ES2595361T3 - Elemento de tuerca autoperforable y ensamblaje consistente en el elemento de tuerca y una pieza de chapa - Google Patents

Elemento de tuerca autoperforable y ensamblaje consistente en el elemento de tuerca y una pieza de chapa Download PDF

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Abstract

Elemento de tuerca (10) autoperforable que está diseñado para el prensado en una pieza de chapa (40), donde el elemento de tuerca presenta las siguientes características: Un cabezal (14) que forma una brida (12), un taladro roscado (16) central en el cabezal que está diseñado para alojar un elemento de perno y presenta un eje longitudinal (18) central, una superficie de contacto de la chapa (20) que está construida en la brida (12) en un plano perpendicular, al menos esencialmente, al eje longitudinal central, así como un zona de perforación (22) que se extiende sobre el lado de la superficie de contacto de la chapa desde el cabezal en dirección al eje longitudinal, caracterizado por que para la fijación autoperforable del elemento de tuerca en una pieza de chapa (40) de resistencia más alta, el elemento de tuerca está diseñado de manera que la zona de perforación (22) entre directamente en la superficie de contacto de chapa (20) y porque la zona de perforación (22) presenta un canto de perforación (28) en su lado frontal libre, en donde el canto de perforación (28) está distanciado de la superficie de contacto de chapa (20) por medio de una superficie periférica (34) con una altura axial que corresponde al menos al 30% y preferiblemente al 50% del espesor de la chapa, donde el espesor radial de la pared de la zona de perforación en la zona de su lado frontal libre, desde el lado exterior de la zona de perforación hasta el diámetro nominal de la rosca, corresponde a un espesor entre 1,2 a 1,8 y preferiblemente 1,5 veces el espesor previsto de la pieza de chapa.

Description

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DESCRIPCION
Elemento de tuerca autoperforable y ensamblaje consistente en el elemento de tuerca y una pieza de chapa
La presente invencion se refiere a un elemento de tuerca autoperforable que esta disenado para ser prensado en una pieza de chapa, donde el elemento de tuerca, de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1, presenta las siguientes caractensticas: un cabezal que forma una brida, un taladro roscado central en la parte del cabezal, que esta disenado para alojar un elemento de perno y presenta un eje longitudinal central, una superficie de contacto de la chapa construida en la brida que esta en un plano como mmimo esencialmente perpendicular al eje longitudinal central, asf como un zona de perforacion que se extiende sobre el lado de la superficie de contacto de la chapa desde el cabezal en direccion al eje longitudinal alejandose. Ademas la presente invencion se refiere a un ensamblaje consistente en un elemento de tuerca de tal tipo que se coloca sobre una pieza de chapa.
Un elemento funcional del tipo arriba mencionado se conoce por el documento US-A-3.213.914. El documento EP-A- 1 892 427 describe un elemento de sujecion con las caractensticas de la reivindicacion 1 con la decisiva excepcion de que su construccion no es autoperforable.
En el campo de los elementos de union que en la produccion de piezas de chapa son colocados con una maquina, se distingue entre elementos de prensado por un lado y elementos de remachado por otro. Los elementos de prensado se distinguen por que cuando se fijan a una pieza de chapa no se deforman, al menos no a proposito, sino que la propia pieza de chapa se deforma y se encaja con caractensticas de forma del elemento de prensado, con lo que el elemento de prensado queda fijado sobre la pieza de chapa a prueba de giro y a prueba de prensado. En los elementos de cabezal remachador, la zona del cabezal remachador del elemento se deforma a proposito al colocarla sobre la pieza de chapa, la mayona de las veces para formar un borde del cabezal remachador, por medio del cual la pieza de chapa queda atrapada entre el borde del cabezal remachador y una parte de brida, para conseguir aqrn tambien una union a prueba de giro y a prueba de prensado.
Tanto los elementos de prensado como los elementos de cabezal remachador se conocen ademas como elementos autoperforables. La designacion autoperforables debe entenderse como que el elemento correspondiente perfora su propio agujero en la pieza de chapa, naturalmente solo cuando se ejerce una fuerza suficiente sobre el elemento autoperforable, por ejemplo por una prensa, por un robot o por unas tenazas accionadas por fuerza, que presiona el elemento autoperforable contra la pieza de chapa y la pieza de chapa se apoya por el lado opuesto al elemento sobre una matriz correspondiente.
Hasta ahora era usual en la construccion de vefnculos utilizar elementos autoperforables con piezas de chapa que presentaran una resistencia por debajo de unos 300 MPa. Los elementos autoperforables, que luego llegan a usarse, tienen normalmente una resistencia en el rango entre 700 y 900 MPa y en caso excepcionales hasta unos 1250 MPa, lo cual es completamente suficiente como para perforar un agujero en la pieza de chapa cuando se lleva el elemento de union sobre la pieza de chapa, en especial cuando la pieza de chapa presenta un espesor por debajo de 3 mm. Resistencias de los elementos hasta unos 850 MPa sirven, por ejemplo para elementos de clase 8, mientras que resistencias mas altas sirven para elementos de la clase 10 y 12, que normalmente hacen que se requiera un tratamiento termico y/o una eleccion de material determinada de los elementos correspondientes.
