ES2215086T3 - Tornillo autorroscante. - Google Patents
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Abstract
Tornillo autorroscante, dotado de filetes de rosca laminados (4), en el que el flanco de carga (8) y el flanco opuesto (9) discurren asimétricos entre sí, de tal modo que el flanco de carga (8) discurre en línea recta con respecto a la base de la rosca (11) y el flanco opuesto (9) discurre desde la cresta (10) de la rosca, primeramente en línea recta y, aproximadamente a 1/3 de su altura, se prolonga, después de un punto de desviación (12) en una recta con un ángulo (a) formando un codo (13), caracterizado porque el ángulo (a) del codo es mayor que el ángulo (S) del flanco opuesto (9) medido respecto a la perpendicular (5) y está entre los 30º y los 50º, y la bisectriz (15) del filete de rosca (4) constituida por el flanco de carga (8) y el flanco opuesto (9) presenta una inclinación orientada en dirección contraria a la cabeza de tornillo (1) con respecto a la perpendicular (5) del eje del tornillo (6), siendo la relación de diámetros entre el diámetro central de la rosca (K) y el diámetroexterno de la rosca (D) mayor de 0, 7 y siendo la relación entre el paso de rosca (P) y el diámetro externo de la rosca (D) menor de 0, 25.
Description
Tornillo autorroscante.
La presente invención se refiere a un tornillo
autorroscante, dotado de filetes de rosca laminados, en el que el
flanco de carga y el flanco opuesto discurren asimétricos entre sí,
de tal modo que el flanco de carga discurre en línea recta respecto
a la base de la rosca y el flanco opuesto discurre primeramente
desde la cresta de la rosca en línea recta y, aproximadamente a 1/3
de su altura, se prolonga, después de un punto de desviación en una
recta con un ángulo \alpha formando un codo.
En la figura 3 del documento DE A 197 32 652 se
representa un tornillo de este tipo, el cual se explica en la
descripción correspondiente. En dicho tornillo se trata de conformar
los filetes de rosca de tal modo que al atornillar el tornillo en el
plástico, pueda salir el plástico desalojado de un modo
especialmente favorable. Por este motivo, el tornillo según la
figura 3 de este documento presenta las siguientes características:
el flanco de carga y el flanco opuesto discurren asimétricos entre
sí, y, concretamente, de tal modo que el flanco de carga discurre en
línea recta hacia la base de la rosca, mientras que el flanco
opuesto discurre desde la cresta de la rosca primeramente en línea
recta y, aproximadamente a 1/3 de su altura se convierte en una
dobladura recta por medio de un codo, estando orientado dicho codo
hacia dentro. De este modo, debe ampliarse correspondientemente el
espacio libre para el plástico desalojado. En la zona externa de los
filetes de rosca, es decir, en la zona del flanco de carga y del
flanco opuesto, el diseño es análogo al de las roscas
convencionales, y concretamente los dos lados son simétricos entre
sí con una bisectriz que discurre perpendicular al eje de la rosca.
Debido al codo dirigido hacia dentro del flanco opuesto, resulta una
bisectriz entre el flanco de carga y el codo orientada en dirección
contraria a la cabeza del tornillo. En este tornillo, el codo
orientado hacia dentro del flanco opuesto se comporta de modo
desfavorable en caso que actúen fuerzas de tracción especialmente
altas sobre el tornillo, ya que estas fuerzas tienden a doblar los
filetes de rosca individuales hacia fuera de la cabeza del
tornillo.
La presente invención tiene el objetivo de
desarrollar el tornillo descrito anteriormente de modo que se
perfeccione su fabricación por laminado de roscas, aumentando,
además, su capacidad de carga y su fuerza de sujeción. El diseño
geométrico del tornillo debe seleccionarse de tal modo que se
consiga un comportamiento de atornillado óptimo en cada pieza
metálica. Según la presente invención, esto ocurre por el hecho de
que el ángulo (\alpha) de la dobladura es mayor que el ángulo
(\delta) del flanco opuesto (9) medido respecto a la perpendicular
(5) y está entre los 30º y los 50º, y la bisectriz (15) del filete
de rosca (4) constituida por el flanco de carga (8) y el flanco
opuesto (9) presenta una inclinación orientada en dirección
contraria a la cabeza de tornillo (1) respecto a la perpendicular
(5) del eje del tornillo (6), siendo la relación de diámetros entre
el diámetro central de la rosca (K) y el diámetro externo de la
rosca (D) mayor de 0,7, y siendo la relación entre el paso de rosca
(P) y el diámetro externo de la rosca (D) menor de 0,25.
