Los contratistas buscan una ventanilla única para ahorrar tiempo, por lo que los formadores de rollos ofrecen cada vez más no solo el panel, sino también lo que pasa por él para mantenerlo. Los tornillos pueden parecer pequeños e insignificantes pero, de hecho, son una parte extremadamente importante del rendimiento futuro del panel. Ingeniero Peter Graves, Sistemas de fijación ST, profundizó en la ciencia de los tornillos en su Exposición de perfilado de construcción 2021 presentación.
Graves señaló que los tornillos están diseñados de acuerdo con los estándares establecidos por el Industrial Fastener Institute (IFI) y contenidos en su guía. “Allí puede encontrar casi todo lo que necesita saber”, explicó Graves: “qué tamaño de cabeza, qué tamaño de rosca… cómo diseñar un tornillo, todo, desde resolución de problemas, control de calidad, cómo clasificarlos, cómo terminarlos . Se considera la biblia de la industria de los tornillos”.
Hay cientos de variedades de tornillos, por lo que reducirlos puede resultar confuso. Lo primero que hay que buscar es lo que se está atornillando. Un tornillo que se utilice mejor para sujetar metal con madera será diferente del mejor para sujetar metal con metal. Además, puede haber variaciones en los tipos de madera (pino del sur versus OSB o madera contrachapada) y los tipos de metal (acero de calibre liviano versus acero de calibre grueso) que se adhieren.
Los tornillos tienen un diseño muy básico, con una cabeza, un vástago, roscas y una punta. Es en los detalles técnicos donde la ciencia se vuelve alucinante.
ANATOMÍA DE UN TORNILLO
Cada tornillo consta de cuatro partes básicas: la cabeza, el vástago, la parte roscada y la punta. Los ingenieros de las empresas de sujetadores han llevado este diseño básico a niveles sorprendentes, mejorando el rendimiento de los tornillos en varios sustratos. Esto se hace rediseñando las partes de un tornillo.
Estilos de cabeza
La cabeza evita que el metal pase por encima del tornillo en condiciones de levantamiento, como una tormenta de viento. Para el metal, dijo Graves, “la mayoría de los tornillos de unión de acero son de cabeza hexagonal. Incluso los tornillos para madera tienen una cabeza hexagonal con una arandela incorporada”.
Cabezas de oblea y tornillos de cabeza plana se usan en tornillos de clip para un panel de techo con costura alzada debido al bajo perfil.
A cabeza de armadura que da un perfil muy suave es generalmente para paredes y no debe usarse para techos porque puede llenarse de agua y óxido.
Estilos de rosca
“Hay tantas opciones de subprocesos como puedas imaginar”, dijo Graves.
Para metal a madera, los tornillos suelen tener entre 7 y 14 hilos por pulgada (tpi). “Cuanto más dura es la madera, más roscas de tornillo necesitas”, dijo Graves, explicando que una selección incorrecta “romperá el tornillo o romperá la madera”.
La necesidad de más hilos también es válida para metal con metal. Dijo Graves: "Si perfora un tornillo de acero en un sustrato de acero, necesitará 14-24 hilos por pulgada". Cuanto más grueso es el acero, más hilos por pulgada se necesitan. “Si comienza a entrar demasiado rápido, se atascará”, explicó. “Lo llamamos irritante. Se aferrará al metal y girarás el tornillo con torsión.
El estudio de las roscas por pulgada fue realizado por el ahora retirado ingeniero de ST Fastening, Tom Hulsey. “Revisó y determinó qué tan largos deben ser los hilos para atravesar espesores de material”, dijo Graves.
Estilos de punto
Las puntas de un tornillo ayudan a determinar cómo se acerca y perfora el sustrato. “Hay un borde cortante en la punta, y si ese borde cortante va demasiado rápido, en realidad quemará ese tornillo y derretirá el borde cortante”, dijo Graves.
Las puntas de tornillo de hoy en día han pasado de puntas simples a estriadas para maximizar la capacidad de ese borde de corte.
Las puntas y las roscas son los caballos de batalla del tornillo y necesitan trabajar juntos para ser efectivos. La eficacia a menudo depende de la persona detrás de la herramienta de atornillado.
Un ejemplo que proporcionó Graves fue para una viga o correa de calibre 16-12. “Debe perforar todo el camino a través de la parte posterior de la parte inferior del sustrato antes de que esos hilos se enganchen”, dijo. “Si lo gira demasiado rápido, no va a perforar”.
Tenga cuidado con los taladros de impacto que ahora pueden funcionar a 4000 rpm. “Lo único que puedes poner con un 4000 rpm es un #10 realmente pequeño”, dijo. “Si intentas poner un tornillo de acero yendo tan rápido, vas a quemar la punta”.
