BRPI0711260B1 - Método para formar um parafuso com formação de rosca - Google Patents
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Abstract
parafuso com formação de rosca de alto desempenho. a presente invenção refere-se a um parafuso para formação de rosca (10) tendo uma dureza de superfície mínima de hrc 56. o parafuso (10) pode formar roscas em uma peça de trabalho tendo uma dureza de superfície que excede hrc 23. um método de endurecer a superfície de um parafuso (10) inclui enriquecer o parafuso com carbono (10), pelo menos a um nível de carbono de 0,48 e então esfriar rapidamente o parafuso (10). a seguir, o parafuso (10) é temperado de modo tal que a dureza da superfície não exceda a dureza do núcleo em mais do que 3 pontos rockwell e tanto a superfície quanto o núcleo estejam em uma dureza rockwell c33-c39. subsequentemente, o ponto (16) é endurecido por indução e o parafuso é mais uma vez resfriado rapidamente. o parafuso (10) é novamente temperado, de modo tal que as roscas dianteiras (18) e as primeiras 3-4 roscas inteiras (22,24) estejam a uma dureza mínima rockwell c56, preferivelmente a uma profundidade (26) de pelo menos 0,020 cm (0,008 polegadas) e o núcleo do prendedor (10) esteja a uma dureza rockwell c33-c39. finalmente, é aplicado um acabamento.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para MÉTODO PARA FORMAR UM PARAFUSO COM FORMAÇÃO DE ROSCA.
ANTECEDENTES [001] A presente invenção refere-se, geralmente, a parafusos com formação de rosca e métodos para a formação do mesmo e, mais especificamente, refere-se a um prendedor, tal como um parafuso com formação de rosca, pelo menos uma parte do qual tem uma dureza de superfície mínima de HRC 56 (Dureza Rockwell C-scale) e a um método para a formação de tal parafuso com formação de rosca.
[002] Atualmente, a indústria recomenda que os parafusos com formação de rosca sejam parafusos com rosca moldada a frio em uma peça de trabalho tendo uma dureza de Rockwell C23 e abaixo. Como tal, os parafusos atuais para a formação de rosca são suficientemente duros para moldar roscas a frio em tais peças de trabalho. Porém, há algumas aplicações onde seria desejável ter um parafuso para a formação de rosca capaz de moldar roscas em uma peça de trabalho que tenham uma dureza que exceda HCR 23 (HSLA). Por exemplo, após o material de Liga de baixo teor com elevada resistência ter sido formado, tal como perfurando parafusos no material, a dureza na área de parafuso e em torno da mesma poderia atingir e exceder a dureza C40 Rockwell.
[003] Os parafusos convencionais, para a formação de rosca, não são rígidos o suficiente para formar, com êxito, roscas a frio em peças de trabalho que excedam uma dureza C23 Rockwell. Por exemplo, os parafusos com formação de rosca comercial mente disponíveis são processados de modo que o ponto e os três a quatro primeiras roscas completas tenham uma dureza Rockwell C45 mínima e o núcleo do prendedor seja Rockwell C33 a 39. Um parafuso com formação de rosca como tal não é suficientemente rígida para moldar roscas
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2/9 consistentemente frias em um material que exceda HRC 23. Ao dirigir tal parafuso para a formação de rosca em um material HSI_A (ou qualquer outro material) tendo uma dureza de HRC 40 ou mais, ocorre o desabamento do parafuso. Esse desabamento, ou deformação das roscas, causa falha na junta. Ao formar as roscas em materiais tais como aço, requer-se que o prendedor tenha uma rigidez muito superior ao material no qual o prendedor está sendo roscado, para formar as roscas adequadamente, sem desabamento.
[004] Pelo fato de os parafusos com formação de rosca não serem suficientemente rígidos para formar, a frio, roscas em peças de trabalho tendo uma dureza que exceda HRC 23, em tais casos foi necessário prover roscas de encaixe, tais como a provisão de uma junta roscada na peça de trabalho (que requer uma operação de perfurar e atarraxar) ou provendo-se parafusos de soldagem, parafusos soltos, uma reentrância para soldagem ou provendo-se um aspecto similar ou usando-se um método similar para prover roscas de encaixe. Esses métodos/estruturas requerem operações adicionais, hardware e tempo, resultando em um processo mais oneroso e que consome mais tempo.
[005] Como tal, existe um mercado para prendedores capaz de formar roscas em peças de trabalho, tal como um material HSLA ou outro material que tenha uma dureza que excede Rockwell C23. OBJETOS E SUMÁRIO [006] Um objeto de uma modalidade da presente invenção é prover um parafuso com formação de rosca, pelo menos uma parte do qual tem uma dureza de superfície que é suficientemente elevada, de modo tal que o parafuso com formação de rosca possa ser usado para formar, a frio, as roscas em uma peça de trabalho com uma dureza que excede HRC 23.
