME, ISO o DIN. La presión real de contacto no es uniforme; la flexión de la brida, el apoyo incompleto y el material de la pieza requieren comprobaciones independientes.
¿Por qué importa el hundimiento después del apriete? La compresión permanente bajo una cabeza o tuerca reduce el espesor de la unión y puede liberar parte de la tensión inicial del tornillo, o precarga. Nord-Lock describe la pérdida de precarga por asentamiento de irregularidades superficiales y por fluencia, a la que son más susceptibles los materiales blandos.[3] Un asiento más ancho y bien apoyado actúa sobre la presión local; sigue siendo necesario comprobar el material, la temperatura y la deformación a largo plazo.
¿Tornillo con brida, tuerca con brida o ambos?
Elija dónde situar la brida examinando las dos caras exteriores de la unión. La cabeza del tornillo apoya en una; la tuerca, en la otra. Cada cara puede necesitar una solución distinta.
| Disposición de los elementos de fijación | Dónde actúa el asiento más ancho | Cuándo resulta útil |
|---|---|---|
| Tornillo con brida en una pieza roscada | Bajo la cabeza del tornillo; no hay una tuerca independiente. | Un soporte o resguardo necesita un asiento más ancho y la brida dispone de suficiente apoyo plano y espacio para la herramienta. |
| Tornillo convencional con tuerca con brida | Bajo la tuerca, en la cara exterior opuesta. | La superficie del lado de la tuerca necesita más apoyo o un asiento integral simplifica su manipulación. Compruebe por separado el asiento de la cabeza. |
| Tornillo con brida y tuerca con brida | En ambas caras exteriores. | Un asiento más ancho beneficia a ambos lados y se ha comprobado el ajuste, la precarga y la compatibilidad superficial del montaje completo. |
| Tornillo o tuerca con arandela independiente | Donde se instala la arandela especificada. | Se necesita un diámetro mayor, una dureza concreta, una superficie de contacto reemplazable u otra función de la arandela. |
Por tanto, una tuerca con brida puede resolver un problema que un tornillo con brida, por sí solo, deja pendiente. Por ejemplo, un soporte de acero a un lado y una carcasa más blanda al otro pueden requerir áreas de apoyo o disposiciones de arandelas distintas. Especifique el conjunto completo en lugar de elegir ambos extremos solo por la palabra brida.
La brida y el dispositivo de bloqueo cumplen funciones distintas
La brida describe la geometría de apoyo. El bloqueo puede proceder de otra característica: dientes en la cara de apoyo, un inserto de nailon o una deformación diseñada en la rosca de la tuerca. Fastenal distingue los mecanismos de inserto de nailon y de deformación superior de la función de apoyo de la brida.[2] Una brida lisa, por sí sola, no especifica resistencia a las vibraciones.
El dentado también modifica la interacción con la superficie. El Fastener Design Manual de NASA describe cómo las caras dentadas se agarran a la pieza de contacto, con restricciones cuando importan los daños o la corrosión.[4] Compruebe que el diseño de dientes elegido sea adecuado para las piezas pintadas, recubiertas o sensibles y mantenga cualquier dispositivo de bloqueo especificado. La comparación de arandelas y métodos de bloqueo trata por separado la cuestión de las vibraciones.
Sustituir una arandela suelta por una brida también modifica el contacto durante el apriete. La fricción bajo la cabeza o la tuerca, el acabado y la presencia de arandelas afectan a la relación entre par y tensión.[5] Reutilice un valor de par únicamente cuando la especificación de montaje abarque la nueva disposición.
¿Qué normas corresponden a tornillos y cuáles a tuercas?
