ES2324647T3 - Barra hueca de cremallera de direccion y su metodo de fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Una barra de cremallera de dirección, la cual está ahuecada en una longitud global, y formando una cremallera sobre una parte de la longitud por deformación plástica, la cual se lleva a cabo por estirado mediante mandriles, en donde la barra de cremallera está compuesta por una sección (3) de formación de la cremallera y una sección (4) sin formación de cremallera, en donde la sección con formación de cremallera contiene un extremo (6) de la barra de cremallera, la cremallera (2) y una porción (7) de una parte siguiente de sección transversal circular, y en donde la sección sin formación de cremallera contiene una longitud residual distinta a la sección con formación de cremallera; y la barra de cremallera que está construida por la unión de la sección con formación de cremallera y la sección sin formación de cremallera: caracterizada porque el acero de la sección de formación de cremallera contiene, en porcentaje de peso, del 0,15 al 0,34% de carbono, de 0,10 a 0,40% de silicio, y del 1,2 al 1,8% de manganeso, opcionalmente de 0,30 a 0,80% de cromo y la diferencia del balance de hierro y de impurezas inevitables, y el acero de la sección sin formación de cremallera que contiene en porcentaje de peso del 0,35 al 0,60% de carbono, 0,10 a 0,40% de silicio, 0,5 a 1,0% de manganeso y la diferencia del balance de hierro y de impurezas inevitables.
Description
Barra hueca de cremallera de dirección y su
método de fabricación.
La presente invención está relacionada con una
barra de cremallera de dirección, la cual es uno de los componentes
del equipo de dirección para automóviles, y está relacionada también
con su método de fabricación. Recientemente, para el propósito de
la reducción del peso en los automóviles, se ha tratado de fabricar
componentes tales como los ejes en forma hueca, los cuales han sido
usualmente de tipo sólido. El objeto de esta invención es conseguir
una barra hueca de cremallera de dirección para tal fin. La presente
invención proporciona barras huecas de dirección de una excelente
calidad y suficientemente resistentes con unos bajos costos.
La barra de cremallera de dirección tiene un
perfil en donde se forma una cremallera, por ejemplo, a lo largo de
una semilongitud de un eje con una sección transversal circular.
Para conseguir el ahuecado para la reducción del peso,
convencionalmente en la barra sólida se ha taladrado un agujero
después del corte de una cremallera sobre la superficie. Puede
considerarse que la cremallera se ha cortado sobre una parte
aplanada de un tubo haciendo uso del material hueco original, es
decir, el tubo. No obstante, en la actualidad es difícil el
asegurar la resistencia necesaria de la cremallera, debido a que el
grosor en la parte de la cremallera llega a ser muy delgado debido
al corte. Por el contrario, se ha propuesto que se ahueque solo la
parte en donde no esté formada la cremallera, abandonando la parte
ahuecada en donde se forme la cremallera. El documento
JP-A-9-58489 está
relacionado con la técnica anterior, en donde se completa una barra
de cremallera mediante el engastado para unir un tubo de acero y
una barra sólida, la cual se forma en una cremallera.
Otro método se propone en el documento
JP-B-3-5892, en
donde se forma una cremallera por deformación plástica sobre un
tubo de acero bruto para fabricar una barra de cremallera de
dirección, la cual que ahuecada en la longitud total. Se han
diseñado varias mejoras en el método anterior, por lo que se ha
incrementado la producción por el método anterior. El método
expuesto en el documento
JP-B-3-5892
comprende dos etapas de procesado, es decir, el aplanamiento
preliminar de una parte del tubo de acero, y después la formación
de una cremallera sobre la parte aplanada. En el primer
emplazamiento, una parte del tubo de acero bruto a procesar se
retiene en unas matrices divididas de formación primaria, que
pueden abrirse a la derecha e izquierda, y que tienen un agujero
penetrante en una parte a formar la cremallera en un estado en que
se cierren las matrices. A continuación, se inserta un punzón que
tiene una parte superior plana dentro del agujero, y se aplana la
parte del tubo de acero, para formar una pieza primaria. En la
siguiente etapa, la pieza primaria formada se retiene en las
matrices divididas de formación secundaria, las cuales pueden
abrirse a la derecha e izquierda, teniendo una forma interior que
coincide con el perfil exterior de la barra completa de la
cremallera. Es decir, las matrices divididas de formación
secundaria tienen un patrón hembra de los dientes de la cremallera
en sus partes superiores en un estado cerrado de las matrices. A
continuación, se insertan los mandriles dentro del tubo de acero,
con el fin de ejecutar el estirado de la parte previamente aplanada
del interior del tubo de acero. Consecuentemente, la superficie
superior de la pieza formada primariamente se abomba, y se forma
una cremallera de acuerdo con la forma de las matrices divididas de
formación secundaria.
