BR112019022834B1 - Elemento de fixação - Google Patents
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Abstract
a invenção refere-se a um elemento de fixação (10) para anexar em conjunto peças de trabalho (50a, 50b) com orifícios alinhados através das mesmas, o elemento de fixação (10) compreendendo uma porção de haste (11) e uma porção de cabeça (13) fornecida em uma extremidade da porção de haste (11), o diâmetro da porção de haste (11) e/ ou da porção de cabeça (13) sendo selecionado de modo que o elemento de fixação (10) possa ser instalado nos orifícios alinhados em tolerância estreita. o elemento de fixação (10) compreende ainda uma estrutura superdimensionada (20), a referida estrutura superdimensionada (20) sendo firmemente ligada a pelo menos uma parte da porção de haste (11) e/ ou da porção de cabeça (13), a fim de superdimensionar pelo menos a parte da porção de haste (11) e/ ou da porção de cabeça (13), de modo a permitir que o elemento de fixação (10) seja instalado em orifícios alinhados (60a, 60b) com um diâmetro maior que o necessário para o elemento de fixação (10) sem a estrutura superdimensionada (20).
Description
[001] A presente invenção refere-se geralmente a um fixador, em particular fixador de alta resistência, anexar em conjunto peças de trabalho com orifícios alinhados ao longo do mesmo, e mais particularmente a um fixador, o fixador compreendendo uma porção de haste e uma porção de cabeça fornecida em uma extremidade da porção de haste. O elemento de fixação compreende ainda uma estrutura superdimensionada firmemente ligada a pelo menos uma parte da porção de haste e/ou porção de cabeça. A estrutura superdimensionada possui um diâmetro externo para aumentar o diâmetro efetivo da porção de haste do elemento de fixação e para manter em contato com as peças de trabalho quando o elemento de fixação está em posição através de orifícios alinhados nas peças de trabalho.
[002] A invenção visa principalmente, embora não necessariamente limitada a, estruturas aeroespaciais. Nessas estruturas, a carga de cisalhamento dos elementos de fixação é especialmente prevalente e elementos de fixação precisos nos orifícios de tolerância próximos devem ser usados com frequência. Esta invenção tem como objetivo resolver problemas relacionados à instalação de elementos de fixação, especialmente em estruturas aeroespaciais.
[003] Em geral, estruturas complexas feitas pelo homem, sejam estacionárias, como edifícios e pontes, ou móveis, como veículos em movimento que operam em terra, mar, ar ou espaço, são normalmente feitas de muitos componentes conectados, formando uma estrutura complexa. O design dos pontos de fixação, comumente conhecido como juntas, requer conhecimento e habilidade especiais para o projeto e análise de engenharia. Uma parte importante dessa tarefa é a seleção de componentes adequados, como elementos de fixação, para unir e fixar a estrutura.
[004] O principal propósito e objetivo principal do projeto de junta é facilitar a transferência de carga de um componente da estrutura para outro componente. A estrutura unida deve ser capaz de suportar as cargas externas e internas que podem ocorrer durante a função pretendida. O carregamento pode estar na forma estática sustentada ou em uma forma dinâmica variável. O ambiente de funcionamento pode ser de natureza corrosiva, afetando as propriedades do material e a integridade dos elementos de fixação e do material estrutural. O ambiente operacional também pode sofrer alterações de temperatura que afetam as características de carga da junta e dos elementos de fixação. Todos esses fatores devem ser considerados no projeto da junta e na seleção de elementos de fixação.
[005] Desde o empreendimento original do homem na construção de estruturas e veículos em movimento, muitos tipos de elementos de fixação foram concebidos, desenvolvidos e usados com sucesso. No entanto, com uma civilização em constante evolução, a necessidade de melhoria contínua é sempre evidente. Uma característica comum na maioria dos projetos de juntas é criar orifícios, ou aberturas, nos componentes da junta, geralmente chamados de peças de trabalho, para inserir e anexar os componentes entre si, colocando um elemento de fixação adequado nos orifícios correspondentes. Esses elementos de fixação, referidos por muitos nomes e termos diferentes, são os principais contribuintes para a construção de edifícios, ferramentas, veículos e outras estruturas importantes que compreendem a atual forma de civilização e vida física.
[006] Especialmente na indústria aeroespacial, várias técnicas foram usadas para garantir que os elementos de fixação rosqueados sejam presos com o torque necessário e que fiquem presos durante o uso. Um exemplo são elementos de fixação cegos que são comumente utilizados para prender duas ou mais peças de trabalho em conjunto, quando é de outro modo impossível o acesso à superfície inferior (lado cego) de uma das peças de trabalho. Tais elementos de fixação têm ampla aplicação em montagem de aeronaves e veículos espaciais. Devido às vibrações e fadiga sônica encontradas nesses ambientes, é necessário criar um elemento de fixação de resistência e confiabilidade duradouras.
[007] Os elementos de fixação cegos geralmente incluem um parafuso, uma luva, uma porca e um soquete de chave canhão (drive nut). Geralmente, o parafuso tem uma superfície rosqueada externamente que permite que a luva, a porca e o soquete de chave canhão, que são cada um rosqueados internamente, sejam colocados sobre o parafuso. O elemento de fixação cego é inserido nas aberturas alinhadas das peças de trabalho que estão sendo presas juntas e, após a instalação ser completada, a luva e a porca engatam as placas em conjunto.
[008] Geralmente, os elementos de fixação de alta resistência para fixar peças de trabalho com orifícios alinhados através de estruturas altamente carregadas são fornecidos em tamanhos graduados padrão.
[009] O diâmetro dos orifícios alinhados deve ser ligeiramente maior que o diâmetro de pelo menos a porção do elemento de fixação que se pretende instalar nos orifícios alinhados. Se, no entanto, os orifícios alinhados forem preparados inadvertidamente e de maneira inadequada, de modo que a diferença entre o diâmetro dos orifícios e o diâmetro da porção do elemento de fixação seja muito grande, um elemento de fixação com um tamanho graduado padrão não poderá mais ser instalado com tolerância próxima.