Debido al recorrido básicamente rectilíneo desde
la cresta de la rosca hasta su base en la zona del flanco de carga y
también del flanco opuesto que contiene un codo, el tornillo puede
laminarse con mordazas de laminación, presentando cada una de las
ranuras en sección transversal un recorrido correspondientemente
rectilíneo, lo que constituye una ventaja considerable para la
fabricación de las mordazas de laminación en comparación con las
mordazas de laminación redondeadas en esta zona. Además, se ha
demostrado que, con un dimensionamiento en una relación de diámetros
mayor de 0,7 entre el diámetro central de la rosca y el diámetro
externo de la rosca, se consigue acortar el filete de rosca, de modo
que los mismos se ven sometidas únicamente a lo largo de una altura
radial relativamente reducida a cargas de flexión durante el apriete
del tornillo y durante la carga por la pieza afectada, las cuales,
además, se absorben bien, porque la dobladura, cuyo ángulo respecto
a la perpendicular es mayor que el ángulo correspondiente del flanco
opuesto, se prolonga a lo largo de la zona que desempeña un fuerte
apoyo de las filetes de rosca en contra del codo. En este caso, el
codo dispuesto sólo a 1/3 de la altura del filete de rosca deja
suficiente espacio en la zona externa de los filetes de rosca para
evacuar el material desalojado de la pieza tratada, de modo que
dicha evacuación no se ve dificultada.
Sobre el flanco de carga de los filetes de rosca,
al apretar el tornillo, y debido a su recorrido continuo en línea
recta e inclinado, se desarrolla una fuerza que actúa sobre dicho
flanco que, debido a la inclinación del flanco de carga, se
introduce de forma correspondientemente inclinada en el tornillo y,
con él, en su núcleo, que, debido a su diámetro relativamente
grande, puede absorber fuerzas elevadas. A la inversa, la presión
sobre el material de la pieza discurre igualmente en dirección
inclinada, es decir, en el material que rodea el punto de
atornillado, donde dicha presión puede absorberse sin dificultad. El
recorrido rectilíneo inclinado del flanco de carga hace posible una
distribución homogénea de la presión a lo largo de toda la altura
del flanco de carga de la rosca, de modo que, gracias a ello, se
permite siempre una superficie de contacto máxima y una fricción
máxima mientras se aprieta el tornillo, y ello sin dañar el
material. Debido a la relación entre el paso de rosca y el diámetro
externo de la misma, que se escoge menor de 0,25, resulta una rosca
con filetes de rosca estrechamente contiguos entre sí, de modo que a
lo largo de una longitud determinada en la pieza tratada se fija un
número relativamente elevado de filetes de rosca. Esto comporta unas
fuerzas de sujeción y de desgarro correspondientemente elevadas.
De modo ventajoso, el ángulo entre la bisectriz
(entre el flanco de carga y el flanco opuesto) y la perpendicular al
eje del tornillo se escoge de tal modo que esté dentro del intervalo
comprendido entre 5º y 15º. La inclinación de los filetes de rosca
que resulta de ello conlleva, incluso para ángulos de ataque
pequeños (medidos entre el flanco de carga y el flanco opuesto) a
una inclinación suficiente del flanco de carga, y consecuentemente a
una introducción favorable de las fuerzas que actúan sobre el flanco
de carga en el núcleo del tornillo. La inclinación y el recorrido
rectilíneo del flanco de carga son así responsables de la fricción
del tornillo que se aprieta contra la pieza, la cual debe ser lo
suficientemente elevada para que no se alcance fácilmente el momento
de sobretorsión, por el que el tornillo desgarraría la rosca de
la
pieza.
pieza.
El tornillo, según la presente invención, resulta
especialmente adecuado para atornillarse en acero, con lo que el
propio tornillo, naturalmente, es también de acero. En este caso, se
ha demostrado favorable un ángulo de ataque entre los flancos de
carga e opuesto comprendido entre 38º y 48º, ya que con ello se
obtiene una relación óptima entre el volumen desalojado y la
capacidad de solicitación de la pieza. En caso de atornillar el
tornillo de acero, según la presente invención, en un metal ligero,
resulta favorable un ángulo de ataque entre los flancos de carga e
opuesto comprendido entre 32º y 42º.
También resulta posible conformar el tornillo en
aluminio, especialmente en una aleación dura de aluminio, lo que
resulta igualmente adecuado para el atornillado en un metal ligero.
En este caso, el ángulo de ataque entre los flancos de carga e
opuesto se escoge favorablemente entre 58º y 68º.