En los elementos de union utilizados el material del elemento de union tiene frecuentemente en estado bruto una resistencia de unos 380 MPa. Esta resistencia se eleva sin embargo a valores en el rango entre 700 y 900 MPa unicamente por medio de la conformacion en fno, la cual se emplea para partiendo de un material en barra generar un elemento de fijacion por medio de estampacion en fno.
Para algunos fines se necesitan elementos de union que presenten una resistencia superior a 900 MPa. Estos se fabrican entonces de un material que se endurece mediante un tratamiento termico, por medio del cual se alcanza una resistencia mayor. Tratamientos termicos de ese tipo son sin embargo indeseados en muchos casos. Representan un procedimiento extrano en comparacion con la fabricacion de los elementos de union por estampacion en fno y normalmente no se realizan en la misma fabrica en la cual se fabrican los elementos de union, lo cual conlleva un coste en tiempo y economico considerable para producir elementos tratados termicamente de mayor resistencia.
Por otro lado en la construccion de vefnculos se utilizan cada vez mas chapas con mayor resistencia y parcialmente tambien piezas de chapa tratadas termicamente, que presenten resistencias por encima de la zona de resistencia usual de 700 a 900 MPa para elementos de union. Tales piezas de chapa con una mayor resistencia hacen posible por un lado trabajar con planchas mas finas, con lo que se puede ahorrar en peso, pero por otro lado hacen extremadamente diffcil el trabajar con elementos autoperforables.
La invencion presente tiene como base la mision de proporcionar un elemento de tuerca autoperforable que con una resistencia en el rango entre 700 y 900 MPa puedan introducirse de forma autoperforable en piezas de chapa (tanto piezas de chapa con bajas resistencias de hasta 300 MPa como tambien aquellas con mayor resistencia por encima
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de 300 MPa hasta 1600 MPa). En tales elementos de tuerca segun la invencion se trata mayoritariamente de elementos de prensado. Ademas el elemento de tuerca segun la invencion o la pieza de ensamblaje segun la invencion deben ser relativamente economicos de fabricar.
Segun la invencion, para solucionar esta tarea se preve que en un elemento de tuerca del tipo mencionado al comienzo para colocar de forma autoperforable el elemento de tuerca que presenta una resistencia, en una pieza de chapa de mayor resistencia, el elemento de tuerca este disenado de tal manera que la zona de proteccion llegue directamente hasta la superficie de apoyo de chapa, y que la zona de perforacion presente un canto de perforacion en su cara frontal libre, en donde el canto de perforacion este distanciado de la superficie de apoyo de chapa por medio de una superficie periferica con una altura axial que corresponda al menos el 30% y preferiblemente al menos el 50% del espesor de la chapa, en donde el espesor radial de la pared de la zona de perforacion en la zona de su cara frontal libre (en zonas de perforacion que no sean de forma cuadrada o circular, el menor espesor radial de pared) corresponde desde el lado exterior hasta el diametro nominal de la rosca un espesor en el rango desde 1,2 hasta 1,8 y preferiblemente 1,5 veces el espesor de la pieza de chapa previsto.
La pieza de ensamblaje correspondiente consistente en el elemento de tuerca autoperforable y una pieza de chapa se distingue por que la pieza de chapa presenta un agujero de perforacion con una forma que se corresponde con la forma de la zona de perforacion, por que el material de la pieza de chapa presenta, sobre el lado de la chapa opuesto a la superficie de apoyo de la chapa contiguo a la zona de perforacion, un rebaje que rodea a la zona de perforacion y por que el material del borde del agujero debido a la construccion del rebaje se extiende hacia el interior de una contraccion o un surco que se forma radialmente en la zona de perforacion.
En particular se ha demostrado sorprendentemente segun la invencion que para una construccion apropiada de la zona de perforacion, en el sentido de que esta esta provista con una zona cilmdrica al menos esencialmente, con una altura axial que corresponda al menos al 50% del espesor de la chapa, preferiblemente mas y esta tambien en situacion de perforar un agujero en la pieza de chapa, cuando la pieza de chapa presenta una resistencia mayor en el rango de mas de 900 hasta mas de 1600 MPa y preferiblemente de 1500 MPa.
La invencion no se genera sin embargo solo en la perforacion del agujero de perforacion correspondiente, sino que despues de la terminacion del agujero de perforacion la pieza de chapa debe fijarse al elemento de tuerca de manera que el elemento de tuerca este colocado sobre la pieza de chapa a prueba de giro y a prueba de prensado. Especialmente sorprendente es que en la forma de suministro, antes de su aplicacion a la pieza de chapa, el elemento de tuerca no presenta ninguna caractenstica en la zona de perforacion, como un corte por detras, que pueda asegurar la seguridad de prensado o la resistencia de prensado. A pesar de todo esto se consigue una resistencia al prensado de alto valor, realmente porque durante el corte del machon de perforacion y/o la colocacion en la pieza de chapa, que por lo general presenta el valor de resistencia doble en comparacion con el elemento de tuerca, el material de chapa conforma al elemento de tuerca que es mas blando y se extiende en el cuerpo del elemento de tuerca y allf se encuentra en un surco en forma anular que se extiende radialmente por el interior de la zona de perforacion y se forma allf bajo la presion del material de chapa generada por la matriz. Por ello, el surco o la correspondiente contraccion de la zona de perforacion puede surgir por las altas fuerzas reinantes durante la perforacion de la pieza de chapa con el elemento de tuerca y con la ayuda de la matriz y/o en la formacion del rebaje anular en el lado de la pieza de chapa opuesto a la superficie de apoyo de la chapa sobre la matriz. Especialmente sorprendente es que una deformacion como esta del elemento de tuerca, es decir, la formacion de un surco que se extiende Radialmente hacia el interior de la zona de perforacion, puede obtenerse cuando la pieza de chapa presenta una resistencia menor que el elemento, ha comprobado que en piezas de chapa con mas resistencia o mas gruesas (incluso aquellas con una resistencia menor que el propio elemento), es tambien completamente posible el deformar el material de la pieza de chapa en la zona del borde del agujero por medio de una matriz con un resalte anular de tal manera que se crea una deformacion contigua a la zona de perforacion Ademas, debido a la penetracion del material de chapa y a un simultaneo ensanchamiento radial buscado de la zona de perforacion, que se produce por la estampacion en la perforacion del material de chapa, se produce un taponamiento del agujero considerable, que asegura un seguro contra el giro.