[0010] Além disso, foi encontrado na prática que quando um dos elementos de fixação padrão tenha sido inadvertidamente e indevidamente instalado em peças de trabalho de uma estrutura crítica, altamente carregada, que é necessário remover estes elementos de fixação dos mesmos e substituí- los.
[0011] Sob as condições atuais, quando os elementos de fixação forem substituídos, os furos alinhados nas peças de trabalho devem ser perfurados novamente para o próximo tamanho padrão maior devido aos danos resultantes de elementos de fixação instalados incorretamente ou por corrosão. Isso requer o uso de um elemento de fixação padrão que é sensivelmente maior que o elemento de fixação anteriormente instalado nele.
[0012] Um elemento de fixação especial de tamanho grande que fica entre dois elementos de fixação de tamanho padrão pode ser usado para prender as peças de trabalho. Uma vez que esses elementos de fixação de tamanho grande devem ser fabricados em quantidades muito pequenas, o custo de produção, estocagem e distribuição nas áreas de trabalho onde esses elementos de fixação são usados se torna proibitivo quando um grande número de elementos de fixação está sendo utilizado, como na indústria aeroespacial.
[0013] Por conseguinte, um objeto da invenção é proporcionar um elemento de fixação que pode ser facilmente feito em tamanho grande sob demanda. Outro objetivo da invenção é fornecer um método correspondente de fabricação de um elemento de fixação de tamanho grande.
[0014] No que diz respeito ao elemento de fixação, o objeto subjacente à presente invenção é resolvido pela matéria objeto da reivindicação independente 1, e no que diz respeito ao método pelo objeto das reivindicações 18 e 20. Desenvolvimentos adicionais do elemento de fixação da invenção e dos métodos da invenção são fornecidos nas respectivas reivindicações dependentes.
[0015] Por conseguinte, a invenção refere-se particularmente a um elemento de fixação, em particular elemento de fixação de alta resistência, para unir peças de trabalho com orifícios alinhados através das mesmas. O elemento de fixação compreende uma porção de haste e uma estrutura superdimensionada, a referida estrutura superdimensionada sendo firmemente ligada a pelo menos uma parte da porção de haste.
[0016] A porção de haste do elemento de fixação pode ter um diâmetro básico predefinido. De acordo com algumas realizações da presente invenção, no entanto, a porção de haste do elemento de fixação não tem diâmetro constante, como é o caso, por exemplo, de uma porção de haste cônica.
[0017] De preferência, a estrutura superdimensionada é feita de material rígido, relativamente duro e forte, que é adaptado para transmitir cargas de suporte da porção de haste do elemento de fixação para as peças de trabalho.
[0018] Também é preferido que o diâmetro da estrutura superdimensionada esteja próximo da tolerância na ordem de ± 0,006 μm (= ± 0,00025 polegadas) na tolerância diametral externa.
[0019] Outra característica essencial é que a estrutura superdimensionada não exija um orifício de tamanho que reduza significativamente a relação da distância da borda do elemento de fixação com a borda da placa. Portanto, com o maior tamanho de, por exemplo, 1/64 de polegada no diâmetro básico do elemento de fixação, um reparo pode ser efetuado sem comprometer a integridade estrutural. Outra consideração é que o material entre os orifícios não é reduzido significativamente. Essas considerações são essenciais para uma fixação bem-sucedida de estruturas altamente carregadas.
[0020] De acordo com algumas formas de realização da presente invenção, a estrutura superdimensionada do elemento de fixação compreende uma estrutura em forma de luva fornecida pelo menos em torno da porção de haste do elemento de fixação. De preferência, a estrutura superdimensionada é fornecida pelo menos em torno da porção de haste do elemento de fixação que se estende de preferência através das peças de trabalho.
[0021] A estrutura superdimensionada está firmemente ligada à superfície externa da porção de haste do elemento de fixação e tem uma espessura que é selecionada de modo a superdimensionar a porção de haste e/ou a parte da cabeça do elemento de fixação em um certo grau (predefinido). O grau de superdimensionamento, ou seja, a espessura da estrutura de maior tamanho, pode ser selecionado dependendo do diâmetro perfurado novamente dos orifícios alinhados das peças de trabalho, de forma a permitir que o elemento de fixação esteja em contato de suporte com as peças de trabalho de modo que as capacidades de aguentar carga da articulação, especialmente no cisalhamento, não sejam reduzidas.
[0022] De preferência (mas não limitado a), a estrutura superdimensionada é feita de um material que é idêntico ao material do qual é feita pelo menos a porção de haste do elemento de fixação.
[0023] De acordo com uma realização da presente invenção, a estrutura superdimensionada consiste em material revestido, pulverizado ou aplicado de outro modo à superfície externa da porção de haste. Em particular, o material da estrutura superdimensionada é aplicado a pelo menos algumas áreas da superfície externa da porção de haste, de modo que a integridade estrutural da porção de haste seja comprometida o menos possível. Para esse fim, o material da estrutura superdimensionada pode ser aplicado à superfície externa da porção de haste, por exemplo, por meio de um processo de brasagem, método de deposição de revestimento, processo de pulverização dinâmica de gás frio, processo de pulverização de chama, processo de pulverização de arco, um processo de pulverização de plasma, um processo de pulverização de HVOF, um processo de pulverização por detonação, um processo de pulverização de Magnétron por impulso de alta potência, um processo de deposição de vapor químico, um processo de revestimento em fase gasosa e/ou um processo de cimentação em pacote.
[0024] Em algumas formas de realização divulgadas neste documento, a porção de haste do elemento de fixação é submetida a um processo de separação físico ou químico antes de aplicar o material da estrutura superdimensionada a pelo menos algumas áreas da superfície externa da porção de haste, a fim de remover uma camada de superfície, por exemplo, um revestimento (se presente) da porção de haste.