El método anterior que forma la cremallera por
deformación plástica tiene un rendimiento excelente, porque el
método no desgasta material en comparación con el método de corte, y
puede producir productos de alta calidad debido al reforzamiento
por la deformación plástica. No obstante, el costo es más bien alto
debido a la alta demanda de calidad del material del tubo de acero
bruto. Es decir, con el fin de formar una cremallera mediante el
presionado de mandriles en el tubo de acero y por el estirado, y
después por la elevación de metal desde el interior del tubo, el
metal deberá deformarse de acuerdo con el patrón de formación de la
cremallera mediante el flujo del metal. En consecuencia, el método
exige un material que tenga una excelente deformabilidad plástica
en la deformación en frío. Por el contrario, la resistencia del
material deberá ser alta en el producto de la barra de cremallera,
porque el grosor en las raíces de los dientes de la cremallera
llegará a ser más bien pequeño en comparación con el grosor del
tubo de acero bruto. El documento
EP-A-1177966 expone un eje de
cremallera huevo, en el cual la parte de la cremallera y la parte
sin cremallera son distintas en el material, y el documento
JP-A-09-132151
expone una barra de cremallera para la dirección provista con un eje
de torno. Bajo estas circunstancias, la presente invención tiene
por objeto el proporcionar la barra hueca de cremallera de
dirección con un costo inferior, como ventajas del método parda la
formación de una cremallera por deformación plástica.
El objeto anterior puede conseguirse por las
características especificadas en las reivindicaciones.
Particularmente, la presente invención utiliza
como materiales brutos los aceros que tengan distintas
características entre una parte con una cremallera y una parte sin
cremallera, y finalmente fabrica un producto de la barra hueca de
cremallera de dirección mediante la unión de estas dos partes. Más
prácticamente, esta invención proporciona una barra de cremallera
de dirección, la cual está ahuecada en una longitud total, y
formándose una cremallera sobre una parte de la longitud en donde
la barra de cremallera está compuesta por una sección de formación
de cremallera y una sección sin formación de cremallera, en donde la
sección de formación de cremallera contiene un extremo de la barra
de cremallera, la cremallera y una porción de una parte sucesiva de
sección transversal circular, y en donde la sección sin formación de
cremallera contiene una longitud residual distinta a la sección de
formación de la cremallera; y a continuación, la barra de
cremallera se construye por la unión de la sección de formación de
la cremallera y la sección sin formación de cremallera, en donde
los constituyentes de los aceros son distintos entre la sección de
formación de la cremallera y la sección sin formación de
cremallera, en donde el contenido de carbono de la sección sin
formación de cremallera es más alto que la sección de formación de
la cremallera. La sección de cremallera formad antes mencionada y
la sección sin formación de cremallera pueden estar constituidas de
forma que el grosor de la sección de la cremallera formada sea
menor que el grosor de la parte de sección transversal circular de
la sección de formación de la cremallera, a pesar de que los
constituyentes de los aceros sean distintos tal como se mencionó
anteriormente entre la sección de formación de la cremallera y la
sección sin formación de cremallera.
En este caso, de acuerdo con la presente
invención, el acero de la sección sin formación de cremallera está
compuesto por 0,35 a 0,60% de carbono, 0,10 a 0,40% de silicio, 0,5
a 1,0% de manganeso en porcentajes de peso, y hierro como residuo
excepto las impurezas inevitables. Además de ello, los diámetros
exteriores pueden ser diferentes entre la parte de sección
transversal circular de la sección con formación de cremallera y la
sección sin formación de cremallera; y pudiendo proveerse una ranura
para un torno a bolas en una parte de la longitud de la sección sin
formación de cremallera. Es favorable que al menos las ranuras de
los dientes de la cremallera entre la sección de formación de la
cremallera tengan una estructura endurecida en la totalidad del
grosor.
Además de ello, la presente invención es un
método para fabricar una barra hueca de cremallera, en donde el
método comprende: formación de una cremallera sobre un primer tubo
de acero mediante la deformación plástica, en donde la cremallera
no se forma al menos en una parte extrema del primer tubo de acero;
y unión del primer tubo de acero, el cual forma la cremallera y un
segundo tubo de acero mediante el presionado del extremo antes
mencionado del primer tubo de acero y un extremo del segundo tubo de
acero, en donde los constituyentes de los aceros son diferentes
entre el primer tubo de acero y el segundo tubo de acero, en donde
el contenido de carbono del segundo tubo de acero es más alto que
en el primer tubo de acero. En el método anterior, el segundo tubo
de acero puede ser más delgado que el primer tubo de acero, o bien
que los diámetros exteriores del primer tubo de acero y el segundo
tubo de acero podrán ser diferentes. En los métodos anteriores, la
ranura para un torno a bolas puede estar formada en una parte de la
longitud del segundo tubo de acero con antelación a la unión
mencionada.
