ES2297277T3 - Tornillo autorroscante para uso en materiales de baja ductilidad. - Google Patents
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Abstract
Una rosca, en particular para un tornillo (100) o tuerca laminador de rosca o autorroscante, respectivamente, que tiene un perfil de rosca no triangular (400) con caras de rosca de entrada (422) y caras de rosca de salida (424) en las que al menos una de dichas caras de rosca de entrada (422) y caras de rosca de salida (424) está provista de una curvatura convexa que tiene un primer radio (R), caracterizada porque la cresta (442) de dicho perfil de rosca no triangular (400) también tiene una curvatura convexa con un segundo radio (r1), siendo el valor del primer radio (R) diferente del valor del segundo radio (r1).
Description
Tornillo autorroscante para uso en materiales de
baja ductilidad.
\global\parskip0.920000\baselineskip
La presente invención se refiere a una rosca, en
particular para un tornillo o tuerca autorroscante, respectivamente,
según la reivindicación 1 y a un tornillo respectivo así como a una
tuerca respectiva para un sistema de fijación según las
reivindicaciones 14 y 20.
Detalladamente, la invención está dirigida a una
construcción de forma de rosca novedosa y mejorada que tiene en
particular un perfil de rosca no triangular o no trapecial,
respectivamente, teniendo cada rosca caras de flancos que son una
cara de rosca de entrada y una cara de rosca de salida en las que al
menos una de dichas caras de rosca de entrada y de salida está
provista de una curvatura convexa que tiene un primer radio. Tal
perfil de rosca está descrito en el documento
US-A-5722808.
Más detalladamente, la invención se refiere a
una construcción de rosca mejorada para un dispositivo de fijación
de formación de rosca que comprende roscas externas o internas que
aseguran la distribución mejorada de fuerzas internas generadas en
el componente de acoplamiento o material de anclaje,
respectivamente, que contiene las roscas externas o internas
formadas complementarias formadas por el dispositivo de fijación de
formación de rosca. Tal dispositivo de fijación puede usarse para
mejorar las características de funcionamiento de una estructura
unida que está compuesta de un material de anclaje que puede
clasificarse en particular como que tiene baja ductilidad y un
tornillo autorroscante de acuerdo con la realización de la
invención.
Los expertos en la materia admiten que los
tornillos autorroscantes o laminadores de rosca, del tipo de
formación de rosca, cuando se usan para generar una rosca interna
de acoplamiento, en materiales de baja ductilidad, tendrán
fiabilidad limitada durante el ensamblaje y el servicio.
En cuanto a la tecnología de medios de fijación
roscados conocidos, la configuración de un medio de fijación
roscado externo está dispuesta particularmente para generar las
roscas internas complementarias por desplazamiento de material. En
resumen y a modo de ejemplo, cuando se inserta tal medio de fijación
roscado externo en un orificio de guía de diámetro interior liso y
se aplica rotación entre el medio de fijación roscado externamente
y el componente, que contiene el orificio de guía de diámetro
interior liso, la rosca interna se forma en frío o se forja con
estampa dentro de la superficie del orificio de guía de diámetro
interior liso del componente. Por lo tanto, una fuerza axial
nominal en la dirección en la que se mueve el medio de fijación
externo, es desviada hacia la superficie del orificio de guía de
diámetro interior liso. Deseablemente, no debe cortarse o
eliminarse ningún material componente del componente por la
formación en frío de las roscas internas. Por esa razón, cuando han
de ensamblarse materiales que tienen baja ductilidad por medio de
tal medio de fijación de formación de rosca debe evitarse el flujo
de material en la dirección del eje del medio de fijación.
Además, las geometrías de forma de rosca
comúnmente conocidas son una sección transversal triangular o
trapecial que tiene un ángulo incluido de flancos de 60º o menos.
Se sabe que el uso de tales geometrías de forma de rosca para
producir, por autorroscado o laminado de rosca, respectivamente,
medios de formación de rosca, una rosca interna de acoplamiento, en
materiales de anclaje de baja ductilidad, del tipo de aleación de
magnesio o equivalentes, afecta a la integridad estructural de las
roscas de acoplamiento.
En particular, puede apreciarse que la rosca
interna que se genera en el material de anclaje sufre excoriación,
erupción de las capas del material de anclaje y la creación de
virutas y esquirlas que son perjudiciales para el ensamblaje. Se
observará que las partes del material de anclaje, adyacentes al
extremo de entrada del tornillo del orificio de guía liso, se
desmenuzan y desgarran. Estos efectos se ilustran en la Fig. 7, que
muestra detalladamente una estructura unida 700 de la técnica
anterior. Un tornillo 710 que tiene una geometría de construcción
de rosca conocida está acoplado con un material de anclaje 720 que
se supone que tiene una baja ductilidad. Como puede observarse
debido a las fuerzas que son introducidas por el tornillo 710 en el
material de anclaje 720, el material de anclaje fluye hacia abajo
por los flancos de la rosca desarrollando erupciones 730. Estas
erupciones del material de anclaje de baja ductilidad 720 se
desmenuzarán y se desgarrarán, especialmente en conexiones que son
desenroscadas varias veces o periódicamente, respectivamente,
durante el periodo de uso, por ejemplo para el propósito de
mantenimiento. Por lo tanto, se crean virutas y esquirlas.