[0025] Depois do material da estrutura superdimensionada foi aplicado a pelo menos algumas áreas da superfície exterior da porção de haste, o elemento de fixação com a estrutura superdimensionada aplicada pode ser retrabalhado para o ajuste exato do contorno final. Por exemplo, um processo de esmerilhar, de polimento e/ou de lixagem pode ser aplicado ao elemento de fixação com a estrutura superdimensionada aplicada. Além disso ou alternativamente, o elemento de fixação pode ser encolhido posteriormente em um processo de sinterização. Além disso, o elemento de fixação, juntamente com a estrutura superdimensionada, pode ser revestido novamente, se necessário ou desejado.
[0026] Todos esses métodos ou processos de deposição são caracterizados pelo fato de que a integridade estrutural da porção de haste do elemento de fixação é - se houver - apenas minimamente comprometida durante a formação da estrutura superdimensionada. Consequentemente, ao unir a estrutura superdimensionada a uma porção de haste de um elemento de fixação certificado, ou seja, um elemento de fixação que atenda aos padrões específicos do elemento de fixação, por exemplo, os padrões de elemento de fixação da ASTM, o elemento de fixação de tamanho grande ainda atende aos padrões do elemento de fixação e a uma nova especificação, teste e avaliação das propriedades dos materiais, dimensionais, mecânicas e metalúrgicas do elemento de fixação de grandes dimensões se tornam nulas.
[0027] Outros objetos, características e vantagens da invenção serão evidentes a partir da seguinte descrição detalhada tomada em conexão com os desenhos anexos, nos quais: - A Figura 1 é uma vista lateral de uma forma de realização do elemento de fixação da invenção; e - A Figura 2 é uma vista em corte longitudinal daquela forma de realização da invenção mostrada na Figura 1 como instalado.
[0028] É divulgado um elemento de fixação (10) para prender em conjunto uma pluralidade de peças de trabalho e adaptado para ser localizado nos orifícios alinhados (60a, 60b) em tais peças de trabalho (50a, 50b). Em formas de realização, o elemento de fixação (10) pode incluir um membro de pino ou parafuso que define uma porção de haste (11).
[0029] Embora não ilustrado nos desenhos, o elemento de fixação (10) pode ainda incluir uma porca. Em outras formas de realização, o elemento de fixação (10) pode incluir um colar, em particular um colar estampado à forja, em vez de uma porca. Além disso, o elemento de fixação (10) também pode compreender um membro de luva (também não ilustrado nos desenhos).
[0030] Em formas de realização, as peças de trabalho (50a, 50b) podem ser formadas por uma pluralidade de materiais, incluindo os materiais compósitos, metálicos ou estruturas compósitas/metálicas, ou qualquer combinação das mesmas. Em formas de realização particulares, as peças de trabalho (50a, 50b) podem ser construídas a partir de titânio, alumínio, compósitos de grafite ou qualquer combinação dos mesmos.
[0031] Referindo-se especificamente à Figura 1, a forma de realização da presente invenção é constituída por um elemento de fixação convencional padrão (F), aqui mostrado como um pino com a porção de cabeça (13), a porção de haste (11) e a porção da extremidade roscada (12) para fixar as peças de trabalho (50a, 50b) juntas. As peças de trabalho (50a, 50b) têm orifícios alinhados (60a, 60b) através das mesmas com um diâmetro predeterminado. Os orifícios (60a, 60b) são levemente grandes demais em relação àqueles normalmente feitos para a porção de haste (11) do elemento de fixação padrão (F).
[0032] Por exemplo, o tamanho grande dos orifícios (60a, 60b) pode ser metade de uma diferença de tamanho padrão. Para elementos de fixação de diâmetro menor, a diferença de tamanho padrão pode estar, por exemplo, em um incremento de 1/32 de polegada e para elementos de fixação de diâmetro maior, a diferença de tamanho padrão pode estar, por exemplo, em incrementos de 1/16 de polegada. Em outras formas de realização, a diferença de tamanho padrão pode estar, por exemplo, em um incremento de 0,5 mm. No entanto, esses valores claramente não são limitativos e outros valores podem ser selecionados.
[0033] De acordo com outro exemplo, a porção de haste (11) do elemento de fixação padrão (F) pode ter um diâmetro de aproximadamente 9,52 mm, enquanto as peças de trabalho (50a, 50b) têm orifícios alinhados (60a, 60b) através das mesmas com um diâmetro de aproximadamente 9,90 mm.
[0034] Em ainda outros exemplos, a porção de haste (11) do elemento de fixação padrão (F) pode ter um diâmetro de aproximadamente 15.850 mm, 19.050 mm, 22.220 mm ou 25.375 mm, enquanto as peças de trabalho (50a, 50b) têm orifícios alinhados (60a, 60b) com um diâmetro de aproximadamente 0,396 mm maior que o respectivo diâmetro da porção de haste (11) do elemento de fixação padrão (F).
[0035] Enquanto o elemento de fixação padrão (F) mostrado na Figura 1 é do tipo de cabeça exposta com uma haste de diâmetro constante, deve ser entendido que outros tipos de elementos de fixação podem ser utilizados.
[0036] Independente do tipo e/ou tamanho do elemento de fixação convencional padrão (F) utilizado na presente invenção, o elemento de fixação padrão (F) é fornecido com uma estrutura superdimensionada (20) firmemente ligada a pelo menos uma parte da porção de haste (11) e/ou porção de cabeça (13) do elemento de fixação convencional padrão (F) e, de preferência firmemente ligado a, pelo menos, a porção de haste (11) completa do elemento de fixação convencional padrão (F). A estrutura superdimensionada (20) aqui divulgada serve para aumentar o diâmetro efetivo da porção de haste (11) do elemento de fixação padrão (F) para fazer um conjunto de fixação de tamanho grande.