Si se desea una mayor seguridad frente al giro, esto puede realizarse de diferentes maneras y formas. Una posibilidad consiste en proporcionar a la pieza de chapa y/o al elemento funcional con una capa adhesiva, por ejemplo una tal que se endurezca a alta presion. Altas presiones correspondientes surgen al fijar el elemento de fijacion a la pieza de chapa, por medio de lo que se alcanza o favorece el seguro contra el giro.
Otra posibilidad consiste en disenar la zona de perforacion en vista en planta con forma poligonal con esquinas redondeadas en las transiciones de un lado del polfgono al siguiente. Por medio de la forma poligonal de la zona de perforacion se garantiza un alto seguro frente al giro.
Tambien el cabezal puede presentar una forma poligonal correspondiente con la forma poligonal de la zona de perforacion, igualmente con esquinas redondeadas. Las esquinas redondeadas son por tanto importantes porque justamente en piezas de chapa de alta resistencia los bordes afilados, que se generanan en las transiciones de un lado del polfgono al siguiente, conducinan a un peligro considerable, no desdenable, ya que se forman grietas por
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fatiga en la pieza de chapa y la union que se busca con el elemento de tuerca, falla durante el funcionamiento. Debido a la forma redondeada del cabezal se asegura ademas que en el lado externo radial de la superficie de contacto de la chapa no aparecen igualmente ningunas deformaciones de la pieza de chapa que aumenten la tension, con lo que podna reducirse el tiempo de vida.
Para aprovechar favorablemente esta forma poligonal de la zona de perforacion o del cabezal, debe elegirse entre el grupo cuadrado, rectangular, pentagonal o hexagonal.
En una realizacion en la que la zona de perforacion presenta una forma poligonal, existe tambien la posibilidad de conformar el cabezal con forma circular, en vista en planta superior, siempre que se pueda garantizar la alineacion del cabezal alrededor del eje longitudinal del elemento, ya que en una forma poligonal de la zona de perforacion la matriz de perforacion debena presentar una forma correspondiente o una abertura de perforacion correspondiente y el elemento debe entonces forzosamente alinearse con la matriz segun los angulos. Una alineacion de este tipo del elemento podna por ejemplo conseguirse por medio de dos hendiduras en forma de cono en el lado frontal del cabezal opuesto hacia la pieza de chapa, por lo que unos correspondientes resaltes en forma de cono del machon del cabezal remachador encajan en esas hendiduras en forma de cono y podnan proporcionar el correspondiente posicionamiento del elemento. Tambien se podnan considerar uno o dos muescas o nervios en el penmetro del cabezal como ayuda en la alineacion.
Pero tambien existe la posibilidad de conformar el elemento de tuerca completo de manera que la zona de perforacion y el cabezal sean circulares en vista en planta, al menos esencialmente. Entonces deben tomarse otras medidas para asegurar la seguridad frente al giro. Esto puede conseguirse por ejemplo por medio de prever resaltes de seguro frente al giro que presentan la forma de nervios que se extienden en direccion axial en la zona de perforacion.
En este punto hay que hacer mencion de que mediante la presente invencion se ha creado un nuevo genero de elementos de compresion, en el que el elemento y la pieza de chapa se deforman al aplicar el elemento a la pieza de chapa y en concreto no una deformacion del elemento que se consigue por el rascado de una garra anular, como se describe en el documento US-A-3.213.914, sino que se consigue la deformacion del elemento en el sentido de la formacion de un estrechamiento de la zona de perforacion o de la formacion de un surco alrededor de la zona de perforacion, que se produce por la estampacion del elemento ya sea durante el atravesado de la pieza de chapa y/o por el predominio del material de chapa, es decir, por la tension anular de apriete del material de chapa.
Formas de realizacion preferidas del elemento de tuerca o del ensamblaje de la presente invencion resultan de las reivindicaciones secundarias asf como de la siguiente descripcion de ejemplos de la mano de los dibujos acompanantes, en los cuales se muestra siempre a escala real lo siguiente:
Figura 1A-1C, representaciones de una primera realizacion acorde con la invencion de un elemento de tuerca en una representacion en perspectiva (Figura 1A), una vista axial del lado frontal izquierdo de la Figura 1A del elemento (Figura 1B) y una vista lateral del elemento segun la invencion parcialmente en corte axial (Figura 1C).