La formación de la cremallera sobre el primer
tubo de acero mediante la deformación plástica en los métodos
anteriores puede comprender: aplanado por la presión de un parte de
una circunferencia del primer tubo de acero, en donde al menos una
parte extrema del primer tubo de acero no esté aplanada; reteniendo
el tubo de acero aplanado en un conjunto de matrices divididas, en
donde la parte aplanada está en contacto con un patrón hembra de la
cremallera, la cual está equipada dentro de las matrices divididas;
sucesivamente se procede a la inserción de mandriles dentro del
tubo de acero, y formando la cremallera correspondiente al patrón
hembra de la cremallera mediante el estirado de la parte aplanada
del tubo de acero desde el interior del tubo de acero. En los
métodos anteriormente mencionados, al menos los dientes de la
cremallera pueden estar endurecidos en uno de los pasos del método
después de formar la cremallera, en donde el endurecimiento se
ejecuta por calentamiento de un grosor total de material a una
temperatura de endurecimiento, y en donde la unión puede realizarse
por soldadura de fricción.
La invención se describe con detalles en
conjunción con los dibujos, en donde:
las figuras 1 y 2 son una vista en sección
transversal y una vista en perspectiva de una barra de cremallera
de dirección de esta invención respectivamente,
las figuras 3 y 4 son vistas en sección
transversal del lateral y del frente, respectivamente, las cuales
explican el método de formación de una cremallera por deformación
plástica en esta invención. Las figuras 5 y 6 son vistas en sección
transversal del lateral y del frente respectivamente, las cuales
explican el siguiente paso del proceso mostrado en las figuras 3 y
4,
la figura 7 es una vista en sección transversal
de la barra de cremallera de dirección, cortada en una raíz del
diente de la cremallera, en donde la barra de cremallera se fabrica
mediante el método de esta invención,
la figura 8 muestra la barra de cremallera de
dirección de esta invención, la cual se utiliza para el mecanismo
eléctrico de servodirección asistida, y
la figura 9 es una vista en perspectiva de una
barra de cremallera de dirección de esta invención, como un ejemplo
distinto al de la figura 2.
La figura 2 es una vista en perspectiva de un
ejemplo de la barra hueca 1 de la cremallera de dirección de esta
invención, en donde el numera de referencia 2 indica un diente de la
cremallera. El punto característico de esta invención, tal como se
muestra en la figura 1, es que una parte que forma una cremallera
en la longitud total de la barra de la cremallera, y una parte
residual de la longitud, se fabrican con distintos miembros, y
estos se unen conjuntamente en la unión 5 para completar la barra de
la cremallera de dirección. En esta invención, la parte antes
mencionada se denomina como la sección formada con cremallera, y en
donde la parte residual se denomina como sección sin formación de
cremallera.
Más exactamente, tal como se muestra en la
figura 1, el rango de la sección 3 con formación de cremallera
contiene desde un extremo 6 de la barra de cremallera, incluyendo
la parte sobre la cual se forman los dientes de la cremallera 2
hasta una posición introducida un poco dentro de la parte 7
posterior de sección transversal circular (en esta invención, la
denominación de circular no significa un perfil que forme parte del
circulo que esté aplanado, sino que significa prácticamente un
circulo completo o una sección transversal circular casi total).
Aunque el extremo 6 de la barra de cremallera puede tener una forma
en que se extienda la parte de la cremallera, es decir una forma en
donde una parte del círculo quede aplanada a una sección transversal
de un círculo segmentado, dependiendo del diseño de los
automóviles. En consecuencia, existen casos en que la forma de la
sección de la cremallera formada sea circular en ambos extremos, y
circular solo en un extremo. Por el contrario, la sección 4 sin
formación de cremallera contiene la longitud residual distinta a la
sección 3 de formación de la cremallera, y ordinariamente tiene una
sección transversal circular en toda su longitud. No obstante, en
algunos casos, la ranura para un torno a bolas se encuentra formada
en una parte excepto en ambos extremos de la sección sin formación
de cremallera, tal como se explica más adelante. Tal como puede
observarse en la explicación anterior, la sección de formación de la
cremallera y la sección sin formación de cremallera pueden unirse
suavemente, debido a que la unión puede realizarse por el contacto
de ambos extremos de la sección transversal circular.