Además, donde el orificio de diámetro interior
liso es de la forma considerada generalmente como "orificio
pasante", de manera que el orificio entra en una cavidad en la
pieza moldeada de anclaje, siendo tal cavidad para el propósito de
contener aceite u otros líquidos similares, o donde el orificio liso
incide en una zona que contiene equipamiento electrónico, pueden
producirse funcionamientos defectuosos del ensamblaje unitario
junto con una probabilidad de daño letal a la unidad ensamblada.
Se reconoce además, por parte de los expertos en
la materia, que estas características perjudiciales son causadas
por las tensiones y deformaciones que son inducidas en el material
de anclaje cuando el tornillo autorroscante se aplica por
movimiento de rotación que desarrolla movimiento axial del tornillo
en relación con el orificio de guía de anclaje.
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El tornillo laminador de rosca descrito
anteriormente como ejemplo para generar roscas de acoplamiento
complementarias por desplazamiento de material también puede
aplicarse fácilmente a una tuerca laminadora de rosca que ha de
enroscarse sobre un perno liso.
La patente europea 0553907 desvela un tornillo
de formación de rosca 800, que se representa en la Fig. 8, para
formar en frío roscas internas en una pieza de trabajo compuesta de
un material de baja ductilidad, como magnesio y similares. El
tornillo usa fundamentalmente fuerzas compresivas para formar las
roscas internas en la pieza de trabajo. El tornillo tiene un
vástago que tiene un extremo de entrada y un extremo de cabeza. Las
roscas externas están dispuestas sobre el vástago. Las roscas
externas definen una configuración de rosca con un ángulo que mide
sustancialmente dentro del intervalo de 90º a 120º. En esta
configuración, se desarrolla una compresión predominantemente del
material de anclaje de baja densidad durante la formación de la
rosca interna durante la operación de autorroscado. Aunque tal
movimiento hacia un ángulo de perfil de rosca aumentado, (más allá
de 60º), mejorará las capacidades de soporte de carga de las roscas
de acoplamiento ensambladas, no elimina los problemas asociados con
las esquirlas y desmenuzamiento de material que pueden contaminar el
ensamblaje.
Por consiguiente, un objetivo de la presente
invención es proveer una rosca para un medio de fijación roscado de
formación de rosca que provea distribución de fuerzas dentro del
material de un componente de anclaje al que el medio de fijación es
fijado de manera que se evite en la mayor medida posible el corte o
eliminación de material del componente de anclaje por la formación
en frío de las roscas internas o externas.
Un objetivo más de la invención es proveer un
sistema de fijación roscado por medio del cual la geometría de
perfil de rosca novedosa, en el tornillo, desarrollará, por
principios de autorroscado, una construcción de rosca de
acoplamiento que no sólo proveerá características de ensamblaje
mejoradas, respecto a sistemas conocidos alternativamente, sino que
conducirá a una reducción y/o eliminación de virutas, esquirlas y
otros restos que son evidentes cuando se forma una rosca interna,
de acoplamiento, en componentes que están constituidos por
materiales de anclaje de baja ductilidad de aleaciones de magnesio y
similares.
Por consiguiente, una rosca que tiene un perfil
de rosca no triangular con caras de rosca de entrada y salida en
las que al menos una de dichas caras de rosca de entrada y salida
está provista de una curvatura convexa que tiene un primer radio,
tiene una cresta de dicho perfil de rosca no triangular que también
tiene una curvatura convexa con un segundo radio, siendo el valor
del primer radio diferente del valor del segundo radio.
Preferentemente, el primer radio es mayor que el
segundo radio. Tal rosca puede usarse en un tornillo o tuerca
laminador de rosca, en particular para materiales que tienen una
baja ductilidad, por ejemplo magnesio o una aleación compuesta del
mismo.
La base o raíz, respectivamente, entre dos
perfiles de rosca no triangulares subsiguientes tiene una curvatura
cóncava con un tercer radio. Por lo tanto, se reducen los efectos de
entalladura o concentraciones de tensiones de manera que el
tornillo o la tuerca, respectivamente, que están provistos con la
rosca según la invención, pueden ser cargados con una tensión
superior comparada con un tornillo o tuerca conocido,
respectivamente, que tenga dimensiones correspondientes.