Figura 2A, las herramientas que se utilizan para la fijacion en una pieza de chapa del elemento de tuerca acorde con la invencion segun la Figura 1A,
Figura 2B, una vista correspondiente a la Figura 1C, pero con el elemento de tuerca sujeto a la chapa,
Figura 2C, una representacion ampliada del cierre de forma entre el elemento de tuerca acorde con el invencion y la pieza de chapa segun la Figura 2B, y
Figura 3A, 3B, la disposicion del elemento de tuerca acorde con la figura 1A - 1C en o sobre una ranura en la pieza de chapa.
Las Figura. 1A a 1C muestran en primer lugar una primera forma de realizacion de un elemento de tuerca 10 autoperforable segun la invencion con una resistencia en el rango entre 700 y 900 MPa, en casos excepcionales hasta 1250 MPa, que esta disenado para el prensado en una pieza de chapa de hasta 1500 MPa y casi por encima de 1600 MPa, pero que tambien puede ser utilizada con piezas de chapa de resistencia mucho menor y finalmente tambien con piezas de chapa con resistencias por debajo de 300 MPa, en donde el elemento de tuerca presenta las siguientes caractensticas:
Un cabezal 14 que forma una brida 12, presenta un taladro central 16 en el cabezal 14, que esta disenado para alojar un elemento perno (no mostrado) y un eje longitudinal central 18, una superficie de contacto de la chapa 20 construida en la brida 12 que esta en un plano al menos esencialmente perpendicular al eje longitudinal 18 central, asf como una zona de perforacion 22 que se extiende en el lado de la superficie de contacto de la chapa alejandose desde el cabezal 14 en direccion del eje longitudinal 18. El elemento de perno puede ser por ejemplo un perno roscado, por lo que aqrn el elemento de tuerca 10 esta provisto con un cilindro roscado 24, es decir, el taladro 16 es un taladro roscado.
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Para colocar de forma autoperforable el elemento de tuerca 10 en una pieza de chapa, especialmente pero no exclusivamente en una pieza de chapa de mayor resistencia, el elemento de tuerca esta disenado de manera que la zona de perforacion 22 pasa directamente hasta la superficie de contacto de la chapa, y porque ademas presenta un canto de perforacion 28 en su lado frontal 30 libre, en donde el canto de perforacion 28 esta separado de la superficie de contacto de chapa 20 por medio de una superficie periferica 34 con una altura axial h, que al menos corresponde al 50% del espesor de la chapa.
El elemento de tuerca 10 autoperforable de las Figuras 1A a 1C, asf como todos los demas elementos de tuerca aqu publicados correspondientes a la ensenanza presente, estan disenados especialmente para la utilizacion con piezas de chapa con una resistencia en el rango de mas de 900 MPa hasta mas de 1600 MPa, preferiblemente de unos 1500 MPa. Es importante que se disponga de suficiente material detras, es decir sobre el lado del cabezal del canto de perforacion 28 en la zona de la mencionada superficie periferica 34 para que la zona de perforacion pueda realizar el trabajo de perforacion necesario. Sin embargo, es posible e incluso deseada una cierta deformacion de la zona de perforacion 22 para que en la zona de perforacion el material de chapa de alta resistencia pueda ser presionado para formar una contraccion en forma anular o bien una ranura 26 en forma anular (Figura 2C). Generalmente, la zona de perforacion debe estar disenada de manera que, es decir con un espesor radial y una altura h, no aparezca ninguna deformacion indeseada (con excepcion de la ranura y la contraccion 26) bajo las fuerzas de perforacion. En la practica esto significa que la altura axial h y el espesor radial r de la zona de perforacion deben ser dimensionados como sigue:
La altura axial de la superficie periferica mencionada debe corresponder al menos en un 30% y preferiblemente al menos en un 50% con el espesor de la chapa, siendo posibles alturas axiales de hasta el 100% del espesor de la chapa e incluso mas, cuando se coloca el elemento en la pieza de chapa dentro de un canal. Por lo general es importante que el lado frontal libre de la zona de perforacion no sobresalga sobre el lado de la chapa que limita con el cabezal, por lo que normalmente el lado frontal libre de la zona de perforacion no sobresalga mas alla de la cara de la pieza de chapa opuesta al cabezal, en donde habitualmente la cara frontal libre debe retrotraerse hasta unos 0.02 mm respecto del mencionado lado de la pieza de chapa. Por medio de esto puede atornillarse directamente otra pieza en la pieza de chapa, y se alcanza el deseado apriete directo de la pieza con la pieza de chapa. Esto significa sin embargo que la altura axial de la zona de perforacion, esto es de la superficie periferica, no puede ser mayor del 100% del espesor de la pieza de chapa, excepto que el elemento de tuerca este colocado dentro de un canal en la pieza de chapa. En este caso la eleccion de la profundidad axial del canal posibilita siempre una colocacion por la cual el lado frontal libre de la zona de perforacion del elemento de tuerca esta siempre retrotrafdo del plano del lado de la pieza de chapa opuesto al cabezal del elemento de tuerca fuera del canal, y en particular independientemente del espesor de la pieza de chapa concreta.
El espesor radial r de la pared de la zona de perforacion en la zona de su lado frontal libre, desde el lado externo hasta el diametro nominal de la rosca (esto es el diametro exterior de la rosca, es decir para una rosca M8 un diametro de 8 mm y un radio de 4 mm) esta en un rango entre 1,2 a 1,8 y preferiblemente entre 1,3- y 1,7 y en especial entre aproximadamente 1,5 veces el espesor previsto de la pieza de chapa.