La sección de formación de la cremallera está
hecha mediante una deformación plástica a partir del tubo de acero
en esta invención, tal como puede observarse por la premisa de esta
invención en que la sección de formación de la cremallera y la
sección sin formación de cremallera están unidas por el contacto de
apoyo de los extremos del tubo de sección transversal circular. De
forma contraria al proceso de corte, la deformación plástica puede
asegurar el grosor de la parte de la cremallera, incluso aunque se
utilice un tubo de acero como material en bruto. Es ventajoso que
la deformación plástica para la formación de la cremallera se
ejecute antes de unirse a la sección sin formación de cremallera.
La razón es que existen méritos para que puedan utilizarse
mandriles más cortos en el proceso que se mencionará más adelante, y
que puede reducirse el área del tratamiento de lubrificación para
la deformación plástica tal como en el tratamiento por fosfatos. Por
el contrario no existe mérito en la deformación plástica después de
la unión. Además de ello, el tratamiento térmico tal como el
endurecimiento puede ejecutarse antes o después de la unión. Por
ejemplo, el tratamiento térmico puede ejecutarse localmente en la
sección de formación de la cremallera incluso después de la
unión.
En cuanto al método para formar una cremallera
por deformación plástica, es favorable el método siguiente. En
primer lugar, tal como se muestra en las figuras 3 y 4, las cuales
son vistas en sección transversal desde el lateral y desde el
frontal, respectivamente, el tubo de acero 11 se acomoda en un
conjunto de matrices divididas 12, 13, las cuales envuelven el tubo
de acero 11 en su totalidad. Las matrices forman un agujero 14, el
cual se extiende perpendicularmente a una parte del tubo a procesar.
Después de que el tubo de acero se haya fijado en las matrices
divididas, se inserta un punzón 15 dentro del agujero 14, con el fin
de presionar esta parte del tubo de acero 11, y poder formar una
superficie plana sobre el mismo. El aplanamiento se ejecuta sobre
una parte excepto al menos en una parte extrema del tubo de acero
11. Es decir, tal como se ha mencionado anteriormente, existen
casos en que la forma de la sección 3 de formación de la cremallera
es circular en ambos extremos, tal como se muestra en la figura 1,
y circular solo en un extremo. Dependiendo de los casos, se cambia
si el aplanamiento se ejecuta en ambas partes extremas o en una
parte extrema del tubo de acero (las figuras 3 y 4 muestran el caso
de aplanamiento en ambas partes extremas).
Además de ello, el aplanamiento puede ser
ejecutado en el estado en que la circunferencia del tubo de acero
esté abierta, con el fin de aplanar sencillamente una parte de la
circunferencia del tubo. No obstante, es favorable que el punzón
sea presionado en el estado en que el tubo de acero quede alojado en
las matrices divididas que envuelven el tubo en la circunferencia
completa, tal como se expuso anteriormente. Mediante este método
puede prevenirse la deformación del contorno del tubo de acero que
sea distinto a la parte aplanada. En algunas ocasiones, el proceso
de aplanamiento antes mencionado no obtiene un plano completamente
plano, sino que realiza por ejemplo un plano convexo en donde el
centro del ancho está un poco elevado. El término de aplanamiento
en esta invención incluye el caso anterior.
En el siguiente lugar, tal como se muestra en
las figuras 5 y 6, que son vistas en sección transversal desde el
lateral y el frontal, respectivamente, el tubo de acero 11 se
mantiene en un conjunto de otras matrices divididas 17, 18, las
cuales envuelven totalmente el tubo aplanado. En el interior de las
matrices divididas, la matriz 19 de formación de la cremallera, que
tiene un patrón hembra de la cremallera se configura y se pone en
contacto con la parte aplanada del tubo de acero. En esta alineación
se presiona un mandril 20 dentro del tubo de acero, para formar una
cremallera sobre el tubo que se adapte a la matriz 19 de formación
de la cremallera, mediante el estirado sucesivo de la parte
aplanada desde el interior del tubo, y elevando el metal desde el
interior. Los dientes de la cremallera se forman en múltiples
etapas por la inserción de mandriles de tamaños crecientes, por lo
que el número de mandriles puede reducirse con la utilización de
mandriles que tengan protuberancias plurales 21 al como puntos de
estirado. Además de ello, es favorable insertar mandriles
alternativamente desde ambos lados, con el fin de ahorrar tiempo de
trabajo. Toda la deformación plástica antes mencionada puede
llevarse a cabo a una temperatura ambiente de la sala. Además de
ello, la matriz 19 de formación de la cremallera puede unificarse
en un único cuerpo con la matriz superior 17 de las matrices
divididas en principio, no obstante es favorable que la matriz de
formación de la cremallera sea independiente y fijable a la matriz
superior, debido a que la matriz de formación de la cremallera
tiene una vida útil corta porque está sometida a una gran
presión.