[007] Outro objeto de uma modalidade da presente invenção é
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3/9 prover um parafuso para formação de rosca, pelo menos uma parte do qual tem uma dureza de superfície mínima de HRC 56.
[008] Ainda outro objeto de uma modalidade da presente invenção é prover um parafuso para formação de rosca que tenha uma dureza de superfície mínima de HRC 56, pelo menos a uma profundidade de 0,020 cm (0,008 polegadas), pelo menos algumas das roscas do parafuso.
[009] Em resumo, e de acordo com pelo menos um dos objetos mencionados, uma modalidade da presente invenção provê um parafuso para a formação de rosca que tem uma cabeça e uma haste roscada que se estende a partir da cabeça. Pelo menos algumas das roscas da haste são uma superfície endurecida, preferivelmente para uma dureza de superfície mínima de HRC 56, permitindo, assim, que o parafuso de formação de rosca seja usado, posteriormente, para formar roscas frias em uma peça de trabalho tendo uma dureza de superfície que excede HRC 23.
[0010] Outro aspecto da presente invenção provê um método para a formação de tal parafuso com formação de rosca. O método inclui realizar um processo de tratamento a quente, em que o parafuso é carbono enriquecido a um nível de pelo menos 0,48 carbono e é temperado para reduzir a capacidade de quebrar e permitir um núcleo mais dútil. De preferência, a operação de temperar é controlada, de modo tal que a dureza de superfície não exceda a dureza de núcleo em mais do que 3 pontos C Rockwell.
[0011] Preferivelmente, após a operação de temperar, tanto a superfície quanto o núcleo do prendedor são de uma dureza Rockwell C33 a 39. Subseqüentemente, o ponto, tal como as roscas dianteira e três ou quatro roscas inteiras do parafuso, é endurecido por indução e o parafuso é temperado, tal como em água ou uma têmpera sintética. Então, o parafuso é temperado novamente com uma reduzida capa
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4/9 cidade para quebrar. Preferivelmente, essa etapa de temperar é controlada de modo tal que, por exemplo, as roscas dianteiras e as primeiras três a quatro roscas tem uma dureza Rockwell C56 minima, preferivelmente a uma profundidade de pelo menos 0,020 cm (0,008 polegadas) e o núcleo do prendedor é uma dureza Rockwell C33 a 39. Finalmente, de preferência um acabamento é aplicado ao prendedor. DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0012] A organização e o meio da estrutura e operação da invenção, juntamente com outros objetos e vantagens, ficarão mais claros com referência à descrição a seguir, tomada em conexão com os desenhos em anexo, em que os números de referência identificam elementos iguais, nos quais:
A figura 1 é uma vista lateral de um tipo de parafuso que pode ter a superfície endurecida, de acordo com a modalidade da presente invenção;
A figura 2 é um diagrama parcial, em seção transversal, do parafuso mostrado na figura 1;
A figura 3 é um fluxograma que ilustra um método para fazer um parafuso com formação de rosca, com superfície endurecida, onde o método está de acordo com uma modalidade da presente invenção.
DESCRIÇÃO [0013] Enquanto a presente invenção pode ser suscetível à modalidade em diferentes formas, está mostrado nos desenhos, e será descrito em detalhes, uma sua modalidade, entendendo-se que a presente descrição será considerada como um exemplo dos princípios da invenção e não pretende se limitar a invenção tal como aqui ilustrada e descrita.
[0014] Um aspecto da presente invenção refere-se a um prendedor, tal como um parafuso com formação de rosca tendo, pelo menos
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5/9 em uma das faces, uma dureza de superfície HRC 56. Outro aspecto refere-se a um método de endurecimento de superfície de um prendedor, tal como um parafuso com formação de rosca, de modo tal que pelo de suas partes tenha uma dureza de superfície HRC 56. Enquanto o método pode ser usado em conexão com uma ampla faixa de parafusos, a patente US N° 3.935.785 apresenta um parafuso com o qual um método, de acordo com uma modalidade da presente invenção, pode ser usado, e a patente 785 é aqui incorporada integralmente, como referência.