Si el espesor radial r de la pared se elige demasiado pequeno, existe el peligro de la deformacion indeseada de la zona de perforacion, especialmente en circunstancias desfavorables respecto a la tolerancia. Si por el contrario se le elige demasiado grande, el elemento de tuerca sera innecesariamente pesado. El valor de 1,5 veces el espesor la pieza de chapa se ha demostrado como apropiado.
En zonas de perforacion no cuadradas o no en forma de cfrculo la medida r debe entenderse como el espesor radial de la pared mas pequeno, como se muestra en las figuras, por lo que la medida r puede elegirse entonces algo menor que 1,5 veces el espesor de la pieza de chapa, por ejemplo 1,2 veces el espesor de la pieza de chapa.
La figura 2A muestra de forma esquematica las herramientas o elementos similares que se utilizan para perforar el elemento de tuerca, segun las figuras 1A a 1C, en una pieza de chapa 40. La herramienta consiste en un cabezal de remachado 42, que esta provisto con un vaciado 44 que esta adaptado a la forma de cabeza del elemento de tuerca 10, de manera que la zona de perforacion 22 sobresale del lado frontal inferior 46 del cabezal de matriz 42. La superficie de contacto de la chapa 20 del elemento de tuerca 10 esta en el mismo plano que el lado frontal 46.
Cabezales de remachado de este tipo se conocen muy bien y se colocan normalmente para la introduccion automatica de elementos de tuerca en el vaciado 44 desde una reserva. Ejemplos de tales cabezales de remachado se dan entre otros en el documento europeo EP-755749 B2 de la presente solicitante. Ademas se podna por ejemplo llegar a utilizar un cabezal de remachado segun se describe en el documento GB-A-934101.
Bajo la pieza de chapa 40 se encuentra una matriz 50 con una abertura 52 central, cuya forma en seccion transversal se corresponde con la de la zona de perforacion 22, por lo que la abertura 52 de matriz se realiza apenas mayor que la zona de perforacion 22, para que esta encaje con poco juego en la abertura 52. Por ejemplo la abertura 52 podna ser, en comparacion con la zona de perforacion 22, aproximadamente 0,01 mm mayor en
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diametro o en su dimension transversal. La abertura 52 tiene un eje longitudinal 54 central, que se alinea con el eje longitudinal 18 central del elemento de tuerca 10.
Debido a que la abertura 52 de la matriz debe recoger la zona de perforacion 22 al menos en la zona de su canto frontal, la matriz debe construirse en herramientas correspondientes de la prensa alineada en correspondencia con la alineacion del elemento de tuerca 10 en el cabezal de remachado.
Ademas debe mencionarse que el pasaje 56 bajo la abertura 52 diverge alejandose de este, para que el desecho de perforacion que se forma cuando el elemento de tuerca 10 es presionado contra la pieza de chapa y contra la matriz mediante una fuerza que actua en direccion de la flecha F, con lo que mediante el trabajo conjunto entre la zona de perforacion 22 y la matriz 50 finalmente se estampa hacia fuera de la pieza de chapa un desecho de perforacion, finalmente se elimina por el pasaje 56 divergente. En esta figura puede integrarse un asf llamado pisador (no mostrado) en el cabezal remachador 42. Este pisador tiene como tarea, antes de la perforacion de la pieza de chapa 40, el presionar esta fuertemente contra el lado frontal 58 de la matriz o contra la herramienta que aloja a la matriz 50. El pisador puede estar formado por ejemplo, por una pieza cilmdrica que rodea al cuerpo mostrado del cabezal remachador 42 y puede estar estirado hacia abajo.
Habitualmente la matriz 50 se aloja en la herramienta inferior de una prensa, y en particular de manera que el lado frontal superior en la figura 2A se coloca a ras con la superficie de la herramienta inferior. El cabezal remachador 42 se monta entonces o bien sobre una placa intermedia de la prensa o en la herramienta superior de la prensa. Es igualmente posible acomodar la matriz 50 en la placa intermedia de una prensa, y entonces colocar el cabezal remachador 42 en la herramienta superior de la prensa. Ademas son posibles las disposiciones a la inversa, en las que la matriz 50 esta situada por encima del cabezal remachador 42, por ejemplo de manera que el cabezal remachador 42 este colocado apuntando hacia arriba en la herramienta inferior de la prensa o en la placa intermedia de la prensa, mientras que entonces la matriz se colocana consecuentemente tambien en la posicion inversa respecto a la figura 2A en la placa intermedia de la prensa o en la herramienta superior de la prensa.
Finalmente no es necesario utilizar una prensa para perforar el elemento de tuerca 10, sino que esta funcion podna ser asumida por un robot equipado con las herramientas correspondientes o con una pinza accionada por fuerza.
Alrededor de la abertura 52 de la matriz se encuentra un resalte 60, que muestra, en vista en planta, una forma cuadrada con esquinas redondeadas en correspondencia con la forma de contorno de la zona de perforacion 22. El resalte 60 tiene un flanco 61 perpendicular, que rodea la abertura 52 y un flanco 63 inclinado.