El proceso anteriormente mencionado para formar
una cremallera mediante la deformación plástica exige materiales en
bruto que tengan una excelente deformabilidad plástica, porque el
material se rellena en la matriz de formación de la cremallera
mediante el estirado por los mandriles desde el interior del tubo.
Por el contrario, la resistencia del material deberá ser alta en el
producto especialmente e una parte de la cremallera. Es decir, tal
como se muestra en la figura 7, que es una vista en sección
transversal de la barra de la cremallera cortada en una raíz del
diente de la cremallera, en donde la barra de la cremallera está
fabricada por el método de esta invención, en donde el grosor en
las raíces 25 de los dientes 2 de la cremallera es más bien pequeño
en comparación con el grosor del tubo de acero en bruto. Este
fenómeno es inevitable debido a la diferencia de la cantidad de
material en la deformación plástica. En consecuencia, es importante
el asegurar la resistencia de las raíces de los dientes de la
cremallera. En consecuencia, el costo del material de la sección de
formación de la cremallera llega a ser más bien alto, porque el
material requiere una deformabilidad plástica excelente como
material en bruto, y una alta resistencia en el producto final. Por
el contrario, la sección formada sin cremallera puede utilizar el
material que contenga un nivel más alto de carbono que la sección
con la cremallera formada, y que no contenga elementos de aleación
que sean de alto costo. Debido a que la sección sin formación de
cremallera no requiere la deformabilidad plástica, puede utilizar
una gran cantidad de carbono que proporcione resistencia y un bajo
costo. Tal como se ha explicado antes, esta invención puede
proporcionar productos de una propiedad de material ideal con un
bajo costo, porque utiliza materiales distintos como tubos de
acero en bruto entre la sección de formación de la cremallera y la
sección sin formación de la cremallera, y finalmente se consigue un
producto de una barra hueca de cremallera de dirección, mediante la
unión de estas dos secciones, en donde la sección de formación de
la cremallera requiere una fuerte propiedad de material para formar
una cremallera mediante la deformación plástica, y en donde la
sección sin formación de la cremallera requiere una propiedad
moderada del material.
Al igual que para el acero de la sección de
formación de la cremallera, contiene carbono, de 0,15 al 0,34%, en
consideración del equilibrio entre el contenido de carbono
limitante, el cual imparta la deformación plástica y la fijación de
la resistencia del producto. Además de ello, el acero deberá tener
una composición que pueda endurecerse no quedando afectado por el
efecto de la masa, y manteniendo una microestructura endurecida
incluso en el centro del grosor del material, porque la resistencia
deberá estar asegurada por el proceso de endurecimiento después de
la deformación plástica. Para tal fin, el acero contiene del 1,2 al
1,8% de manganeso, adicionalmente del 0,10 al 0,40% de silicio, el
cual está contenido normalmente junto con el carbono antes
mencionado. En algunos casos, es favorable que estén contenidos
elementos de aleación tales como del 0,30 al 0,80% de cromo.
Por el contrario, la sección sin formación de
la cremallera no se encuentra sometida a la deformación plástica
ya que permanece como una forma de tubo de acero en bruto. Por el
contrario, en algunos casos la sección sin cremallera formada se
conforma como una ranura para un torno a bolas tal como se mencionó
últimamente, sin embargo en cualquier caso la sección formada sin
cremallera no está sometida a una deformación plástica intensa. En
consecuencia, el acero de la sección conformada sin cremallera
contiene el 0,35% ó más de carbono, preferiblemente del 0,40% o más
con el fin de asegurar una resistencia suficiente. El contenido de
carbono es superior al 0,60% desde un punto de vista de la solidez.
Además de ello, el contenido de carbono es favorable a que sea más
alto del 0,1% o superior que el contenido de carbono de la sección
con formación de la cremallera, con el fin de mostrar el punto
característico de ambos materiales. Al igual que para otros
componentes, el acero de la sección sin formación de cremallera
contiene del 0,10 al 0,40% de silicio, 0,5 a 1,0% de manganeso, y
hierro como resto excepto las impurezas inevitables. El contenido de
manganeso puede ser más alto que el rango anterior, por ejemplo,
hasta del 1,8% para la propiedad del material, sin embargo el rango
anterior es apropiado desde el punto de vista del costo.