Preferentemente, el valor del tercer radio es
menor que el valor del primer radio y preferentemente menor que el
valor del segundo radio.
Además, la transición desde la al menos una de
las caras de rosca de entrada y de salida que está provista de una
curvatura convexa y la cresta del perfil de rosca no triangular es
continua. Ventajosamente, mediante la configuración de la rosca
inventiva se introducen fuerzas en el componente de acoplamiento con
una mayor componente de la fuerza perpendicular al componente de
acoplamiento que las roscas convencionales. Por lo tanto, existen
principalmente fuerzas de compresión que afectan al material de
acoplamiento y menos fuerzas de cizallamiento durante la formación
de la rosca complementaria dentro del material de acoplamiento
cuando se fija el medio de fijación roscado según la invención.
Como la resistencia a compresión del material de baja ductilidad es
mayor que la resistencia a cizalla, tales materiales pueden admitir
fuerzas compresivas más fácilmente, y con menos efectos
destructivos, que una fuerza de cizallamiento. Además, la transición
desde la al menos una de las caras de rosca de entrada y de salida
que está provista de una curvatura convexa y la base o fondo,
respectivamente, entre dos perfiles de rosca no triangulares
consiguientes es continua.
En una primera realización de la rosca
inventiva, las caras de rosca de entrada y de salida de un perfil de
rosca no triangular son de formas simétricas entre sí. En otras
realizaciones relacionadas en particular con materiales con una
mejor ductilidad, también es posible que las caras de rosca de
entrada y de salida de los perfiles de rosca no triangulares sean
asimétricas entre sí. En el caso asimétrico, también es posible
tener una cara de rosca plana o incluso cóncava, al menos
parcialmente, con respecto a las necesidades de aplicación.
En cuanto a las características de una rosca
según la invención, el paso de la rosca está comprendido
preferentemente entre 0,15 y 0,5 veces el diámetro nominal de la
rosca. Siendo en el caso de un tornillo de sección transversal
lobular el diámetro indicado el círculo circunscrito de la sección
lobular.
Según ese intervalo preferido para el paso de la
rosca, pueden deducirse de la siguiente manera más parámetros que
definen una rosca para un tornillo o una tuerca según la
invención:
- el primer radio del perfil de rosca es
preferentemente entre 0,8 y 1,2 veces el paso de la rosca;
- la profundidad del perfil de rosca es entre
0,4 y 0,65 veces el paso de la rosca;
- el segundo radio de los perfiles de rosca
corresponde sustancialmente a 0,1 veces el paso de la rosca;
- el tercer radio del perfil de rosca
corresponde sustancialmente a 0,08 veces el paso de las rosca.
Aplicando las enseñanzas de la presente
invención a un tornillo laminador de rosca o una tuerca laminadora
de rosca respectivos, se proveen un tornillo y una tuerca para un
sistema de fijación roscado. En tal sistema de fijación roscado el
tornillo o la tuerza, respectivamente, incluyen una rosca externa o
interna no triangular, respectivamente, que está diseñada según la
presente invención.
El tornillo de tal sistema de fijación comprende
una rosca externa según la invención y tiene un área transversal o
sección transversal circular, respectivamente. Por otra parte, la
tuerca respectiva tiene una rosca interna con un área transversal
circular. Sin embargo, también es posible que las roscas del
tornillo tengan una sección transversal no circular,
preferentemente una sección transversal lobular, que lo más
preferentemente sea una sección transversal trilobular. Debido al
diseño de sección transversal lobular, existe una resistencia a
vibración más alta después de haber roscado el tornillo,
respectivamente, que está provisto de la rosca según la invención
dentro o sobre el componente de acoplamiento.
Para mejor manipulación en uso durante el
ensamblaje el tornillo puede tener una sección de guía en la punta
del tornillo para apoyar una inserción más fácil del tornillo dentro
de un orificio de guía de diámetro interior liso del componente
donde tiene que atornillarse el tornillo. La longitud de la sección
de guía se preferentemente 2,0 veces el paso de la rosca del
tornillo.
En resumen, la naturaleza inventiva del perfil
de rosca de tornillo asegura que dicho perfil sea preferentemente
de forma no triangular y/o no trapecial y que sea de una forma
definida y de construcción arqueada desarrollada a partir de al
menos dos radios definidos que estén de acuerdo con la presente
invención. Los al menos dos radios en combinación aseguran las
condiciones de ensamblaje de acuerdo con el objetivo de la invención
que ha de lograrse.