Una forma parecida no significa que se comparta la especificación de producto. Los tornillos y las tuercas en pulgadas tienen documentos ASME distintos; las normas métricas para tornillos y tuercas con brida también identifican productos diferentes.
| Producto | Norma de referencia | Qué debe especificarse |
|---|---|---|
| Tornillo hexagonal con brida en pulgadas | ASME B18.2.1-2012 (R2021), que incluye varias formas de cabeza en pulgadas.[6] | La forma de tornillo hexagonal con brida, la rosca, el tamaño y la edición requerida. |
| Tuerca hexagonal con brida en pulgadas | ASME B18.2.2-2022 incluye tuercas hexagonales con brida y con brida grande.[7] | La forma y el tamaño exactos de la tuerca. Una tuerca de bloqueo concreta puede requerir su propia norma de producto. |
| Tornillo métrico de cabeza hexagonal con brida | ISO 15071:2011 e ISO 4162:2012 abarcan productos específicos de serie pequeña.[8][9] | La norma y la serie indicadas; compare todas las dimensiones de la cabeza. |
| Tuerca métrica hexagonal con brida | ISO 4161:2012 abarca el tipo 2, con rosca métrica gruesa M5–M20.[10] | La norma de la tuerca, la rosca, la clase de resistencia, el acabado y el requisito de la cara de apoyo. |
DIN 6921 es una referencia antigua para tornillos con brida; DIN 6923, para tuercas con brida. En el caso de las tuercas, DIN Media indica que DIN EN 1661:1998-02 sustituyó a DIN 6923:1983-06.[11] Confirme qué norma sucesora permite el plano y sus dimensiones, en lugar de tratar los números DIN, EN e ISO como designaciones intercambiables.
Un tornillo con brida también es distinto de un tornillo utilizado para unir bridas de tubería. El primer nombre describe la geometría de la cabeza; el segundo, el equipo que se une. Las uniones de bridas de tubería pueden utilizar espárragos sin cabeza y tuercas independientes, como se explica en Espárragos frente a varillas roscadas.
Relacione los requisitos de la unión con el producto
Parta de la función necesaria en cada extremo y compruebe después el plano y la especificación del producto. El catálogo tiene variantes distintas de tornillo hexagonal con brida UNC y tornillo hexagonal con brida UNF. Para el lado de la tuerca, compare la tuerca hexagonal con brida e inserto de nailon con la tuerca hexagonal con brida que figura con referencia a ASME B18.16.4. Sus mecanismos de bloqueo y especificaciones requieren una revisión independiente; la forma de brida común no los hace equivalentes.
Antes de solicitar una cotización, facilite:
- Las dos superficies de apoyo: materiales de las piezas de contacto, espesores, geometría de agujeros o ranuras, área plana disponible y acabado superficial.
- La pareja de elementos de fijación: formas de tornillo y tuerca, compatibilidad de roscas, requisitos de material y propiedades, normas y ediciones exactas.
- El montaje completo: requisitos de arandelas y bloqueo, instrucciones de apriete, limitaciones de acceso y plano de detalle de las piezas de contacto.
La guía de selección de arandelas ayuda a decidir qué funciones de la arandela siguen siendo necesarias. Utilice Cómo especificar un tornillo para convertir la disposición elegida en una consulta.
Referencias
- Fastenal. Descripciones de tipos de fijación: tornillos con brida. Cara de apoyo integral, reparto de carga y manipulación durante el montaje.
- Fastenal. Descripciones de tipos de tuerca. Área de apoyo de la brida y mecanismos de inserto de nailon y de deformación superior.
- Nord-Lock Group. Safe Bolted Joint Design, página impresa 6, «Settlement and creep».
- NASA. Fastener Design Manual, NASA RP-1228 (1990), página impresa 8, cabezas y tuercas con cara dentada.
- Fastenal. Bolted Joint Design, revisión del 4 de marzo de 2009, páginas 9–10 del PDF, apriete controlado por par.
- ASME. ASME B18.2.1-2012 (R2021), alcance público.
- ASME. ASME B18.2.2-2022, índice. La tabla 1.1.1-13 identifica las tuercas hexagonales con brida y con brida grande.
- ISO. ISO 15071:2011, alcance público de los tornillos con brida de serie pequeña.
- ISO. ISO 4162:2012, alcance público de los tornillos con brida de serie pequeña.
- ISO. ISO 4161:2012, alcance público de las tuercas con brida de tipo 2 y rosca gruesa.
- DIN Media. DIN EN 1661:1998-02, registro de sustitución de DIN 6923:1983-06; consulte el aviso de advertencia del editor que acompaña a esta edición.