Guía técnica · 10 min de lectura
Tornillos de cabeza hexagonal con brida: ASME B18.2.1, ISO 4162 y DIN 6921
Por qué usar tornillos con brida: reparto de carga, manipulación de arandelas y caras de apoyo. Compare ASME B18.2.1, ISO 4162 y la antigua DIN 6921.
La respuesta breve: un tornillo de cabeza hexagonal con brida incorpora una superficie de apoyo más ancha bajo la cabeza. Se utiliza para repartir la fuerza de apriete sobre una mayor superficie de apoyo y, cuando la unión lo permite, prescindir de una arandela plana independiente durante el montaje. La ventaja depende de la superficie situada bajo la brida: su área disponible, su resistencia y su acabado. ASME B18.2.1 abarca los tornillos con brida en pulgadas junto con otras formas de cabeza. Entre las normas métricas figuran ISO 15071 e ISO 4162, mientras que una referencia antigua a DIN 6921 tiene su propia sucesión de normas EN.[1][2][3][4]
Este artículo forma parte de la Guía de tipos de cabeza de tornillos y pernos. Al preparar una consulta, distinga la brida integral de un montaje con arandela independiente.
Para conocer la función que comparten las bridas de tornillos y tuercas, consulte Tornillos y tuercas con brida: para qué sirve la brida. Este artículo se centra en la selección del tornillo y de su norma de producto.
Identifique la brida integral antes de elegir una norma
Busque seis caras exteriores para la llave sobre una brida circular que sobresale del hexágono. La brida forma parte de la cabeza. Un tornillo hexagonal convencional apoyado en una arandela suelta puede tener una silueta similar visto desde arriba; examine también el perfil lateral y la unión entre los componentes.
El apoyo más ancho sirve para repartir la carga. Con la misma fuerza de apriete, una mayor área efectiva de contacto reduce la presión media sobre la pieza sujetada. Esto importa cuando una cabeza estrecha podría hundirse en un soporte de chapa de acero o en una pieza de material más blando. Si la superficie bajo la cabeza se comprime de forma permanente, la unión pierde espesor y puede perderse parte de la precarga del tornillo. Nord-Lock describe esta pérdida por asentamiento de las irregularidades superficiales y, con el tiempo, por fluencia de los materiales susceptibles a ella.[8] Una brida con apoyo adecuado puede ayudar a reducir el hundimiento local; tanto su cara de apoyo como la pieza situada debajo deben soportar la carga de diseño.
La otra ventaja es manipular un componente suelto menos. Cuando un diseño aprobado con brida sustituye a un tornillo con arandela plana de reparto de carga, el operario introduce y coloca una pieza en lugar de dos. No hay una arandela independiente que pueda caerse u olvidarse. Esto puede simplificar el montaje repetitivo y el trabajo en lugares de difícil acceso, aunque un tornillo con una arandela bien elegida pueda ofrecer una superficie de apoyo igualmente adecuada.
La elección resulta más clara al relacionarla con la pieza que se va a sujetar:
| Situación de montaje | ¿Por qué considerar una cabeza con brida? | ¿Qué determina la elección? |
|---|---|---|
| Resguardo de chapa de acero o soporte de una máquina | Un apoyo más ancho puede repartir la fuerza de apriete; la brida integral reduce la manipulación de piezas sueltas. | Apoyo plano suficiente alrededor del agujero, espesor de chapa adecuado y hundimiento admisible bajo la precarga. |
| Carcasa o pieza de montaje de aluminio | Una menor presión media de contacto puede ayudar a proteger la superficie de apoyo más blanda. | Presión de apoyo admisible, temperatura y asentamiento. Una arandela endurecida del tamaño adecuado puede ofrecer una mejor superficie de contacto. |
| Agujero rasgado, agujero sobredimensionado o borde próximo | La brida tiene un contorno más ancho, pero solo transmite carga la parte de su cara inferior que está apoyada. | Compruebe el área mínima de apoyo en todas las posiciones permitidas. Utilice una arandela o placa diseñada para la unión si la brida no puede cubrir adecuadamente la abertura. |
La brida aporta una cara de apoyo integral y aumenta el espacio que ocupa la cabeza. Esto modifica la holgura necesaria a su alrededor y el contacto con la pieza sujetada. Al sustituir un tornillo hexagonal con arandela, compare el conjunto completo de cabeza y asiento, incluidos los requisitos de arandelas del plano. La guía de selección de arandelas explica las distintas funciones que pueden cumplir.