Después de la formación de la cremallera, el
endurecimiento se ejecutará con el fin de asegurar la resistencia
necesaria. El endurecimiento deberá ejecutarse al menos en la parte
de los dientes de la cremallera, mediante el calentamiento de un
grosor total del material a una temperatura de endurecimiento. Es
decir, el endurecimiento superficial es insuficiente para el
propósito de asegurar la resistencia necesaria, por tanto al menos
las raíces de los dientes de la cremallera deberán tener una
microestructura endurecida a través del grosor total.
Consecuentemente, el acero de la sección de formación de la
cremallera de acuerdo con la presente invención tiene una
composición tal como la mencionada anteriormente. Con el fin de
asegurar una estructura endurecida incluso en el centro del grosor
si la velocidad de enfriamiento es baja, de forma que no quede
afectada por el efecto de la masa. Además de ello, aunque la
posición en la que sea grande la exigencia del endurecimiento
corresponda solo para los dientes de la cremallera, la
circunferencia completa del tubo en la sección de formación de la
cremallera puede endurecerse, teniendo en cuenta la deformación
provocada por el calentamiento asimétrico con respecto al eje de la
barra de la cremallera. El endurecimiento puede ser ejecutado en una
de las etapas del proceso después de la formación de la cremallera,
en cualquier momento antes o después de la unión.
Adicionalmente, y en cuanto a un tratamiento
térmico distinto al endurecimiento antes mencionado, puede
ejecutarse un recocido intermedio por ablandamiento mediante la
recristalización, en el caso de que la deformación plástica sea
difícil de continuar en una etapa intermedia de la formación de la
cremallera, debido al endurecimiento del trabajo. En algunos
casos, el recocido de esferodización puede ser ejecutado antes de
la formación de la cremallera, con el fin de mejorar la
deformabilidad haciendo que sea esférica la forma del carburo. No
obstante, es favorable el seleccionar un acero en donde sea
innecesario el recocido de esferodización, haciendo que la mayor
parte del mérito de esta invención sea el poder seleccionar el
material ideal para cada una de la sección de formación de la
cremallera y la sección sin formación de la cremallera, debido a
que el recocido de esferodización consume tiempo y tiene un alto
costo. Por el contrario, el tratamiento térmico de la sección sin
formación de la cremallera puede ser de endurecimiento superficial,
porque no existe ninguna parte en donde el grosor llegue a ser tan
pequeño como las raíces de los dientes de la cremallera. En
consecuencia, el acero que no contenga ningún elemento de aleación
que sea de alto costo podrá ser utilizado para la sección sin
formación de la cremallera tal como se mencionó anteriormente,
porque no será necesario tener en cuenta el efecto de la masa que
tiene influencia en la profundidad del endurecimiento.
Naturalmente, el endurecimiento de la sección sin formación de la
cremallera puede ser ejecutado antes o después de la unión.
En general, las barras de la cremallera de
dirección se aplican para la asistencia servohidráulica de la
dirección. En este caso, la forma de la sección sin formación de la
cremallera es un sencillo tubo circular, tal como se muestra en los
dibujos antes mencionados. Recientemente, el uso de la fuerza
electromotriz para la fuente de potencia de la servodireccion
asistida está siendo incrementado para simplificar el mecanismo. La
figura 8 explica el concepto del mecanismo de servodirección
asistida electromotriz. La ranura 29 para un torno a bolas está
provista en una parte de la longitud de la sección 28 sin formación
de cremallera, y el torno a bolas está compuesto con la inclusión
de la ranura, tal como se muestra en la figura 8. En ese momento, la
parte exterior del torno a bolas, es decir, la parte de la tuerca
30, está fijada para la posición axial, y puede hacerse rotar por
un motor que no se muestra en los dibujos. Consecuentemente, la
fuerza de rotación del motor se convierte en una fuerza de empuje
de la barra de la cremallera por medio del torno a bolas, y
entonces se genera la acción de la servodirección asistida.
En la barra hueca de la cremallera de dirección
de esta invención, tal como en el caso de la figura 8 incluida, en
donde la ranura 29 para el torno a bolas está provista en una parte
de la longitud de la sección 28 sin formación de cremallera. Al
igual que para el proceso de fabricación de la barra de la
cremallera de dirección en este caso, se forma una ranura para el
torno a bolas sobre un tubo de acero en bruto, y después el tubo de
acero se une a la sección con formación de la cremallera 28, que
forma una cremallera sobre otro tubo de acero. En el proceso
anterior, la formación de la cremallera y la formación del torno
pueden ejecutarse sin interferirse entre si por medio de partes
formadas al principio, al fabricar la mayor parte de esta
invención.