Al cerrar la prensa o la herramienta segun la figura 2A, la zona de perforacion 22 perfora un desecho de
perforacion de la pieza de chapa 40, que entonces cae a traves del pasaje 56 de la matriz y puede ser eliminado de la prensa. La perforacion de la pieza de chapa se consigue debido a fuerzas de cizallamiento que surgen entre el canto de perforacion 28 de la zona de perforacion 22 y el lfmite de la abertura 52 en el lado superior de la matriz.
Debido a la enorme fuerza en la perforacion de la pieza de chapa no se deforma solamente la pieza de chapa, sino tambien la zona de perforacion 22. Con ello, el borde de perforacion 28 es presionado hacia arriba y la zona de perforacion hacia el exterior. Por encima de esta perforacion surge un corte posterior en forma de un surco 26.
Durante la perforacion de la pieza de chapa el resalte anular 60 tambien presiona contra la parte inferior de la pieza de chapa y forma allf una hendidura 62 que se extiende alrededor de la zona de perforacion 22 en la zona de su canto frontal. El material que surge de la formacion de la hendidura 62 se ve forzado a fluir en el surco 26 debido a la considerable compresion de la prensa, mediante lo cual la pieza de chapa 40 se une por cierre de forma con el elemento de tuerca 10. Ademas de esto el resalte 60 se ocupa de que el desecho sea separado limpiamente del restante material de chapa, sin que la zona de perforacion 22 deba sobresalir del plano inferior de la chapa, sino que permanece retrotrafda aprox. 0,2 mm.
El elemento de tuerca 10 esta sujeto a prueba de giro alrededor del eje 18 en la pieza de chapa, ya que aqrn la forma cuadrada de la zona de perforacion 22, que esta colocada en la abertura de perforacion de forma adaptada en la pieza de chapa 40, evita un giro opuesto mutuo de la pieza de chapa y del elemento de tuerca. Por medio del material que se encuentra en el surco 26, no solo se genera un alto taponamiento del agujero entre la pieza de chapa y el elemento de tuerca, que tambien contribuye a la seguridad frente al giro, sino que tambien se genera una union por cierre de fuerza, de manera que el prensado del elemento de tuerca sacandola de la pieza de chapa 40 en la direccion de extraccion 66 no es posible, o solo si se aplican considerables fuerzas destructivas. Por ello no se presenta el peligro de que el elemento de tuerca 10 sea presionado hacia abajo en la direccion opuesta (opuesta a la direccion de la flecha 66), ya que la superficie de contacto de la chapa 20 esta asentada totalmente plana sobre la superficie de la pieza de chapa 40 y evita esto.
En la Figura 2C se muestra ampliada a mayor escala la superposicion en la zona del surco 26 de la zona de perforacion. Durante el funcionamiento se coloca otra pieza en la parte inferior 68 de la pieza de chapa 40 en la figura 2A, y en particular por medio de un perno roscado, cuya rosca que viene desde abajo en la figura 2B, se
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atornilla en la rosca 24. De los dibujos en las figuras 2B y 2C se ve que el lado frontal 30 inferior de la zona de perforacion 22 esta ligeramente retro^do respecto del lado inferior 68 de la pieza de chapa. Esto significa que, en la situacion de roscado, es decir cuando se fija otra pieza en la pieza de chapa 40 por medio del perno roscado arriba mencionado, el lado frontal 30 del elemento de tuerca esta posicionado de manera que la pieza de chapa 40 y la otra pieza, al menos en la zona del elemento de tuerca, estan colocadas planas una respecto a la otra y pueden ser apretadas una contra otra, en el sentido de una union roscada de alta calidad.
El elemento de tuerca autoperforable segun la presente ensenanza esta preferiblemente disenado de forma que la zona de perforacion y el surco sean poligonales, en vista en planta, con esquinas redondeadas 37 y 37' en las transiciones de un lado del polfgono al siguiente. Esto vale tambien en la forma constructiva mostrada de acuerdo con las figuras 1A hasta 1C para el conformado del cabezal 14, es decir, este tiene tambien esquinas redondeadas 36 o 36' en la transicion de un lado del polfgono al siguiente. En el ejemplo de las figuras 1A hasta 1C la forma poligonal de la zona de perforacion 22 y del cabezal 14 es cuadrada.
Las figuras 3A y 3B muestran la posibilidad de colocacion del elemento de tuerca 10 sobre la pieza de chapa en la zona de un canal 70. Aqu la superficie de contacto de la chapa 20 del elemento de tuerca 10 se apoya sobre el lado superior 72 de la superficie de fondo del canal 70 de la pieza de chapa 40 en la figura 3A. De la figura 3B, es decir, en la representacion sobre el lado inferior de la pieza de chapa segun la figura 3A, puede verse que el lado frontal 30 del elemento de tuerca 10 no sobresale sobre el lado de chapa 68 superior en la figura 3B de la pieza de chapa. En todos estos dibujos segun las figuras 3A y 3B se puede apreciar que la zona de perforacion puede presentar una longitud que sobrepasa el grosor de chapa sin que el lado frontal 30 libre de la zona de perforacion 22 sobresalga mas alla del lado inferior 68 de la pieza de chapa por fuera del canal 70.
Ademas, de los dibujos en conjunto se desprende que el cabezal 14 del elemento de tuerca esta provisto con superficies de lfmite 36, 36', 38 y 38' redondeadas que pueden fabricarse sin problemas durante la fabricacion mediante un procedimiento de estampacion en frio y las cuales se ocupan de que ningun borde afilado provoque grietas por fatiga en zonas vecinas del componente o de la pieza de chapa 40.