Para consultar las dimensiones en pulgadas y el plano de referencia, abra Dimensiones de tornillos de cabeza hexagonal con brida — ASME B18.2.1. Compruebe el diámetro de la brida, la altura de cabeza, el ancho de llave y la longitud bajo cabeza según la edición requerida.
Identifique la norma y la serie exactas de la cabeza
ASME e ISO publican requisitos de producto, pero agrupan de forma distinta los productos que abarcan. ASME B18.2.1 incluye cabezas hexagonales convencionales y tornillos hexagonales con brida en un mismo documento para dimensiones en pulgadas. ASME denomina al producto en pulgadas hex flange screw; los títulos ISO emplean hexagon bolt with flange. Incluya ese nombre de producto junto al número de norma para que el proveedor seleccione la forma correcta.[1]
| Norma de producto | Referencia y alcance | Detalle que debe conservarse |
|---|---|---|
| Tornillo hexagonal con brida en pulgadas | ASME B18.2.1-2012 (R2021), dentro de las formas de pernos y tornillos en pulgadas que abarca.[1] | La forma de producto con cabeza de brida, la designación de rosca en pulgadas y la edición requerida. |
| Serie pequeña métrica | ISO 15071:2011, tornillos de cabeza hexagonal con brida, serie pequeña, grado de producto A, M5–M16.[2] | El producto de serie pequeña especificado y todos sus requisitos dimensionales. |
| Serie pequeña métrica con requisitos distintos para el accionamiento | ISO 4162:2012, grado de producto A, con el hexágono exterior —el elemento sobre el que actúa la llave— conforme al grado de producto B; M5–M16.[3] | Las dimensiones y tolerancias especificadas para el hexágono exterior. |
| Serie pesada métrica | EN 1665:1997; la adopción alemana vigente es DIN EN 1665:1998-11, con DIN EN 1665 Berichtigung 1:2007-07.[5] | La designación de serie pesada y la edición y modificaciones exigidas por el plano. |
El grado de producto es distinto de la clase de resistencia. La distinción A/B de los títulos ISO se refiere a requisitos de precisión del producto; ISO 4759-1:2000 trata las tolerancias de los grados de producto A, B y C.[7] Una designación de resistencia como 8.8 o 10.9 es un dato independiente. El grado de producto B del accionamiento en ISO 4162 no significa que el tornillo tenga una clase de resistencia inferior a la de un tornillo ISO 15071.[2][3]
Del mismo modo, serie pequeña y serie pesada identifican series de producto, no una clasificación de resistencia. Compare las dimensiones de cabeza y brida para el tamaño nominal requerido; que coincida el tamaño de rosca no basta para asegurar que la cabeza quepa en el espacio disponible.
Siga la sucesión real de normas que sustituyeron a DIN 6921
DIN 6921 sigue siendo habitual en catálogos de proveedores y planos antiguos. DIN Media indica que DIN EN 1665:1998-02 sustituyó a DIN 6921:1983-06 y DIN 6922:1983-06. A su vez, esa adopción de 1998-02 fue sustituida por DIN EN 1665:1998-11.[4][5]
Esta sucesión conduce al producto de serie pesada de EN 1665; no convierte DIN 6921 en otro nombre para cualquier tornillo ISO con brida. Ante un plano antiguo, confirme si el pedido debe mantener DIN 6921 o puede utilizar la norma sucesora indicada; después compare las dimensiones reales de la cabeza.
Especifique la cara de apoyo y la disposición de las arandelas
Una arandela independiente permite diseñar la superficie de contacto con más libertad. Su diámetro exterior, espesor, dureza y material pueden elegirse con independencia de la cabeza del tornillo. Esto resulta útil cuando el plano exige una mayor área de apoyo, un asiento endurecido o una superficie de contacto reemplazable. Compruebe también el espacio: la brida necesita holgura junto a la cabeza y un asiento plano debajo, por lo que puede interferir con un borde, un rebaje o un pliegue próximo que sí admite una cabeza hexagonal convencional.