Fue nuevamente Hulsey quien descubrió las matemáticas de cuánta velocidad puede manejar un punto de perforación en particular. Graves dijo que hay una manera de saber si la herramienta está a la velocidad adecuada. “Por lo general, puede saber cuándo tiene la velocidad adecuada en los tornillos que penetran en el acero porque seguirá cortando esas virutas... es lo que hace que la punta del taladro pase. Si lo gira demasiado rápido, no verá que salga ninguna viruta, por lo que debe reducir la velocidad o es posible que ya haya quemado la punta del tornillo”, dijo.
¿Crees que las roscas de los tornillos son simples? Así es como los ve un ingeniero. Los ángulos, el paso, la profundidad, la cresta, la raíz y el diámetro juegan un papel importante en el rendimiento de los tornillos en varios sustratos.
EXPANSIÓN Y CONTRACCIÓN
Los paneles de metal están constantemente bajo tensión debido a la expansión y contracción. “Por la noche, el panel se enfría y durante el día se calienta”, explicó Graves. “A medida que el panel funciona de un lado a otro, a veces ese panel se sale del tornillo. Lo único que sostiene ese panel son los tornillos.
“Ese es un gran problema con la madera barata, OSB y madera contrachapada delgada”, continuó Graves. “A veces, esos tornillos se salen, especialmente si están perforados en exceso”.
El problema probablemente ni siquiera se notará hasta que el tornillo comience a retroceder debido a la expansión y contracción. Graves diseñó un tornillo con un paso más ancho que ayuda a resistir la torsión y permite que el usuario sienta que el tornillo se ha apretado cómodamente, pero la perforación excesiva sigue siendo un problema en la industria del metal.
Los tornillos de clip son una opción popular para lidiar con la expansión y contracción del metal. “Hoy en día, muchos tornillos de clip tienen un hombro que encaja en la ranura para que el clip pueda moverse con el techo de la junta alzada a medida que se expande y se contrae”, dijo.
Otros factores ambientales que afectan a los tornillos
Eventos de viento
Tan importante como la selección de tornillos para un trabajo en particular es cómo, dónde y cuántos usar. Eso cambia en cada trabajo. “Cada techo tiene diferentes áreas de presión de levantamiento”, anotó Graves, señalando que para un edificio expuesto a tormentas de viento, “cada uno de estos paneles tendrá un espacio entre tornillos diferente, y ese espacio entre tornillos se acercará para lograr una mayor resistencia de sujeción”.
Sin embargo, demasiados tornillos también pueden ser malos. “Tener demasiados tornillos en un lugar afectará las extracciones de madera”, dijo Graves.
El arquitecto del proyecto debe proporcionar la dirección necesaria sobre la colocación.
Corrosión
Los tornillos que han sido galvanizados y mecánicamente ayudan a prevenir la corrosión y brindan lubricidad para mejorar la conducción.
Degradación del color
Hacer coincidir el color de los tornillos con el color del panel es una ciencia en sí misma. “Hay tantos colores por ahí como puedas imaginar”, dijo Graves. “Todos están tratando de hacer coincidir su tornillo con el color del panel. El problema con eso es que el color del panel se desplazará de un extremo de la bobina al otro extremo de la bobina”.
Explicó el proceso: “El recubrimiento en polvo o pintura está hecho de resina y luego se agregan rellenos (pigmento o partículas molidas que se dispersan por toda la resina) para hacer el color. Esas resinas llevan ese color por todo el panel o el polvo. A medida que la luz ultravioleta golpea esos pigmentos, comenzarán a desvanecerse la intensidad de ese color... A medida que ese color comienza a desvanecerse, se ve diferente a cuando lo instaló por primera vez”.
Combinar colores es todo un desafío. “Todo el mundo sabe que una sombra aquí o allá puede marcar una gran diferencia”, dijo Graves.
ST Fastening ahora usa un espectrofotómetro para analizar el color y determinar la desviación de ese color del estándar. Puede determinar el color a partir de tres configuraciones de luz diferentes: luz fluorescente, luz solar y luz de vela.
“El espectrofotómetro en realidad detectará qué tan cerca de un estándar conocido tenemos en nuestra biblioteca”, dijo Graves. Por lo general, el ojo humano puede detectar entre 5 y 1.0 de diferencia de color, pero el espectrofotómetro puede detectar hasta una décima parte de un Delta E.
Ser capaz de "marcar el color" según sea necesario se ha convertido en un punto de inflexión en la industria.
La compañía también comenzó a aplicar una capa transparente sobre la galvanoplastia para resistir aún más la decoloración y la corrosión. RF