[0037] Em algumas formas de realização divulgadas neste documento, a porção de haste (11) do elemento de fixação padrão (F) é submetida a um processo de separação física ou química antes de aplicar o material da estrutura superdimensionada (20) a pelo menos algumas áreas da superfície externa da porção de haste (usinada) (11). A este respeito, quaisquer revestimentos, camadas da superfície externa ou outros depósitos podem ser removidos da porção de haste (11) antes de aplicar a estrutura superdimensionada (20).
[0038] Depois que o material da estrutura superdimensionada (22) foi aplicado a pelo menos algumas áreas da superfície externa da porção de haste (11), o elemento de fixação com a estrutura superdimensionada (22) aplicada pode ser retrabalhado com o contorno final de encaixe exato. Por exemplo, um processo de esmerilhamento, polimento e/ou lixagem pode ser aplicado ao elemento de fixação com a estrutura superdimensionada aplicada. Além disso ou alternativamente, o elemento de fixação pode ser encolhido posteriormente em um processo de sinterização. Além disso, o elemento de fixação juntamente com a estrutura superdimensionada (22) pode ser revestido novamente, se necessário ou desejado.
[0039] Em particular, a estrutura superdimensionada (20) consiste em material revestido, pulverizado ou aplicado de outro modo à superfície externa da porção de haste (11). Em outras palavras, o material da estrutura superdimensionada (20) é particularmente aplicado a pelo menos algumas áreas da superfície externa da porção de haste (11) do elemento de fixação padrão (F) por meio de um método de deposição de revestimento sem comprometer a integridade estrutural da porção de haste (11) ou pelo menos com apenas um efeito mínimo na integridade estrutural da porção de haste (11).
[0040] Para este fim, o material da estrutura superdimensionada (20) pode ser aplicado à superfície externa da porção de haste (11) e/ou porção de cabeça (13), por exemplo, por meio de um processo de brasagem, método de deposição de revestimento, processo de pulverização dinâmica de gás frio, processo de pulverização de chama, processo de pulverização de arco, um processo de pulverização de plasma, um processo de pulverização de HVOF, um processo de pulverização por detonação, um processo de pulverização de Magnétron por impulso de alta potência, um processo de deposição de vapor químico, um processo de revestimento em fase gasosa e/ou um processo de cimentação em pacote.
[0041] De preferência, o material da estrutura superdimensionada (20) é selecionado de modo a ser idêntico ou pelo menos quimicamente semelhante ao material da porção de haste (11) do elemento de fixação padrão (F).
[0042] Todos esses métodos ou processos de deposição são caracterizados pelo fato de que a integridade estrutural da porção de haste (11) do elemento de fixação padrão (F) é - se houver - apenas minimamente comprometida durante a formação da estrutura superdimensionada (20).
[0043] Além disso, quando o material da estrutura superdimensionada (20) é quimicamente compatível com as peças de trabalho (50a, 50b), reações químicas corrosivas entre o elemento de fixação e as peças de trabalho (50a, 50b) são evitadas.
[0044] Particularmente em estruturas altamente carregadas, tais como as da indústria aeroespacial, o espaçamento entre os orifícios (60a, 60b) adjacente através das peças de trabalho (50a, 50b) e a distância da borda livre é tão crítica que a utilização do elemento de fixação com padrão seguinte de tamanho maior (F) excederia a margem de segurança permitida no projeto básico. Por outro lado, o menor diâmetro da estrutura superdimensionada (20) permite que sejam utilizados para aumentar o elemento de fixação padrão (F) sem exceder essa margem de segurança.
[0045] Referindo-se mais especificamente à Figura 1, o elemento de fixação padrão (F) utilizado nesta forma de realização é um elemento de fixação com haste de diâmetro constante com uma porção de cabeça exposta (13). A estrutura de maior tamanho (20) ligada à porção de haste (11) do elemento de fixação (F) é uma estrutura semelhante à luva concebida para encaixar precisamente nos orifícios (60a, 60b) (H) através das peças de trabalho (50a, 50b), como visto na Figura 2.
[0046] A invenção, no entanto, não se limita aos elementos de fixação (F) com uma porção de haste (11) de um diâmetro básico predefinido. Em vez disso, de acordo com algumas realizações da presente invenção, a porção de haste (11) do elemento de fixação (F) não tem diâmetro constante, como é o caso, por exemplo, de uma porção de haste cônica.
[0047] A estrutura superdimensionada (20) semelhante à luva inclui uma parede lateral tubular que tem uma superfície interior (21) firmemente ligada a, pelo menos, algumas partes da porção de haste (11) do elemento de fixação padrão (F). A superfície exterior (22) da parede lateral tem diâmetro constante e a parede lateral tem uma espessura de metade da diferença de diâmetros de porção de haste (11) do elemento de fixação padrão (F) e os orifícios (60a, 60b) perfurados novamente nas peças de trabalho (50a, 50b).
[0048] Como indicado acima, de preferência esta espessura não é nominalmente superior a 0,008 polegada (= 0,2 mm) e geralmente não é superior a 5% do diâmetro padrão do elemento de fixação. Na prática atual, a espessura pode variar entre 0,006 polegadas e 0,009 polegadas (= 0,15 mm a 0,29 mm).
[0049] O comprimento da estrutura superdimensionada (20) é geralmente formado de modo a não cobrir a porção de extremidade roscada (12).
[0050] Embora não ilustrado nos desenhos, a estrutura superdimensionada (20) firmemente ligação à porção de haste (11) do elemento de fixação padrão (F) pode ser fornecida com uma pluralidade de ranhuras. Por exemplo, uma pluralidade de ranhuras que se estendem de modo circunferencial, axialmente espaçadas, em forma de V podem ser fornecidas em torno da parede lateral da estrutura superdimensionada (20).
[0051] A estrutura superdimensionada (20) pode ser aplicada à porção de haste (11) do elemento de fixação convencional (F) de uma maneira não ranhurada, enquanto as ranhuras podem ser cortadas posteriormente.