Los objetivos anteriores y otros objetivos,
características y ventajas de la presente invención resultarán más
claros a partir de la siguiente descripción de una realización
preferida de la misma, tomada conjuntamente con los dibujos
acompañantes. Debe observarse que en los dibujos los números de
referencia indican en el dígito más significativo el número de la
figura respectiva. La intención de todos los dibujos es ilustrar
algunos aspectos y realizaciones de la presente invención. Por otra
parte, debe observarse que en caso de diferentes realizaciones sólo
se describen detalladamente las diferencias. Huelga decir que no se
muestran todas las alternativas y opciones y, por lo tanto, la
presente invención no debe considerarse limitada por el contenido
de los dibujos acompañantes.
En la siguiente descripción, la presente
invención se describirá más detalladamente a modo de ejemplo con
referencia a los dibujos acompañantes, en los que
la Fig. 1 es un esquema de un tornillo
autorroscante que tiene una rosca según la realización de la
presente invención;
la Fig. 2 es una sección transversal esquemática
del cuerpo del tornillo que muestra la sección lobular preferida
del tornillo de acuerdo con la Fig. 1;
la Fig. 3 ilustra una vista a escala ampliada de
un segmento procedente del perfil de rosca del tornillo de la Fig.
1;
la Fig. 4 es un esquema detallado de una rosca
del tornillo de la Fig. 1 y el segmento del perfil de la Fig. 3, en
el que están representados parámetros particulares de diseño;
la Fig. 5 es un esquema que demuestra en efecto
del perfil de rosca según la presente invención y con respecto a
las fuerzas nominales resultantes que son desviadas dentro del
material componente de acoplamiento y donde el perfil de rosca es
simétrico alrededor de una línea perpendicular al eje central del
tornillo;
la Fig. 6 es un esquema que demuestra el efecto
del perfil de rosca según la presente invención y con respecto a
las fuerzas nominales resultantes que son desviadas dentro del
material componente de acoplamiento y donde el perfil de rosca es
asimétrico alrededor de una línea que es perpendicular al eje
central del tornillo;
la Fig. 7 es el esquema de la técnica anterior
que demuestra los problemas encontrados con roscas trapeciales de
configuración conocida; y
la Fig. 8 es un esquema de la técnica anterior
del perfil de rosca de acuerdo con la patente europea 0553907 y
representa el problema continuado asociado con virutas, esquirlas y
restos, etc.
Aunque la invención puede ser susceptible de
realizaciones en diferentes formas, en los dibujos se muestran y se
describen detalladamente realizaciones específicas, bien entendido
que la presente exposición ha de considerarse una ejemplificación
de los principios de la invención y que su intención no es limitar
la invención a la que se ilustra y se describe en este
documento.
Por consiguiente, con referencia a la Fig. 1, se
muestra una vista esquemática en alzado lateral de un tornillo
laminador de rosca 100 que tiene una rosca según una realización de
la presente invención. El tornillo comprende una cabeza 110 en la
que está incluido un hueco 112 que cuando se encaja en dicho hueco
una herramienta de apriete de adaptación apropiada, puede
impartirse, por medio de la herramienta de apriete, un movimiento de
rotación alrededor del eje del tornillo 109. Este movimiento de
rotación, en asociación con la espiral helicoidal, tal como se hace
referencia más adelante, provee el medio por el cual el tornillo es
atornillado dentro del orificio de guía de diámetro interior liso
en el material de anclaje de acoplamiento. (No mostrado). El medio
de apriete usado para impartir movimiento de rotación al tornillo no
está limitado a un sistema de apriete en hueco. También resultarían
apropiados sistemas de apriete externos.
Adyacente a la parte inferior de la cabeza del
tornillo y a lo largo de la longitud del tornillo, hay provisto un
cuerpo de tornillo 120 en el que está incluida una espiral
helicoidal o rosca de tornillo 130. Dicha espiral o rosca de
tornillo está construida de manera que el perfil de la espiral tiene
una geometría de acuerdo con la presente invención y tal como se
describe detalladamente más adelante y con respecto a la Fig. 3
junto con la vista a escala ampliada de una parte del perfil de
rosca 130 contenido dentro del círculo D de la Fig. 1.
La zona de entrada de la rosca, que es la que
está más lejos de la cabeza del tornillo y está designada por 140,
está provista de una punta de de guía para fácil inserción y
facilidad de encuentro del orificio durante la aplicación inicial
del tornillo. Esta punta de guía abarca en esta realización
particular dos pasos de rosca 145. Siendo el paso de rosca en este
ejemplo la distancia entre un punto seleccionado de una de las
roscas y el mismo punto en una rosca adyacente.
El paso de rosca del tornillo, según la
realización de la presente invención, se escoge para que se
encuentre entre 0,15 y 0,5 veces el diámetro exterior nominal del
tornillo 108.