[0015] Conforme mostrado na patente '785 e na figura 1 do presente pedido, o parafuso 10 inclui uma cabeça 12 e uma haste roscada 14 que se estende da cabeça 12. Próximo à extremidade 16 do parafuso 10, oposto à cabeça 12, encontra-se uma pluralidade de roscas dianteiras 18 que se afunilam, de um certo modo, para o ponto 16 do parafuso 10. Entre as roscas dianteiras 18 e a cabeça 12 encontra-se uma pluralidade de roscas inteiras 20, em que o número de referência 22 identifica a primeira rosca total e o número de referência 24 identifica a quarta rosca total. Maiores detalhes referentes à forma e função desse parafuso em particular podem ser encontrados na patente '785. Porém, como exemplo de uma modalidade preferida, específica da presente invenção, provido como mostrado na figura 2, em que as roscas dianteiras 18, assim como as primeiras três ou quatro roscas do parafuso, tem superfícies endurecidas a uma dureza Rockwell de pelo menos HRC 56, a uma profundidade (isto é, dimensão 26 identificada na figura 2) de pelo menos 0,020 cm (0,008 polegadas). Preferivelmente, o núcleo da figura 10 é uma dureza Rockwell C33 a 39, de modo tal que o parafuso 10 tenha um núcleo relativamente dútil. Conforme mostrado na figura 2, a parte identificada com o número de referência 28 tem uma área mínima de indução endurecida a HRC 56 min, enquanto a parte identificada com o número de referência 30 tem uma
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6/9 área de indução endurecida a HRC min. A parte identificada com o número de referência 32 é uma área endurecida e temperada, tendo uma dureza de superfície de 3 pontos HRC do núcleo.
[0016] A figura 3 ilustra um método que está de acordo com uma modalidade da presente invenção, e o método pode ser usado para formar um parafuso com formação de rosca 10, conforme mostrado nas figuras 1 e 2. O método provê que, por exemplo, um fio feito de aço 4037, ou uma liga similar, seja provida, e o fio é estirado em uma máquina de moldar cabeça a frio. O material pode ser liga de aço, com análise de grau AISI CA 4037, com uma composição de 0,35-0,40% de carbono; 0,70-0,90 de manganês, percentagem máxima de 0,040 de enxofre, percentagem máxima de 0,035 de fósforo, percentagem de 0,20-0,35 de silício e molibdênio, normalmente especificado como aço cozido, esferodizado, com grão fino. É claro que outros materiais podem ser usados, contanto que estejam dentro do escopo da invenção. Uma vez que se completa a operação de formar cabeça a frio, as roscas são formadas no parafuso. Essas etapas são convencionais e bem-conhecidas.
[0017] Uma vez que o parafuso é formado, um processo de tratamento a quente, de acordo com uma modalidade da presente invenção, é realizado. No processo de tratamento a quente, o parafuso é enriquecido com carbono usando um processo controlado, em um forno de qualidade, de modo tal que o parafuso obtenha pelo menos um nível de carbono de 0,48. O enriquecimento do carbono permite que a superfície do prendedor seja endurecida de modo mais forte do que o material de base. Especificamente, o parafuso pode ser deixado no forno por 90 minutos enquanto o forno está a 871,1 a 881,1 Graus Celsius (1600-1700 graus Fahrenheit). A atmosfera do forno é, preferivelmente, controlada para 0,6 a 0,7% do potencial de carbono (sem nitrificação). Preferivelmente, a profundidade (isto é, a dimensão 26 na
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7/9 figura 2) da zona de recuperação do carbono é pelo menos 0,037 cm. Preferivelmente, a rigidez da superfície após a operação de temperar (a uma temperatura selecionada para o requisito do núcleo) não excede a dureza do núcleo em mais do que o equivalente a 3 pontos Rockwell. C (30 Vickers). O aumento da dureza de superfície equivalente a 1 a 2 Rockwell C (10-20 Vickers) seria um objetivo ao se selecionar os parâmetros do forno. Um testador de microdureza pode ser empregado para medir a dureza e a profundidade da zona de recuperação de carbono, a fim de ajudar a estabelecer os parâmetros do forno.
[0018] Uma vez que o parafuso é enriquecido com carbono, o parafuso é temperado, como em óleo a 60 - 80 Graus Celsius (140-160 graus Fahrenheit). Após a operação de mergulhar em óleo, o parafuso é temperado, por 90 minutos, a uma temperatura de 454,4 - 554,4 Graus Celsius (850-950 graus Fahrenheit), para diminuir a fragilidade e permitir um núcleo mais dúctil no prendedor. Preferivelmente, essa etapa é controlada de modo tal que a dureza da superfície não exceda a dureza do núcleo em mais do que 3 pontos C Rockwell. Nesse ponto, preferivelmente tanto a superfície quanto o núcleo do prendedor estão a uma dureza Rockwell C33 a 39.