[0052] De acordo com algumas formas de realização divulgadas neste documento, as ranhuras da estrutura superdimensionada (20) podem servir como reservatórios para prender e reter um revestimento de selante ou agente de ligação quando instalados. Isso impedirá o fluxo de líquidos ou gases através da junta de fixação, bem como ligará a estrutura superdimensionada (20) às peças de trabalho (50a, 50b).
[0053] Porque as ranhuras estão localizadas na parede lateral da estrutura superdimensionada (20), as propriedades mecânicas tais como a força e rigidez do elemento de fixação padrão (F) são mantidas.
[0054] Fabricar a estrutura superdimensionada (20) a partir de um material que seja quimicamente compatível com as peças de trabalho (50a, 50b) também evitará reações corrosivas com as peças de trabalho (50a, 50b).
[0055] O elemento de fixação padrão (F) que tem a estrutura superdimensionada (20) firmemente ligada a pelo menos uma parte da porção de haste (11) do elemento de fixação padrão é instalado como mostrado na Figura 2. Em mais detalhe, o conjunto que consiste no elemento de fixação padrão (F) e a estrutura superdimensionada (20) firmemente ligada à porção de haste (11) do elemento de fixação padrão é inserido através dos orifícios alinhados (superdimensionados) (60a, 60b) nas peças de trabalho (50a, 50b).
[0056] Os orifícios de tamanho grande demais (60a, 60b) podem ser feitos com brocas e cravadeiras padrão prontamente disponíveis uma vez que as tolerâncias diametrais internas e externas das da estrutura superdimensionada (20) são mantidas na ordem de ± 0, 001 polegadas (= ± 0,025 milímetro).
[0057] Antes de uma porca ser roscada sobre a porção de pino do elemento de fixação (10) inventivo de acordo com o exemplo de forma de realização ilustrado nos desenhos, uma arruela que tem uma passagem através da mesma para receber o elemento de fixação (10) pode ser colocada ao lado da peças de trabalho (50a, 50b) oposta à cabeça da porção de haste (11). Em seguida, a porca é instalada e apertada para finalizar a instalação.
[0058] Deve-se notar também que uma camada de selante ou agente de ligação pode ser aplicada à parte externa da estrutura superdimensionada (20) antes que o elemento de fixação (10) seja instalado. As ranhuras fornecidas na superfície externa da estrutura superdimensionada (20) podem servir para prender o selante e revestir completamente o interior dos orifícios (60a, 60b).
[0059] Enquanto um pino com cabeça exposta em haste de diâmetro constante foi ilustrado com a estrutura superdimensionada (20), deve ser entendido que qualquer elemento de fixação com cabeça exposta ou cabeça chata pode ser usado com ela. Além disso, não é obrigatório que a porção de haste do elemento de fixação tenha um diâmetro constante.
[0060] Pelo exposto, então, será visto que o método da invenção serve para aumentar precisamente por uma quantidade limitada e fixa de tolerância próxima, o diâmetro efetivo da haste de um elemento de fixação padrão (F), isto é, um elemento de fixação com uma dimensão padrão, para permitir a união estrutural de peças de trabalho (50a, 50b) para aplicações altamente carregadas. Este método compreende envolver a porção do elemento de fixação em contato de suporte com as peças de trabalho (50a, 50b) com uma estrutura superdimensionada (20) de espessura limitada; e inserir o elemento de fixação com a estrutura superdimensionada (20) em torno e através dos orifícios alinhados (60a, 60b) nas peças de trabalho (50a, 50b) e apertar o elemento de fixação de maneira convencional.
[0061] Em particular, a estrutura superdimensionada (20) está firmemente ligada a uma porção de haste (11) do elemento de fixação padrão (F). O material da estrutura superdimensionada (20) é de preferência quimicamente inerte em relação às peças de trabalho (50a, 50b), de modo que não haverá reação química corrosiva entre a estrutura superdimensionada (20) e as peças de trabalho (50a, 50b).
[0062] Embora várias espessuras para a parede da estrutura superdimensionada (20) possam ser usadas, em algumas formas de realização, pode ser desejável ter essas espessuras com substancialmente aproximadamente 0,004 polegadas a aproximadamente 0,008 polegadas (= aproximadamente 0,1 mm a aproximadamente 0,2 mm), o que dá um aumento geral em diâmetro efetivo ao elemento de fixação (F) de 1/128 a 1/64 de polegada (= 0,2 mm a 0,4 mm).
[0063] Em outras formas de realização aqui divulgadas, pode ser desejável ter a espessura para a parede da estrutura superdimensionada (20) substancialmente em cerca de 0,198 mm a cerca de 0. 397 milímetros que dá um aumento total no diâmetro efetivo ao elemento de fixação (F) de aproximadamente 0,396 mm a 0,793 mm.
[0064] Entende-se também que a estrutura superdimensionada (20) pode ser revestida, por exemplo, com um material anticorrosivo para evitar reações químicas corrosivas entre as várias estruturas superdimensionadas (20) e as peças de trabalho (50a, 50b). Além disso, quaisquer outros depósitos e/ou camadas ou revestimentos de superfície externa adicionais podem ser aplicados à superfície externa da estrutura superdimensionada (20).
[0065] Quando o elemento de fixação (10) da invenção, ou seja, um elemento de fixação de tamanho padrão (F) com a estrutura superdimensionada (20) firmemente ligada a pelo menos uma parte da porção de haste (11) do elemento de fixação, é utilizado no reparo, o elemento de fixação antigo é removido dos orifícios alinhados (60a, 60b) nas peças de trabalho (50a, 50b), e os orifícios alinhados (60a, 60b) aumentados em uma quantidade especificada, por exemplo 1/128 polegadas ou 1/64 de polegadas (= 0,2 mm a 0,4 mm).