En otras palabras, adyacente a la cabeza 110
sigue un vástago 120 que provee el perfil de rosca mejorado 130
según la presente invención que se describirá más detalladamente más
adelante en este documento con respecto a la Fig. 3 junto con la
vista a escala ampliada de una parte del perfil de rosca 130
contenido dentro del círculo D de la Fig. 1. El perfil de rosca 130
comprende crestas de rosca 132 y bases o raíces de rosca 134,
respectivamente. El tornillo 100 de la Fig. 1 tiene en el lado
opuesto de la cabeza 110 un extremo de guía 140, que está adaptado
para inserción fácil dentro de un orificio de guía taladrado
respectivo de la aplicación respectiva, que no se muestra en la
Fig. 1. El extremo de guía 140 del tornillo 100 comprende en esta
realización dos vueltas o circunvoluciones del perfil de rosca 130
que corresponden a la longitud de dos pasos del tornillo 100, en el
que el paso está definido por la distancia de dos crestas de rosca
subsiguientes 132 o dos raíces de rosca subsiguientes 134,
respectivamente. Según la invención, la dimensión del paso de la
rosca se elige del intervalo comprendido entre 0,15 y 0,5 veces el
diámetro nominal de la rosca. La construcción del tornillo 100 que
tiene la configuración o perfil de rosca 130 según la presente
invención puede tener una sección transversal lobular o cualquier
otra forma que se vea que es aplicable para formación eficiente de
la rosca interna durante el ensamblaje del tornillo roscado
externamente 100. El contorno de un tornillo típico de sección
transversal lobular que tiene lóbulos se muestra en una vista desde
arriba en la Fig. 2.
La Fig. 2 es un esquema que muestra una forma
lobular donde hay tres lóbulos 210, 212, 214 que están igualmente
espaciados alrededor de la periferia de la sección. El número de
lóbulos no está limitado a tres ya que sería aplicable cualquier
número impar de lóbulos para el propósito de favorecer el objetivo
del medio de fijación y cuando se usa dentro de aleación de
magnesio y otros materiales de baja ductilidad.
Los beneficios de la construcción de la sección
transversal lobular, para formación de roscas, tornillos
autorroscantes, están claramente definidos en las enseñanzas de la
patente de EE.UU. 3.195.156 de Phippard, jr, y las presentaciones
internacionales subsiguientes. Por ejemplo, ventajosamente, la
sección transversal trilobular asegura mejor resistencia contra las
vibraciones que se producen en algunas aplicaciones, por ejemplo en
el ensamblaje automotriz, que tienen el efecto de que se
desatornille la conexión atornillada.
En otras palabras, la Fig. 2 ilustra una vista
en planta esquemática de la sección transversal 200 del tornillo
100 de la Fig. 1 que es una sección transversal lobular.
En la sección transversal 200 puede apreciarse
claramente que el tornillo 100 de la Fig. 1 tiene tres lóbulos 210,
212, 214 que están dispuestos sustancialmente de manera que hay un
ángulo de 120º entre dos lóbulos respectivos. Con respecto al
número de lóbulos, los tornillos que tienen la sección transversal
mostrada también se conocen como tornillos trilobulares. El círculo
de línea discontinua 220 corresponde a la circunferencia respectiva
de la sección transversal trilobular. Ventajosamente, la sección
transversal trilobular asegura mejor resistencia contra las
vibraciones que se producen en algunas aplicaciones, por ejemplo en
el ensamblaje automotriz, que tienen el efecto de que se
desatornille la conexión atornillada.
En cuanto a la Fig. 3, en ella se muestra más
detalladamente el perfil de rosca 300 del tornillo 100 de la Fig.
1, que está representado por el círculo D en la Fig. 1. Hay una
línea de puntos y rayas 310 que corresponde al eje simétrico del
tornillo. De nuevo, en la Fig. 3 puede apreciarse claramente el
perfil de rosca mejorado 300 para uso del tornillo en materiales
que tienen una baja ductilidad. Hay crestas de rosca 342 y raíces
de rosca 344 que están conectadas por caras de rosca simétricas 320
de la primera realización de un tornillo según la presente
invención. Con respecto a la dirección de movimiento, que está
representada en la Fig. 3 por la punta de la flecha en un extremo
de la línea de puntos y rayas 310, cuando el tornillo es insertado
en un orificio de guía de diámetro interior liso, la cara de rosca
dirigida en la dirección de movimiento es una cara de rosca de
entrada 322 y la cara de rosca opuesta es una cara de rosca de
salida 324. Debe observarse, como se describirá más adelante en
este documento junto con una nueva realización, que la invención no
está limitada a una construcción simétrica de las caras de rosca
320.