En todas las realizaciones el material de la pieza de chapa esta recogido por cierre de fuerza en el surco 26 que se forma. Los otros sfmbolos de denominacion utilizados deben entenderse como hasta ahora, es decir la descripcion previa vale igualmente para caractensticas de forma que se designen con los mismos signos de referencia.
Cuando el elemento de tuerca esta provisto de resaltes de proteccion frente al giro que presenten la forma de nervaduras que se extienden en direccion axial en la zona de perforacion, que estan colocados sobre la superficie periferica, en la pieza de ensamblaje finalizada se forman hendiduras 92 de proteccion frente al giro correspondientes a la forma de las nervaduras de proteccion frente al giro en el borde del agujero de la pieza de chapa.
El resultado de la colocacion del elemento de tuerca 10 segun la presente ensenanza es una pieza de ensamblaje consistente en el elemento de tuerca 10 autoperforable y una pieza de chapa 40 y se distingue por que la pieza de chapa 40 presenta un agujero de perforacion con una forma correspondiente a la forma de la zona de perforacion 22, por que el material de la pieza de chapa 40 presenta sobre el lado 68 de la pieza de chapa opuesto hacia la superficie de contacto de la chapa 20 contigua a la zona de perforacion una hendidura 62 que rodea a la zona de perforacion, y por que debido a la formacion de la hendidura 62 el material del borde del agujero se extiende al elemento de tuerca 10 y allf se encuentra en un surco 26 y que se extiende radialmente en la zona de perforacion 22 y eventualmente tambien axialmente en el cabezal 14 en la zona de la transicion desde la superficie periferica 34 hasta la superficie de contacto de chapa 20
Es particularmente favorable si la pieza de chapa 40 se apoya en un plano en la zona de aplicacion del elemento de tuerca y tambien radialmente por el exterior de esta zona, y el lado frontal 30 libre de la zona de perforacion 22 esta retrotrafdo del lado opuesto a la superficie de contacto de chapa.
En este punto hay que hacer algunas observaciones. La zona de perforacion 22 o el surco 26 pueden presentar, en vista en planta desde arriba, una forma que se elige del grupo cuadrada, rectangular, pentagonal o hexagonal. Ademas, segun otra forma constructiva de la zona de perforacion 22, esta y el cabezal 14 presentan una seccion transversal “circular”.
La superficie periferica 34 puede presentar en cualquier plano radial que incluye el eje longitudinal 18, o bien un recorrido paralelo al eje o un angulo incluido hacia el eje longitudinal mayor de 0° hasta 5°. La expresion de que la zona de perforacion pasa directamente hasta la superficie de contacto de chapa no excluye el que allf exista un radio o una fase, incluso mas, que antes de la colocacion en la pieza de chapa en el propio elemento de tuerca no este previsto ningun surco 26. Pero la zona de perforacion puede estar ciertamente disenada para que con un angulo incluido entre 0° y 5° referido al eje longitudinal 18 central sea divergente en direccion desde el cabezal 14 hacia el lado frontal 30 libre.
En todas las formas de realizacion pueden mencionarse como ejemplo para el material de los elementos de fijacion todos los materiales que en el marco de la deformacion en fno alcancen los valores de resistencia de la clase 8 segun la Norma ISO o mas altos, por ejemplo una aleacion 35B2 segun la DIN 1654.

Claims (16)

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    REIVINDICACIONES
    1. Elemento de tuerca (10) autoperforable que esta disenado para el prensado en una pieza de chapa (40), donde el elemento de tuerca presenta las siguientes caractensticas:
    Un cabezal (14) que forma una brida (12), un taladro roscado (16) central en el cabezal que esta disenado para alojar un elemento de perno y presenta un eje longitudinal (18) central, una superficie de contacto de la chapa (20) que esta construida en la brida (12) en un plano perpendicular, al menos esencialmente, al eje longitudinal central, asf como un zona de perforacion (22) que se extiende sobre el lado de la superficie de contacto de la chapa desde el cabezal en direccion al eje longitudinal, caracterizado por que para la fijacion autoperforable del elemento de tuerca en una pieza de chapa (40) de resistencia mas alta, el elemento de tuerca esta disenado de manera que la zona de perforacion (22) entre directamente en la superficie de contacto de chapa (20) y porque la zona de perforacion (22) presenta un canto de perforacion (28) en su lado frontal libre, en donde el canto de perforacion (28) esta distanciado de la superficie de contacto de chapa (20) por medio de una superficie periferica (34) con una altura axial que corresponde al menos al 30% y preferiblemente al 50% del espesor de la chapa, donde el espesor radial de la pared de la zona de perforacion en la zona de su lado frontal libre, desde el lado exterior de la zona de perforacion hasta el diametro nominal de la rosca, corresponde a un espesor entre 1,2 a 1,8 y preferiblemente 1,5 veces el espesor previsto de la pieza de chapa.
  2. 2. Elemento de tuerca autoperforable segun la reivindicacion 1 caracterizado por que, en vista en planta superior, la zona de perforacion (22) es poligonal con esquinas (36) redondeadas en las transiciones desde un lado del polfgono al siguiente:
  3. 3. Elemento de tuerca autoperforable segun la reivindicacion 2, caracterizado por que, en vista en planta superior, tambien el cabezal (14) presenta una forma poligonal correspondiente con una de las formas poligonales de la zona de perforacion (22) igualmente con esquinas redondeadas (36”)
  4. 4. Elemento de tuerca autoperforable segun la reivindicacion 2, caracterizado por que, en vista en planta superior, el cabezal (14) es circular.