[0066] A estrutura superdimensionada (20) é colocada em torno de pelo menos uma parte da porção de haste (11) do elemento de fixação de tamanho padrão e firmemente ligada a ela. A espessura da parede da estrutura superdimensionada (20) é determinada dependendo da quantidade especificada pela qual os orifícios alinhados (60a, 60b) são aumentados. O elemento de fixação (F) com a estrutura superdimensionada (20) firmemente ligada a ele é então inserido através dos orifícios ampliados (60a, 60b) e apertado no lugar.
[0067] Quando uma pessoa que instala um grande número de elementos de fixação padrão do mesmo tamanho (F) e danifica apenas alguns orifícios (60a, 60b) nas peças de trabalho (50a, 50b), apenas os orifícios danificados (60a, 60b) devem ser aumentados.
[0068] A invenção refere-se ainda a um método para fabricar um elemento de fixação com uma estrutura superdimensionada (20), em que um elemento de fixação padrão (F) tendo uma porção de haste (11) e uma porção de cabeça (13) em uma extremidade da porção de haste (11) é fornecido e no qual o diâmetro da porção de haste (11) e/ou da porção de cabeça do elemento de fixação padrão (F) é pelo menos parcialmente aumentada depositando material adicional na superfície externa da porção de haste (11). Em particular, o material adicional é aplicado à superfície externa da porção de haste (11) e/ou à superfície externa da porção de cabeça (13), de modo que o material adicional esteja firmemente ligado à porção de haste (11) e/ou à porção de cabeça (13) e a integridade estrutural do elemento de fixação não é ou é minimamente comprometida.
[0069] Isso pode ser realizado, por exemplo, por meio de pelo menos um dos seguintes processos: processo de brasagem, método de deposição de revestimento, processo de pulverização dinâmica de gás frio, processo de pulverização de chama, processo de pulverização de arco, um processo de pulverização de plasma, um processo de pulverização de HVOF, um processo de pulverização por detonação, um processo de pulverização de Magnétron por impulso de alta potência, um processo de deposição de vapor químico, um processo de revestimento em fase gasosa e/ou um processo de cimentação em pacote.
[0070] Em resumo, a presente invenção se refere aos seguintes aspectos:
[0071] Um elemento de fixação (10), em particular elemento de fixação de alta resistência, anexar em conjunto peças de trabalho (50a, 50b) com orifícios alinhados através das mesmas, o elemento de fixação (10) compreendendo uma porção de haste (11) e uma porção de cabeça (13) fornecida em uma extremidade da porção de haste (11), o diâmetro da porção de haste (11) e/ou da porção de cabeça (13) sendo selecionada de modo que o elemento de fixação (10) possa ser instalado nos orifícios alinhados em tolerância próxima, em que o elemento de fixação (10) compreende ainda uma estrutura superdimensionada (20), com a referida estrutura superdimensionada (20) firmemente ligada a pelo menos um parte da porção de haste (11) e/ou da porção de cabeça (13), a fim de superdimensionar pelo menos a parte da porção de haste (11) e/ou da porção de cabeça (13), de modo a permitir que o elemento de fixação (10) seja instalado nos orifícios alinhados (60a, 60b) tendo um diâmetro maior que o necessário para o elemento de fixação (10) sem a estrutura superdimensionada (20).
[0072] De acordo com formas de realização do elemento de fixação da invenção, a espessura da estrutura superdimensionada (20) é selecionada de modo a compensar um diâmetro aumentado dos orifícios alinhados, sendo o referido diâmetro aumentado dos orifícios alinhados um resultado da nova perfuração ou perfuração dos orifícios alinhados necessários para o elemento de fixação (10) sem a estrutura superdimensionada (20).
[0073] De acordo com formas de realização do elemento de fixação da invenção, a estrutura superdimensionada (20) é feita de um material que é quimicamente compatível com o material da porção de haste (11) e/ou da porção de cabeça (13); e/ou a estrutura superdimensionada (20) é feita de um material que possui um número de dureza Brinell de pelo menos 60 e uma força de alongamento superior a 20.000 psi (= 1379 bar).
[0074] De acordo com formas de realização do elemento de fixação da invenção, a estrutura superdimensionada (20) é feita de um material diferente do material da porção de haste (11) e/ou da porção de cabeça (13).
[0075] De acordo com formas de realização do elemento de fixação da invenção, a estrutura superdimensionada (20) consiste em material revestido, pulverizado ou aplicado de outro modo à superfície externa da porção de haste (11) e/ou porção de cabeça (13).
[0076] De acordo com formas de realização do elemento de fixação da invenção, o material da estrutura superdimensionada (20) é aplicado a pelo menos algumas áreas da superfície externa da porção de haste (11) e/ou porção de cabeça (13) por meio de um método de deposição de revestimento sem comprometer a integridade estrutural da porção de haste (11).
[0077] De acordo com formas de realização do elemento de fixação da invenção, o material da estrutura superdimensionada (20) é aplicado a pelo menos algumas áreas da superfície externa da porção de haste (11) e/ou porção de cabeça (13) por meio de um processo de brasagem, método de deposição de revestimento, processo de pulverização dinâmica de gás frio, processo de pulverização de chama, processo de pulverização de arco, um processo de pulverização de plasma, um processo de pulverização de HVOF, um processo de pulverização por detonação, um processo de pulverização de Magnétron por impulso de alta potência, um processo de deposição de vapor químico, um processo de revestimento em fase gasosa e/ou um processo de cimentação em pacote.
[0078] De acordo com formas de realização do elemento de fixação da invenção, o material da estrutura superdimensionada (20) é aplicado a pelo menos algumas áreas da superfície externa da porção de haste (11) e/ou porção de cabeça (13) após essas áreas da superfície externa da porção de haste (11) e/ou da porção de cabeça (13) terem sido submetidas a um processo de separação física ou química para remover uma camada superficial previamente existente dessas áreas.