En la Fig. 4, se muestra una vista a escala
ampliada de la sección transversal de una rosca de tornillo 400 de
un perfil de rosca de tornillo externo que está construido según la
presente invención, es decir, la rosca de tornillo 400 corresponde
al perfil de rosca 130 del tornillo 100 de la Fig. 1. La sección
transversal de la rosca de tornillo 400 está tomada a través de dos
vueltas o circunvoluciones de rosca adyacentes, respectivamente, de
la rosca de tornillo 400 formada en el exterior del tornillo. El
paso de rosca p está indicado como la distancia entre centros 460 y
462 de circunvoluciones de rosca adyacentes que es equivalente a la
definición de paso tal como se explicó resumidamente antes en
conjunción con dos crestas de rosca subsiguientes. La profundidad
de la rosca TD se hace entre 0,4 y 0,65 veces el paso p de la
rosca.
El perfil de rosca de la rosca de tornillo 400
se desarrolla a partir de los radios R que están diseñados de tal
manera que el perfil de rosca es simétrico respecto al eje de
simetría imaginario PA. El valor de los radios R que son el primer
radio de la rosca inventiva se hace entre 0,8 y 1,2 veces el paso p
de la rosca.
La rosca de tornillo 400 tiene caras de rosca
420 que se extienden alejándose de la raíz de rosca 444 y terminan
en la cresta de rosca 442. La cresta de rosca 442 forma una
transición redondeada convexa entre las superficies de rosca 420 en
la cresta de rosca 442 que es al menos sustancialmente convexa. Las
crestas de rosca redondeadas 442 se desarrollan a partir de un
radio r1 que forma el segundo radio de la rosca inventiva que se
hace sustancialmente 0,1 veces el paso p de la rosca. El radio r1
está diseñado de manera que las crestas de rosca redondeadas 442
también son simétricas respecto al eje de simetría imaginario PA.
Esas crestas de rosca redondeadas 442 controlan y minimizan
ventajosamente las fuerzas de cizallamiento producidas durante la
formación en frío de las roscas complementarias en el material de
baja ductilidad.
Además, también hay raíces de rosca redondeadas
444 que forman una transición redondeada cóncava entre superficies
de rosca subsiguientes 420. Las raíces de rosca redondeadas 444 se
desarrollan a partir de un radio r2 que forma el tercer radio de la
rosca inventiva que se hace sustancialmente 0,08 veces el paso p de
la rosca. El radio r2 está diseñado de manera que las raíces de
rosca redondeadas 444 también son simétricas respecto al eje de
simetría imaginario PA.
Es evidente que los centros de los radios r1 y
r2 están situados en el eje de simetría de las crestas de rosca 442
y el eje de simetría de las raíces de rosca 444, respectivamente.
Los centros de los radios R que definen las caras de rosca convexas
420 están situados de manera que se cumplen dos condiciones:
primera, en los puntos de transición de una cresta de rosca 442 a
una cara de rosca 420 la tangente construida sobre el círculo que
tiene el radio R que define la cara de rosca 420 y la tangente
construida sobre el círculo que tiene el radio r1 que define la
cresta de rosca 442 son sustancialmente iguales. Segunda, en los
puntos de transición de unas raíces de rosca 444 a una cara de
rosca 420 la tangente construida sobre el círculo que tiene el radio
R que define la cara de rosca 420 y la tangente construida sobre el
círculo que tiene el radio r2 que define las raíces de rosca 444
son sustancialmente iguales. En la Fig. 4, los radios R están
dibujados de manera que se indica que los centros de los radios R
están más lejos de las caras de rosca 420. Conectando los puntos de
transición en ambos extremos de una cara de rosca 420 por una línea
que es secante de la cara de rosca 420 entonces puede encontrarse
el punto central del radio R sobre el eje de simetría de la
secante.
secante.
Recapitulando la Fig. 4, puede apreciarse
claramente que las transiciones entre los radios que definen las
crestas de rosca 442, las raíces de rosca 444 y las caras de rosca
420 de la rosca de tornillo inventiva 400 se hacen de manera que
todo el recorrido del perfil de rosca es continuo. En otras
palabras, no hay curvas bruscas o interrupciones en el recorrido
del perfil de rosca. Por lo tanto, introduciendo fuerzas internas
por el tornillo o tuerca de formación de rosca inventivo,
respectivamente, dentro del componente de acoplamiento respectivo
se evita en la máxima medida posible la concentración de tensiones
en el material de acoplamiento. Por otra parte, la forma del radio
de la cresta de rosca y la forma convexa del perfil de cara de rosca
tienen la facilidad para desarrollar fuerzas internas, durante el
autorroscado de la rosca de acoplamiento en el material de anclaje,
que son predominantemente compresivas. Esta característica minimiza
la magnitud de cualquier fuerza de cizallamiento que pueda estar
presente con otros diseños de perfil de rosca. Subsiguientemente,
se eliminan las influencias destructivas de las fuerzas de
cizallamiento inducidas al crear virutas, rebabas, esquirlas y la
erupción de capas en la tuerza de aleación de magnesio.