[0019] Subseqüentemente, o ponto do parafuso, tal como as roscas dianteiras 18 e as primeiras três a quatro roscas inteiras são enrijecidas por indução, e as roscas dianteiras do prendedor são momentaneamente alimentadas, por influência de um campo elétrico, de modo tal a aquecer, por indução, as roscas da temperatura enrijecida 898,8 - 998,8 Graus Celsius (aproximadamente 1650-1750 graus Fahrenheit)). Em seguida, o parafuso é imediatamente temperado, com vaporização de água ou viz-a-viz uma operação sintética de temperar. [0020] Subseqüentemente, o parafuso é temperado, a 148,8Ό (300Έ) por um mínimo de uma hora, para reduzir a fragilidade. Essa
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8/9 etapa de temperar, juntamente com a etapa anterior de enriquecimento de carbono, preferivelmente, combina, de modo eficaz, para fazer com que as roscas dianteiras e as primeiras três ou quatro roscas tenham uma dureza Rockwell C56 mínima, preferivelmente a uma profundidade de pelo menos 0,020 cm (0,008 polegadas) e o núcleo do prendedor é uma dureza Rockwell C33 a 39. Enquanto diferentes temperaturas e duração de temperar possam ser usadas, preferivelmente a temperatura seja suficientemente baixa para manter o ponto a uma dureza Rockwell C56 mínima. Finalmente, de preferência um acabamento é aplicado ao prendedor.
[0021] Um aspecto da presente invenção provê um prendedor com pelo menos uma parte com uma dureza de superfície mínima de 56 HRC. Por exemplo, o prendedor poderia ser um parafuso com formação de rosca tal como o mostrado na patente US N° 3.935.785, onde as roscas dianteiras e as primeiras três ou quatro roscas inteiras têm uma dureza de superfície mínima de 56 HRC. Como tal, o parafuso pode ser usado para formar as roscas a frio em uma peça de trabalho que tem uma dureza que excede 23 HRC, tal como um material HSLA ou qualquer outro material tendo uma dureza de 40 HRC ou mais.
[0022] Outro aspecto da presente invenção provê um método de enrijecimento de superfície com pelo menos uma parte do prendedor, tal como um parafuso com formação de rosca mostrado na patente US N° 3.935.785, tal que pelo menos uma parte do parafuso tenha uma dureza de superfície mínima de 56 HRC. Por exemplo, as roscas dianteiras e as primeiras três ou quatro roscas totais têm uma rigidez de superfície mínima de 56 HRC, onde o parafuso pode ser usado para formar roscas a frio em uma peça de trabalho que tem uma dureza que excede 23 HRC, tal como um material HSLA ou qualquer outro material tendo uma dureza de 40 HRC ou mais.
[0023] Ainda outro aspecto da presente invenção provê um produ
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9/9 to por processo, especificamente um prendedor feito utilizando-se o processo descrito acima.
[0024] Enquanto modalidades da presente invenção são mostradas e descritas, ficará claro para os versados na técnica que várias modificações da presente invenção poderão ser feitas, sem que se afastem do espírito e escopo da apresentação. Por exemplo, enquanto está descrito acima que a dureza da superfície pode ser feita com relação às roscas dianteiras e as três ou quatro primeiras roscas dianteiras, a dureza da superfície pode ser implementada com relação a um número maior ou menor de roscas, contanto que não fuja ao escopo da presente invenção. Adicionalmente, enquanto a descrição acima discute, especificamente, o material HSLA, a presente invenção pode ser usada para formar roscas em outros materiais, além do material HSLA.
Claims (11)
- REIVINDICAÇÕES1. Método para formar um parafuso com formação de rosca (10), o qual é configurado para formar roscas a frio em uma peça de trabalho tendo uma dureza de superfície que excede HRC 23, o dito método caracterizado pelo fato de que compreende as etapas de:prover um fio feito de aço, estirar o fio em uma máquina de moldar cabeça a frio para formar uma cabeça (12) e uma haste (14) se estendendo a partir da cabeça (12) para uma extremidade livre (16);formar roscas na haste para formar um parafuso, em que as roscas formadas compreendem roscas inteiras (20) próximas à cabeça (12) e roscas dianteiras (18) entre as roscas inteiras e a extremidade livre (16);efetuar um processo de tratamento a quente no parafuso, primeiramente enriquecendo o parafuso com carbono para proporcionar que uma dureza de superfície do parafuso está em uma dureza Rockwell de C33 a 39 e para proporcionar que a dureza de superfície do parafuso não excede uma dureza de núcleo do parafuso por mais do que 3 pontos Rockwell C, e, em segundo, endurecendo por indução as roscas dianteiras (18) e pelo menos três das roscas inteiras (20) que são proporcionadas próximas às roscas dianteiras (18), de modo que as roscas endurecidas por indução tem uma dureza de superfície de pelo menos HRC 56.