Esta invención no limita el método para unir la
sección con formación de la cremallera y la sección sin formación
de cremallera. Al igual que para el método de unión aplicable,
existen los métodos de soldadura por fricción, soldadura por
contacto-resistencia, soldadura a tope por chispas,
y además la soldadura por arco tal como la soldadura de tipo TIG.
Dentro de los anteriores métodos de soldadura, la soldadura por
fricción es especialmente favorable, en donde las caras extremas a
unir se hacen girar friccionalmente entre sí, y las caras extremas
se pulsan conjuntamente después de parar la rotación. La soldadura
por fricción tiene una alta eficiencia y una alta fiabilidad, y
apenas genera ningún abultamiento o rebabas en la unión. Además de
ello, debido a que el abultamiento o las rebabas no tienen
problemas con respecto a las características de la junta, no es
necesario el tener que eliminarlas, si esto no es un obstáculo,
dependiendo del diseño de los automóviles.
La figura 9 es una vista en perspectiva de la
barra de la cremallera de esta invención, en donde se muestra un
ejemplo distinto al de la figura 2. Es decir, dependiendo del diseño
de los automóviles, existen casos en que el diámetro exterior de la
parte circular es igual en la longitud global tal como se muestra en
la figura 2, y en donde el diámetro exterior es parcialmente
distinto tal como se muestra en la figura 9, en donde el diámetro
exterior de la parte circular 35 próxima a la cremallera 2 es, por
ejemplo menor que el diámetro exterior de la sección 36 sin
formación de cremallera. En caso de que el diámetro exterior sea
parcialmente diferente según se ha expuesto anteriormente, una
parte del tubo de acero se ha estirado para disminuir el diámetro,
o bien una parte del tubo de acero se ha expandido para incrementar
el diámetro, por ejemplo, mediante la inserción de mandriles, en
unos procesos convencionales de conformación de la cremallera
mediante deformación plástica. En esta invención, tales procesos de
conformación para cambiar el diámetro exterior del tubo de acero
llegan a ser innecesarios, por los medios de utilización de tubos de
acero de distintos diámetros exteriores como material bruto entre
la sección de formación de cremallera y la sección sin formación de
cremallera, y uniendo las mismas en el punto 37 del escalón para
fabricar la barra de la cremallera de un distinto diámetro
exterior. Además de ello, en caso de evitar un cambio abrupto del
diámetro exterior en el punto de unión, puede ejecutarse la unión
después de hacer que los diámetros exteriores de los tubos sean
iguales en la unión, por medio de que el extremo del tubo de acero
de menor diámetro se ensanche, o bien que quede estampado el
extremo del tubo de acero de mayor diámetro.
Adicionalmente en esta invención, los tubos de
acero en bruto de distinto grosor pueden ser utilizados entre la
sección con formación de cremallera y la sección sin formación de
cremallera. En consecuencia, el grosor de la sección sin formación
de cremallera puede ser más pequeño que el grosor de la parte de la
sección transversal circular en la sección con formación de
cremallera, por lo que el diámetro exterior es igual en la longitud
global y el diámetro interior es más largo solo en la sección sin
formación de cremallera. Así mismo, el grosor de la sección sin
formación de cremallera puede ser menor, en caso de un diámetro
exterior diferente entre la sección con formación de cremallera, y
la sección sin formación de cremallera tal como se ha mencionado
anteriormente. Tal como se ha expuesto anteriormente, el peso de la
barra de la cremallera de dirección puede reducirse mediante el
ahorro de material, haciendo más delgada la sección sin formación de
cremallera, la cual tiene un margen de resistencia. Además de ello,
en caso de evitar un cambio abrupto del grosor en la junta unida,
la unión puede ejecutarse después de presionar hacia abajo el
extremo del tubo de acero más grueso para acoplarse al grosor del
tubo de acero más delgado. El método anterior utiliza un tubo de
acero en bruto más delgado para la sección sin formación de
cremallera que con respecto la sección con formación de cremallera,
que puede ejecutarse conjuntamente con el método antes mencionado,
utilizando aceros de distintos constituyentes entre la sección con
formación de cremallera y la sección sin formación de cremallera, y
también el método puede mostrar su efecto al no ejecutarse
conjuntamente dentro del alcance de la invención, sino ejecutándose
por separado.
La presente invención no deberá estar limitada a
la realización tal como se ha expuesto anteriormente con referencia
a los dibujos. La presente invención puede ser modificada o mejorada
debidamente en la práctica, sin la pérdida de su efectividad dentro
del alcance de la invención, según lo definido por las
reivindicaciones.