[0079] De acordo com formas de realização do elemento de fixação da invenção, a estrutura superdimensionada (20) é uma estrutura em forma de luva com um diâmetro interno correspondente ao diâmetro básico da porção de haste (11) e um diâmetro externo que é pelo menos 0,1 mm maior que o diâmetro básico da porção de haste (11).
[0080] De acordo com formas de realização do elemento de fixação da invenção, a porção de haste (11) tem um diâmetro básico de 1/32 de polegada (= 0,79 mm) ou um múltiplo de 1/32 de polegada (= 0,79 mm), em particular 1/16 de polegada (= 1,59 mm); ou a porção de haste (11) tem um diâmetro básico de aproximadamente 0,5 mm ou um múltiplo de 0,5 mm.
[0081] De acordo com formas de realização do elemento de fixação da invenção, o elemento de fixação (10) tem uma porção rosqueada (12) fornecida em uma extremidade da porção de haste (11) oposta à porção de cabeça (13).
[0082] De acordo com formas de realização do elemento de fixação da invenção, o elemento de fixação (10) compreende um membro de pino tendo a porção de haste alongada que termina, em uma extremidade na porção de cabeça (13) e inclui uma porção roscada (12) que tem uma pluralidade de rosqueamentos com ranhuras de fixação. De acordo com formas de realização do elemento de fixação da invenção, a estrutura superdimensionada (20) não é aplicada na porção rosqueada (12). De acordo com as formas de realização do elemento de fixação da invenção, a estrutura superdimensionada (20) é fornecida com uma porção alargada que se ajusta adjacente à porção de cabeça do elemento de fixação (10) e que está firmemente ligada à porção de cabeça do elemento de fixação (10).
[0083] De acordo com formas de realização do elemento de fixação da invenção, a superfície externa da estrutura superdimensionada (20) é pelo menos parcialmente ranhurada.
[0084] A invenção também se refere a um conjunto de reparo para substituir um elemento de fixação original instalado em um orifício de uma peça de trabalho (50a, 50b), o referido conjunto de reparo de fixação compreendendo um elemento de fixação (10) de acordo com uma das formas de realização divulgadas anteriormente, em que uma espessura radial da estrutura superdimensionada (20) do elemento de fixação (10) é selecionado de modo a compensar um orifício com um diâmetro aumentado do que o exigido para o elemento de fixação original, sendo o referido diâmetro aumentado um resultado de nova perfuração ou perfuração do orifício necessário para o elemento de fixação original.
[0085] A invenção também se refere a um método para fabricar um elemento de fixação (10) com uma estrutura superdimensionada (20), em particular um elemento de fixação de acordo com uma das formas de realização divulgadas anteriormente, o método compreendendo as etapas de: fornecer um elemento de fixação padrão (F) tendo uma porção de haste (11) e uma porção de cabeça (13) em uma extremidade da porção de haste (11); pelo menos aumentar parcialmente o diâmetro da porção de haste (11) depositando material adicional pelo menos na superfície externa da porção de haste (11), de modo a formar uma estrutura superdimensionada (20); e processamento opcional suplementar, pelo menos, da estrutura superdimensionada (20), em que o material adicional é aplicado à superfície externa da porção de haste (11), de modo que o material adicional seja firmemente ligado à porção de haste (11) e a integridade estrutural da porção de haste (11) não seja comprometida.
[0086] A expressão “elemento de fixação padrão”, como aqui utilizado, geralmente refere-se a um elemento de fixação, em particular elemento de fixação de alta resistência para anexar em conjunto peças de trabalho com orifícios alinhados através das mesmas, em que este elemento de fixação padrão tem um tamanho padrão, particularmente uma porção de haste e/ou porção de cabeça de tamanho padrão. Este elemento de fixação padrão tem, quer um tamanho nominal de uma haste ou cavilha de diâmetro de base de n x 1/64 de polegadas (= n x 0,396875 mm), n sendo 1 ou um múltiplo inteiro de um, ou de acordo com o sistema métrico ISO um tamanho nominal de uma haste ou cavilha de diâmetro de base de 1,0 mm + n x 0,5 mm, n sendo 1 ou um múltiplo inteiro de 1.
[0087] Elementos de fixação padrão são descritos, por exemplo, no documento US 2006/0046080 A1, US 2016/0076575 A1, US 2003/0219328 A1 e US 3,494,243.
[0088] De acordo com formas de realização do método inventivo, o material adicional também é opcionalmente aplicado à porção de cabeça (13) e em que o material adicional é aplicado à porção de haste (11) e/ou porção de cabeça (13) por meio de pelo menos um dos seguintes processos: um processo de brasagem, método de deposição de revestimento, processo de pulverização dinâmica de gás frio, processo de pulverização de chama, processo de pulverização de arco, um processo de pulverização de plasma, um processo de pulverização de HVOF, um processo de pulverização por detonação, um processo de pulverização de Magnétron por impulso de alta potência, um processo de deposição de vapor químico, um processo de revestimento em fase gasosa e/ou um processo de cimentação em pacote.
[0089] A invenção também se refere a um método para substituição de um elemento de fixação original instalado em um orifício de uma peça de trabalho (50a, 50b), o referido método compreendendo as etapas de: remoção do elemento de fixação original; usinar o orifício em uma dimensão adequada para instalar um novo elemento de fixação (10) com uma estrutura superdimensionada (20), em particular um elemento de fixação de acordo com uma das formas de realização descritas anteriormente; e instalar o novo elemento de fixação (10) com a estrutura superdimensionada (20) no orifício usinado, em que a estrutura superdimensionada (20) do novo elemento de fixação é selecionada de modo a compensar qualquer aumento do diâmetro do orifício afetado pelo processo de remoção do elemento de fixação original. De acordo com formas de realização do método inventivo, o elemento de fixação original é removido perfurando o elemento de fixação original.