Una cara inferior lisa y una dentada son especificaciones de compra distintas. El dentado es una característica de contacto diseñada expresamente; la palabra brida no implica que exista. Indique en la consulta qué cara inferior se requiere y adjunte un plano de detalle si se exige un diseño concreto de dientes o de bloqueo.
La superficie de la pieza de contacto importa. El Fastener Design Manual de NASA describe cabezas y tuercas con cara dentada que se agarran a la superficie de apoyo durante el apriete, con restricciones cuando preocupan los daños superficiales o la corrosión.[6] Para piezas pintadas, recubiertas o sensibles, compruebe que el diseño elegido y las instrucciones de montaje sean adecuados para esa superficie.
Revise las instrucciones de apriete al cambiar la combinación de cabeza y arandela. El contacto de apoyo aporta fricción durante el apriete; por ello, un cambio de geometría de contacto, recubrimiento o disposición de arandelas puede modificar el par necesario para una precarga objetivo. Fastenal incluye la fricción bajo cabeza, el acabado superficial y la presencia de arandelas entre las variables que afectan a la relación entre par y tensión.[9] Utilice una especificación de montaje validada para el elemento de fijación y la superficie de contacto elegidos; la coincidencia del tamaño de rosca y de la clase de resistencia no basta para reutilizar un valor de par.
La brida tampoco resuelve por sí sola el requisito de bloqueo ni elimina todas las razones para usar una arandela. Mantenga la arandela o el dispositivo de bloqueo especificados hasta que el responsable del plano apruebe el cambio. Para elegir una solución frente a vibraciones, continúe con ¿Funcionan las arandelas de seguridad?.
Prepare una consulta que identifique un único producto con brida
Describa la cabeza con precisión suficiente para contrastarla con la norma de producto y con la pieza de contacto:
- Forma de cabeza y norma: tornillo o perno hexagonal con brida, documento exacto, edición y serie pequeña o pesada requerida.
- Contacto y espacio de la cabeza: diámetro de brida, ancho de llave, altura de cabeza y cualquier limitación de espacio alrededor.
- Cara de apoyo: lisa o con el diseño dentado especificado; incluya el material y el acabado superficial de la pieza de contacto.
- Rosca y longitud: diámetro, paso o TPI, ajuste, longitud nominal bajo cabeza y longitud de rosca requerida.
- Material y propiedades: material especificado, grado o clase de resistencia, acabado y documentos de inspección.
- Montaje: conserve la disposición indicada de arandelas y bloqueo; adjunte el detalle de la pieza de contacto cuando determine la selección.
Por ejemplo, hex flange screw — ASME B18.2.1-2012 (R2021) y hexagon bolt with flange — ISO 4162:2012 identifican especificaciones de producto distintas antes de añadir tamaño y material. Complete la consulta con Cómo especificar un tornillo y utilice la guía de grados y clases de resistencia para distinguir las designaciones de precisión del producto de las de resistencia.
Referencias
- ASME. ASME B18.2.1-2012 (R2021). Título y alcance públicos de las formas de pernos y tornillos en pulgadas, incluidos los tornillos hexagonales con brida.
- ISO. ISO 15071:2011. Tornillos con brida de serie pequeña, grado de producto A; alcance público.
- ISO. ISO 4162:2012. Tornillos con brida de serie pequeña, grado de producto A, con accionamiento de grado de producto B; alcance público.
- DIN Media. DIN EN 1665:1998-02 — sucesión de normas. Registra la sustitución de DIN 6921:1983-06 y DIN 6922:1983-06, seguida por la edición de 1998-11.
- DIN Media. DIN EN 1665:1998-11. Adopción alemana vigente de EN 1665:1997 para la serie pesada; incluye la corrección de 2007.
- NASA. Fastener Design Manual, NASA RP-1228 (1990), página impresa 8, cabezas y tuercas con cara dentada. Orientación técnica histórica sobre la interacción de las caras dentadas con la superficie de apoyo.
- ISO. ISO 4759-1:2000. Tolerancias de pernos, tornillos, espárragos y tuercas de grados de producto A, B y C; título y estado públicos.
- Nord-Lock Group. Safe Bolted Joint Design, página impresa 6, «Settlement and creep». Explica cómo la deformación de las superficies de contacto reduce la precarga.
- Fastenal. Bolted Joint Design, revisión del 4 de marzo de 2009, páginas 9–10 del PDF. Describe la fricción y las variables de montaje en el apriete controlado por par.