\newpage
La Fig. 5 es un indicador esquemático de la
dirección de las fuerzas que crean la compresión del material de
aleación de magnesio durante la creación de la rosca de tuerca de
acoplamiento usando principios de autorroscado. Ello demuestra los
beneficios que se logran usando la construcción de perfil inventivo
de la presente invención.
Este diagrama ilustra además el desarrollo del
perfil de rosca de radio que permite que una construcción de rosca
arqueada suave sea continua a lo largo de la longitud del cuerpo del
tornillo roscado o el vástago del tornillo, respectivamente. Siendo
esta construcción arqueada continua ventajosa al remediar el daño
del material de la tuerca que se produciría con superficies de
contacto interrumpidas.
De manera más específica, la Fig. 5 representa
una rosca externa 500 del tornillo según la primera realización de
la invención, que se usa para formar en frío una rosca de
acoplamiento en un componente, así como cuáles son las fuerzas que
actúan sobre el material de las roscas durante el procedimiento de
formación, que se muestran como flechas negras. Por ejemplo, una
fuerza resultante 505 que actúa sobre las roscas externa e interna
tiene una componente radial 510 dirigida a lo largo de un radio del
orificio de guía de diámetro interior liso formado en el
componente, y una componente axial 520 dirigida a lo largo de un eje
de prolongación del tornillo. Siguiendo la curvatura hasta la
cresta, la componente axial 520 disminuye y la componente radial
compresiva 510 aumenta.
Cuando la rosca de la Fig. 5 se atornilla en un
componente compuesto de un material de baja ductilidad, como
magnesio o similar, las fuerzas anteriormente analizadas y las
fuerzas representadas en la Fig. 5 no afectarán negativamente a la
integridad estructural de las roscas internas así formadas.
Ventajosamente, se evita la excoriación, la erupción de capas y la
formación de virutas del material componente. Por otra parte,
ninguna parte del material componente adyacente al orificio de guía
taladrado se desmenuza o se desgarra. Además, no se formarán
esquirlas en las proximidades de las crestas de rosca de las roscas
internas y por lo tanto no pueden desprenderse. No se perjudica la
integridad estructural de las roscas internas y no hay interferencia
con el atornillado de las roscas del tornillo.
Además, debido a la forma continua del perfil de
rosca, la distribución de las fuerzas que se producen también es
continua. Por lo tanto, se evitan las fracturas por tensión que se
forman en las proximidades de las bases de las roscas internas. La
magnitud relativamente aumentada de la componente radial de la
fuerza resultante que actúa sobre las roscas internas también
disminuye la propensión de las roscas a la fractura y rotura por
esfuerzo cortante del componente. Las roscas internas, por
consiguiente, tienen potencial para soportar carga y capacidad de
reutilización significativamente mejorados.
La Fig. 6 es una ilustración de una variante que
podría producirse con respecto a la presente invención tal como se
ha explicado resumidamente. Esta variante permite que el perfil de
rosca de tornillo sea de una forma no simétrica. Sin embargo, se
observa claramente que la cara de entrada del perfil es de acuerdo
con todos los elementos descritos en la presente invención y que la
cara de salida es de una manera que provee una forma arqueada
continua a lo largo de la longitud del vástago de tornillo
roscado.
En la Fig. 6 en comparación con la Fig. 5, hay
un ejemplo de una configuración de rosca asimétrica según la
presente invención. En la Fig. 6 se muestra una rosca externa 600 de
una realización de un tornillo, en la que la cara de rosca de
salida convexa 624 es mucho más empinada que la cara de rosca de
entrada convexa 622. Por lo tanto, como puede apreciarse fácilmente
a partir del efecto desviador de fuerza, por medio de la
configuración de caras de rosca, aunque la magnitud de la
componente radial 610 de la fuerza resultante 605 se reduce
relativamente, la magnitud de la componente axial 620 de la fuerza
resultante 605 se incrementa relativamente. Por lo tanto, la
componente axial 620 que actúa sobre las roscas internas provee más
presión en dirección del orificio de guía taladrado y el tornillo,
respectivamente. Por consiguiente, tal perfil de rosca será
aplicable en cualquier aplicación donde se necesiten fuerzas de
sujeción superiores y la ductilidad del material de la tuerca lo
permita.
La utilidad de las enseñanzas según la invención
es relacionar el perfil respectivo de las proporciones interna y
externa con elementos que se definen en terminología común como
tuerca y perno, respectivamente. Todos y cada uno de los
procedimientos de ensamblaje que utilizan los conceptos se
beneficiarán de la capacidad del sistema de fijación inventivo de
resistir fuerzas axiales aplicadas superiores a las de sistemas
convencionales que están construidos con un perfil de rosca que es
sustancialmente de forma triangular, siendo todos los demás
factores iguales.