[0090] Embora a descrição acima contenha muitos detalhes, eles não devem ser considerados limitações no escopo da invenção, mas sim uma demonstração das formas de realização. O elemento de fixação e usos aqui divulgados incluem qualquer combinação das diferentes espécies ou formas de realização divulgadas.
Claims (14)
1. ELEMENTO DE FIXAÇÃO (10), em particular elemento de fixação de alta resistência, para anexar em conjunto peças de trabalho (50a, 50b) com orifícios alinhados através das mesmas, o elemento de fixação (10) compreendendo uma porção de haste (11) com um diâmetro e uma superfície externa e uma porção de cabeça (13) com um diâmetro fornecida em uma extremidade da porção de haste (11), o diâmetro da porção de haste (11) e/ou da porção de cabeça (13) sendo selecionado de modo que o elemento de fixação (10) possa ser instalado nos orifícios alinhados em tolerância estreita, elemento de fixação (10) compreende ainda uma estrutura superdimensionada (20) com uma espessura, a estrutura superdimensionada (20) sendo firmemente ligada a pelo menos uma parte da porção de haste (11) e/ou da porção de cabeça (13), a fim de superdimensionar pelo menos a parte da porção de haste (11) e/ou da porção de cabeça (13), de modo a permitir que o elemento de fixação (10) seja instalado em orifícios alinhados (60a, 60b) tendo um diâmetro maior que o necessário para o elemento de fixação (10) sem a estrutura superdimensionada (20), caracterizado pela espessura da estrutura superdimensionada (20) ser selecionada de modo a compensar um diâmetro aumentado dos orifícios alinhados (60a, 60b), o diâmetro aumentado dos orifícios alinhados é resultado de nova perfuração ou perfuração dos orifícios alinhados (60a, 60b) necessários para o elemento de fixação (10) sem a estrutura superdimensionada (20).
2. ELEMENTO DE FIXAÇÃO (10), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela estrutura superdimensionada (20) ser feita de um material quimicamente compatível com o material da porção de haste (11) e/ou da porção de cabeça (13); e/ou em que a estrutura superdimensionada (20) é feita de um material com um número de dureza Brinell de pelo menos 60 e resistência ao alongamento superior a 20 000 psi (= 1379 bar).
3. ELEMENTO DE FIXAÇÃO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pela estrutura superdimensionada (20) ser feita de um material diferente do material da porção de haste (11) e/ ou da porção de cabeça (13).
4. ELEMENTO DE FIXAÇÃO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pela estrutura superdimensionada (20) consistir em material revestido, pulverizado ou aplicado de outro modo à superfície externa da porção de haste (11) e/ou porção de cabeça (13).
5. ELEMENTO DE FIXAÇÃO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo material da estrutura superdimensionada (20) ser aplicado a pelo menos algumas das áreas da superfície externa da porção de haste (11) e/ou da porção de cabeça (13) por meio de um método de deposição de revestimento sem comprometer a integridade estrutural da porção de haste (11).
6. ELEMENTO DE FIXAÇÃO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo material da estrutura superdimensionada (20) ser aplicado a pelo menos algumas das áreas da superfície externa da porção de haste (11) e/ou porção de cabeça (13) por meio de um processo de brasagem, um processo de pulverização dinâmica de gás frio, um processo de pulverização de chama, um processo de pulverização de arco, um processo de pulverização de plasma, um processo de pulverização de HVOF, um processo de pulverização por detonação, um processo de pulverização de Magnétron por impulso de alta potência, um processo de deposição de vapor químico, um processo de revestimento em fase gasosa e/ou um processo de cimentação em pacote.
7. ELEMENTO DE FIXAÇÃO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo material da estrutura superdimensionada (20) ser aplicado a pelo menos algumas das áreas da superfície externa da porção de haste (11) e/ou da porção de cabeça (13) após essas áreas da superfície externa da porção de haste (11) e/ou da porção de cabeça (13) serem submetidas a um processo de separação físico ou químico para remover uma camada superficial previamente existente dessas áreas.
8. ELEMENTO DE FIXAÇÃO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado pela estrutura superdimensionada (20) ser uma estrutura em forma de luva com um diâmetro interno correspondente ao diâmetro básico da porção de haste (11) e um diâmetro externo que é pelo menos 0,1 mm maior que o diâmetro básico da porção de haste (11).
9. ELEMENTO DE FIXAÇÃO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pela porção de haste (11) ter um diâmetro básico de n x 1/64 de polegada (= n x 0,396875 mm), com n sendo 1 ou um múltiplo inteiro de 1.
10. ELEMENTO DE FIXAÇÃO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pela porção de haste (11) ter um diâmetro básico de 1/32 de polegada (= 0,79 mm) ou um múltiplo de 1/32 de polegada (= 0,79 mm), em particular 1/16 de polegada (= 1,59 mm); ou em que a porção de haste (11) tem um diâmetro básico de aproximadamente 0,5 mm ou um múltiplo de 0,5 mm.
11. ELEMENTO DE FIXAÇÃO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo elemento de fixação (10) ter uma porção rosqueada (12) fornecida em uma extremidade da porção de haste (11) oposta à porção de cabeça (13); ou em que o elemento de fixação (10) compreende um membro de pino tendo a porção de haste alongada que termina, em uma extremidade na porção de cabeça (13) e inclui uma porção roscada (12) que tem uma pluralidade de segmentos com ranhuras de fixação.
12. ELEMENTO DE FIXAÇÃO (10), de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pela estrutura superdimensionada (20) não ser aplicada na porção rosqueada (12).
13. ELEMENTO DE FIXAÇÃO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 12, caracterizado pela estrutura superdimensionada (20) ser fornecida com uma porção alargada que se ajusta adjacente à porção de cabeça do elemento de fixação (10) e que está firmemente ligada à porção de cabeça do elemento de fixação (10).
14. ELEMENTO DE FIXAÇÃO (10), de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pela superfície externa da estrutura superdimensionada (20) ser pelo menos parcialmente ranhurada.
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