Claims (12)
1. Una barra de cremallera de dirección, la cual
está ahuecada en una longitud global, y formando una cremallera
sobre una parte de la longitud por deformación plástica, la cual se
lleva a cabo por estirado mediante mandriles,
en donde la barra de cremallera está compuesta
por una sección (3) de formación de la cremallera y una sección (4)
sin formación de cremallera, en donde la sección con formación de
cremallera contiene un extremo (6) de la barra de cremallera, la
cremallera (2) y una porción (7) de una parte siguiente de sección
transversal circular, y en donde la sección sin formación de
cremallera contiene una longitud residual distinta a la sección con
formación de cremallera; y
la barra de cremallera que está construida por
la unión de la sección con formación de cremallera y la sección
sin formación de cremallera:
caracterizada porque el acero de la
sección de formación de cremallera contiene, en porcentaje de peso,
del 0,15 al 0,34% de carbono, de 0,10 a 0,40% de silicio, y del 1,2
al 1,8% de manganeso, opcionalmente de 0,30 a 0,80% de cromo y la
diferencia del balance de hierro y de impurezas inevitables, y el
acero de la sección sin formación de cremallera que contiene en
porcentaje de peso del 0,35 al 0,60% de carbono, 0,10 a 0,40% de
silicio, 0,5 a 1,0% de manganeso y la diferencia del balance de
hierro y de impurezas inevitables.
2. La barra de cremallera de dirección según la
reivindicación 1, en donde el grosor de la sección sin formación de
cremallera es menor que el grosor de la parte de la sección
transversal circular de la sección de formación de cremallera.
3. La barra de cremallera de dirección según la
reivindicación 1 ó 2, en donde los diámetros exteriores son
diferentes entre la parte de sección transversal circular de la
sección de formación de cremallera y la sección sin formación de
cremallera.
4. La barra de cremallera de dirección según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde se proporciona
una ranura (29) para un torno a bolas en una parte de la longitud de
la sección sin formación de cremallera.
5. La barra de cremallera de dirección según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde al menos las
raíces (25) de los dientes (2) de la cremallera entre la sección con
formación de cremallera tienen una estructura endurecida a través
de la totalidad del grosor del material.
6. Un método de fabricación de una barra hueca
de cremallera de dirección, en donde el método comprende:
preparación de un primer tubo de acero y un
segundo tubo de acero,
formación de una cremallera sobre el primer tubo
de acero mediante deformación plástica, que se realiza por
estiramiento mediante mandriles, en donde la cremallera no se forma
al menos en una parte extrema del primer tubo de acero; y
unión del primer tubo de acero en el cual se
forma la mencionada cremallera y el segundo tubo de acero por el
acoplo del mencionado extremo del primer tubo de acero y un extremo
del segundo tubo de acero:
caracterizado porque el primer tubo de
acero contiene, en porcentaje de peso, del 0,15 a 0,34% de carbono,
0,10 al 0,40% de silicio, y del 1,2 al 1,8% de manganeso,
opcionalmente del 0,30 al 0,80% de cromo y la diferencia del
balance y hierro e impurezas inevitables y el segundo tubo de acero
contiene en porcentaje de peso del 0,35 al 0,60% de carbono, 0,10
al 0,40% de silicio, del 0,5 al 1,0% de manganeso y la diferencia
del balance de hierro e impurezas inevitables.
7. El método según la reivindicación 6, en donde
el segundo tubo de acero es más delgado que el primer tubo de
acero.
8. El método según la reivindicación 6 ó 7, en
donde los diámetros exteriores del primer tubo de acero y el
segundo tubo de acero son diferentes.
9. El método según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 8, en donde se forma una ranura para un torno a
bolas en una parte de la longitud del segundo tubo de acero antes
de la mencionada unión.
10. El método según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 9, en donde se forma la cremallera en el primer
tubo de acero mediante deformación plástica, que comprende:
aplanamiento por el presionado de una parte de
una circunferencia del primer tubo de acero, en donde al menos una
parte extrema del primer tubo de acero no está aplanada;
retención del tubo de acero aplanado en un
conjunto de matrices divididas, en donde la parte aplanada está en
contacto con un patrón hembra de la cremallera, que está equipado
dentro de las matrices divididas;
insertar sucesivamente los mandriles dentro del
tubo de acero y formando la cremallera correspondiente al patrón
hembra de la cremallera, mediante el estirado de la parte aplanada
del tubo de acero desde el interior del tubo de acero.
11. El método según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 10, en donde al menos los dientes de la
cremallera están endurecidos en una de las etapas del método
después de la formación de la cremallera,
en donde el endurecimiento se ejecuta por el
calentamiento del grosor total del material a una temperatura de
endurecimiento.
12. El método según cualquiera de las
reivindicaciones 6 a 11, en donde la unión se ejecuta por soldadura
de fricción.
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