Aunque se ha mostrado y descrito detalladamente
una realización particular de la invención, resultará obvio para
los expertos en la materia que pueden realizarse cambios y
modificaciones de la presente invención, en sus diversos aspectos,
sin apartarse de la invención, siendo algunos de tales cambios y
modificaciones cuestiones de ingeniería o diseño rutinarios y
resultando otros evidentes sólo después de estudio. El alcance de la
invención como tal está definido por las reivindicaciones
adjuntas.
Claims (22)
1. Una rosca, en particular para un tornillo
(100) o tuerca laminador de rosca o autorroscante, respectivamente,
que tiene un perfil de rosca no triangular (400) con caras de rosca
de entrada (422) y caras de rosca de salida (424) en las que al
menos una de dichas caras de rosca de entrada (422) y caras de rosca
de salida (424) está provista de una curvatura convexa que tiene un
primer radio (R),
caracterizada porque la cresta (442) de
dicho perfil de rosca no triangular (400) también tiene una
curvatura convexa con un segundo radio (r1), siendo el valor del
primer radio (R) diferente del valor del segundo radio (r1).
2. La rosca según la reivindicación 1,
en la que el primer radio (R) es mayor que el
segundo radio (r1).
3. La rosca según las reivindicaciones 1 ó
2,
en la que la transición desde la al menos una de
las caras de rosca de entrada (422) y las caras de rosca de salida
(424) que están provistas de una curvatura convexa en la cresta
(442) del perfil de rosca no triangular (400) es continua.
4. La rosca según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3,
que la raíz (444) entre dos perfiles de rosca no
triangulares (400) subsiguientes tiene una curvatura cóncava con un
tercer radio (r2).
5. La rosca según la reivindicación 4,
en la que el valor del tercer radio (r2) es
menor que el valor del primer radio (R) y preferentemente menor que
el valor del segundo radio (r1).
6. La rosca según las reivindicaciones 4 ó
5,
en la que la transición desde la al menos una de
las caras de rosca de entrada (422) y las caras de rosca de salida
(424) que están provistas de una curvatura convexa y el fondo (444)
entre dos perfiles de rosca no triangulares (400) consecuentes es
continua.
7. La rosca según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6,
en la que las caras de rosca de entrada (422) y
las caras de rosca de salida de un perfil de rosca no triangular
(400) son de formas simétricas entre sí.
8. La rosca según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6,
en la que las caras de rosca de entrada (422) y
las caras de rosca de salida (424) de un perfil de rosca no
triangular (400) son asimétricas entre sí.
9. La rosca según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 8,
en la que el paso (p) de la rosca es entre 0,15
y 0,5 veces el diámetro nominal de la rosca.
10. La rosca según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9,
en la que el primer radio (R) del perfil de
rosca (400) es entre 0,8 y 1,2 veces el paso (p) de la rosca.
11. La rosca según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10,
en la que la profundidad (TD) del perfil de
rosca (400) es entre 0,4 y 0,65 veces el paso (p) de la rosca.
12. La rosca según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 11,
en la que el segundo radio (r1) de los perfiles
de rosca (400) está definido por 0,1 veces el paso (p) de la
rosca.
13. La rosca según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12,
en la que el tercer radio (r2) del perfil de
rosca (400) está definido por 0,08 veces el paso (p) de la
rosca.
14. Un tornillo para un sistema de fijación,
en el que el tornillo (100) incluye una rosca
externa no triangular (130) que está diseñada según cualquiera de
las reivindicaciones 1 a 13.
15. El tornillo según la reivindicación 14,
siendo el tornillo (100) un tornillo laminador
de rosca.
16. El tornillo según las reivindicaciones 14 ó
15,
en el que la rosca externa de dicho tornillo
tiene una sección transversal circular.
17. El tornillo según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 16,
en el que la rosca externa de dicho tornillo
(100) tiene una sección transversal lobular, no circular (200).
18. El tornillo según cualquiera de las
reivindicaciones 14 a 17,
en el que la rosca externa de dicho tornillo
(100) tiene una sección de guía (145) en la punta (140) del tornillo
(100).
19. El tornillo según la reivindicación 18,
en el que la longitud de la sección de guía
(145) está definida por 2,0 veces el paso (p) de la rosca del
tornillo (100).
20. Una tuerca para un sistema de fijación,
incluyendo la tuerca una rosca interna no
triangular que está diseñada según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 13.
21. La tuerca según la reivindicación 20,
siendo la tuerca una tuerca laminadora de
rosca.
22. La tuerca según las reivindicaciones 14 ó
15,
en la que la rosca interna de dicha tuerca tiene
una sección transversal circular.
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