  5. 5. Elemento de tuerca autoperforable segun una de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizado por que en una vista en planta superior, la zona de perforacion (22) presenta una forma que se elige del grupo de cuadrado, rectangular, pentagonal, o hexagonal.
  6. 6. Elemento de tuerca autoperforable segun la reivindicacion 1, caracterizado por que, en una vista en planta superior, la zona de perforacion y el cabezal son como mmimo circulares.
  7. 7. Elemento de tuerca autoperforable segun una de las reivindicaciones precedentes en forma de un elemento de prensado, en el que en la zona de perforacion (22) del elemento de tuerca no presenta ningun corte posterior.
  8. 8. Elemento de tuerca autoperforable segun una de las anteriores reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que la superficie periferica (34) en cualquier plano radial que incluya el eje longitudinal (18), presenta o un recorrido paralelo al eje o un angulo mayor de 0° hasta 5° respecto del eje longitudinal, donde la superficie periferica (34) tiene un recorrido divergente que va desde la superficie de contacto de chapa (20) hasta el canto de perforacion (28).
  9. 9. Elemento de tuerca autoperforable segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la transicion desde la superficie periferica (34) a la superficie de contacto de chapa (20) esta redondeada o presenta la forma de una superficie inclinada, y mirando en un plano de corte axial o radial forma con la superficie de contacto de chapa (20) un angulo incluido en la zona entre 85° y 90° referido.
  10. 10. Elemento de tuerca autoperforable segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que estan previstos resaltes (90, 94) de proteccion frente al giro que presentan la forma de nervios (90) que se extienden en direccion axial en la zona de perforacion.
  11. 11. Elemento de tuerca autoperforable segun una de las anteriores reivindicaciones 1 a 10, en forma de un elemento de prensado en el que la zona de perforacion (22) del elemento de tuerca esta disenada para, mediante la penetracion del material de chapa durante la formacion de un agujero por perforacion en la pieza de chapa y de un canal anular (62) que rodea al agujero por perforacion y a la zona de perforacion (22) sobre la cara de la pieza de chapa opuesta a la superficie de contacto de chapa del elemento de tuerca, conformarla de manera que presenta una contraccion o surco (26) formado en la zona de perforacion y que acoge material de chapa que se forma por estampacion del elemento durante la perforacion de la pieza de chapa (40) y/o por el predominio del material de chapa, es decir, por el apriete anular de abrazado del material de chapa.
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  12. 12. Pieza de ensamblaje consistente en un elemento de tuerca (10) autoperforable segun una de las reivindicaciones anteriores y una pieza de chapa (14), caracterizada por que la pieza de chapa (40) presenta un agujero de perforacion con una forma correspondiente a la forma de la zona de perforacion (22), por que el material de la pieza de chapa (40), sobre el lado (68) de la pieza de chapa opuesto a la superficie (20) de contacto de la chapa contigua a la zona de perforacion presenta una hendidura (62) que rodea a la zona de perforacion (22), y por que debido a la formacion de la hendidura (62) el material del borde del agujero se desplaza al elemento de tuerca (10) y allf se encuentra en un surco (26) que se extiende radialmente en la zona de perforacion (22) y en lo posible tambien en el cabezal (14) en la zona de la transicion desde la superficie periferica (34) a la superficie de contacto de chapa (20)
  13. 13. Pieza de ensamblaje segun la reivindicacion 10, caracterizada por que el elemento de tuerca (10) presenta una resistencia en el rango de 700 hasta 900 MPa y la pieza de chapa (40) presenta una resistencia en el rango de mas de 900 hasta unos 1400 MPa.
  14. 14. Pieza de ensamblaje segun la reivindicacion 12 o 13, caracterizada por que la pieza de chapa (40) en la zona de fijacion del elemento de tuerca (10) y tambien radialmente por fuera de esta zona, descansa en un plano (E), y por que el lado frontal (30) libre de la zona de perforacion (22) esta retrotrafdo del lado opuesto a la superficie de contacto de chapa (20).
  15. 15. Pieza de ensamblaje segun la reivindicacion 12 o 13, caracterizada por que la pieza de chapa (40) esta provista de un canal (70), por que el lado (76) de la pieza de chapa (40) opuesto a la superficie de contacto de la chapa (20) descansa en un plano (E) directamente fuera del canal, y por que el lado frontal (30) libre de la zona de perforacion (22) dentro del canal (70) sobresale del lado (76) de la pieza de chapa (40) opuesto a la superficie de contacto de chapa, pero esta retrotrafdo del plano (E) mencionado.
  16. 16. Pieza de ensamblaje segun una de las reivindicaciones anteriores 12 a 15, caracterizada por que cuando el elemento de tuerca (10) esta provisto de resaltes de seguro frente al giro, que presentan la forma de nervios que se extienden en direccion axial en la zona de perforacion (22), que estan colocados sobre la superficie periferica (34) hay construidas unas hendiduras de seguro frente al giro correspondientes a la forma de los nervios de seguro frente al giro en el borde del agujero de la pieza de chapa (40).
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