- 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende esfriar rapidamente e temperar o parafuso após enriquecer o parafuso com carbono e antes de endurecer por indução as roscas dianteiras (18) e as pelo menos três roscas inteiras (20) do parafuso que são proporcionadas próximas às roscas dianteiras (18).
- 3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadoPetição 870180139729, de 10/10/2018, pág. 15/232/4 pelo fato de que ainda compreende esfriar rapidamente e temperar o parafuso após endurecer por indução as roscas dianteiras (18) e as menos três roscas inteiras (20) do parafuso que são proporcionadas próximas às roscas dianteiras (18).
- 4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de enriquecer o parafuso com carbono compreende deixar o parafuso em um forno por 90 minutos, enquanto o forno está a 871,1 - 881,1Ό (1600-1700Τ), ao mesm o tempo em que controla a atmosfera do forno de 0,6 a 0,7% do potencial de carbono, em que uma profundidade de uma zona do parafuso recuperada por carbono está pelo menos a 0,008 polegadas (0,020 cm).
- 5. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende esfriar rapidamente e temperar o parafuso após enriquecer o parafuso com carbono e antes de endurecer por indução as roscas dianteiras (18) e as pelo menos três roscas inteiras (20) do parafuso que são proporcionadas próximas às roscas dianteiras (18), em que a etapa de esfriar rapidamente o parafuso compreende esfriar rapidamente o parafuso em óleo a 60° C-71,110 C (140-160 graus Fahrenheit).
- 6. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende esfriar rapidamente e temperar o parafuso após enriquecer o parafuso com carbono e antes de endurecer por indução as roscas dianteiras (18) e as pelo menos três roscas inteiras (20) do parafuso que são proporcionadas próximas às roscas dianteiras (18), em que a etapa de temperar o parafuso compreende temperar o parafuso por 90 minutos a uma temperatura de 454,4 554,4Ό (850-950Έ).
- 7. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de endurecer por meio de indução as roscas dianteiras (18) e as pelo menos três roscas inteiras (20) do parafusoPetição 870180139729, de 10/10/2018, pág. 16/233/4 que são proporcionadas próximas às roscas dianteiras (18) compreende alimentar, momentaneamente, o parafuso sob a influência de um campo elétrico, de modo a aquecer, por meio de indução, as roscas dianteiras (18) e as pelo menos três roscas inteiras (20) do parafuso que são proporcionadas próximas às roscas dianteiras (18), a uma temperatura de endurecimento de 898,8 - 998,8 Graus Celsius (16501750Έ).
- 8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda esfriar rapidamente e temperar o parafuso após a operação de endurecer por indução as roscas dianteiras (18) e as pelo menos três roscas inteiras (20) do parafuso que são proporcionadas próximas às roscas dianteiras (18), em que a etapa de temperar compreende temperar o parafuso por no mínimo 1 hora, a uma temperatura de 148,8Ό (300Έ), reduzindo, assi m, a capacidade de o parafuso se romper, em que a etapa de temperar e a etapa de enriquecer o carbono provem roscas endurecidas por indução a uma dureza mínima Rockwell C 56, a uma profundidade de pelo menos 0,020 cm (0,008 polegadas).
- 9. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que esfriar rapidamente e temperar o parafuso após a operação de endurecer, por indução, as roscas dianteiras (18) e pelo menos três roscas inteiras (20) do parafuso que são proporcionadas próximas às roscas dianteiras (18), em que a etapa de temperar o parafuso e a etapa de enriquecer o parafuso com carbono provem roscas endurecidas por indução a uma dureza mínima Rockwell C 56, a uma profundidade de pelo menos 0,020 cm (0,008 polegadas).
- 10. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreenda proporcionar que o fio compreenda uma liga de aço, com análise de grau AISI CA 4037, com uma composição de 0,35-0,40% de carbono; 0,70-0,90 de manganês, percentagem máPetição 870180139729, de 10/10/2018, pág. 17/234/4 xima de 0,040 de enxofre, percentagem máxima de 0,035 de fósforo, percentagem de 0,20-0,35de silício e 0,20-0,30% de molibdênio.
- 11. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de enriquecer o parafuso com carbono compreende enriquecer o parafuso com carbono de modo tal que o parafuso obtenha pelo menos 0,48 de nível de carbono.
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