Se obtiene una inclinación de la bisectriz
especialmente favorable en caso de escogerse con aproximadamente 1/6
del ángulo de ataque entre los lados de ataque y de retorno.
En las figuras se representan ejemplos de
realización de la invención. Éstas muestran:
la figura 1, un tornillo con su cabeza y una
rosca autorroscante,
la figura 2, una sección ampliada de una parte de
la rosca de la figura 1,
la figura 3, una sección de una rosca análoga a
la de la figura 2 con un ángulo de ataque de 45º,
la figura 4, un ángulo de corte análogo de una
rosca con un ángulo de ataque de 33º,
la figura 5, una sección a través de una rosca
con un ángulo de ataque de 60º.
En la figura 1 se representa un tornillo
autorroscante con la cabeza de tornillo (1) y el núcleo (2), sobre
el que se lamina la rosca (3). En este caso, se trata de una rosca
de una entrada con los filetes de rosca (4) individuales que
presentan una inclinación con respecto a la perpendicular (5)
relativa al eje del tornillo (6) dirigida en dirección contraria a
la cabeza de tornillo (1). En la cabeza de tornillo (1), se acuña un
órgano de accionamiento de tornillo (7) de diseño conocido.
En la figura 2, se muestra una ampliación de una
sección de la rosca (3) según la figura 1. Los filetes de rosca (4)
individuales presentan el flanco de carga (8) orientados hacia la
cabeza de tornillo (1) y el flanco opuesto (9) opuesto. El flanco de
carga (8) se prolonga en línea recta desde la cresta de la rosca
(10) a la base de la rosca (11). El flanco opuesto (9), opuesto al
flanco de carga (8), se convierte en un acodamiento (13) después del
punto de desviación (12). El flanco de carga (8) con su ángulo de
ataque \gamma y el flanco opuesto (9) con su ángulo de ataque
\delta, referentes con respecto a la perpendicular (5),
constituyen el ángulo de ataque \beta, que en este caso tiene un
valor de 39º. La bisectriz (15) del ángulo de ataque \beta, que
constituye básicamente la inclinación de los filetes de rosca (4),
forma el ángulo \varepsilon con respecto a la perpendicular (5).
La dobladura (13) discurre con respecto a la perpendicular (5) al
eje del tornillo (6) en un ángulo \alpha, mayor que el ángulo de
ataque \delta de retorno, medido entre la perpendicular (5) y el
flanco opuesto (9).
En la figura 2 se introduce, además, el paso de
rosca (P) (distancia entre dos filetes de rosca (4) contiguos), el
diámetro externo (D) de la rosca y el diámetro del núcleo (K) de la
rosca. En la rosca representada en la figura 2, la relación de
diámetros entre el diámetro de núcleo (K) de la rosca y el diámetro
externo (D) de la misma tiene un valor de 0,8, y la relación entre
el paso de rosca (P) y el diámetro externo (D) de la rosca adopta un
valor de 0,17. El ángulo de ataque \beta posee en este caso un
valor de 39º.
En las figuras 3 a 5 se representan variantes de
la rosca según la figura 2. En la rosca según la figura 3, el ángulo
de ataque \beta es de 33º, y en la rosca según la figura 5 el
ángulo de ataque \beta es de 60º.
Con respecto al diseño de la rosca según las
figuras 2 a 4, se debe observar además que la base de rosca (11)
discurre respectivamente cilíndrica.
Se debe observar además que los ejemplos de
realización de roscas representados ampliados en las figuras 2 a 5
representan zonas con ángulos de ataque \beta respectivamente
favorables, que pueden emplearse para determinadas aplicaciones,
como se ha expuesto anteriormente de forma individual.
El codo (12) de la zona del flanco opuesto (9)
está situado en la rosca, según las figuras 2 a 5, a 1/3 de la
altura de los filetes de rosca (4), midiéndose dicha altura desde la
base de la rosca (11) en dirección a la cresta de la rosca (10). La
dobladura (13) que se inicia en el codo (12), en la rosca según las
figuras 2 a 5, discurre respectivamente con el ángulo \alpha (ver
figura 2), que tiene un valor de 45º.
Claims (6)
1. Tornillo autorroscante, dotado de filetes de
rosca laminados (4), en el que el flanco de carga (8) y el flanco
opuesto (9) discurren asimétricos entre sí, de tal modo que el
flanco de carga (8) discurre en línea recta con respecto a la base
de la rosca (11) y el flanco opuesto (9) discurre desde la cresta
(10) de la rosca, primeramente en línea recta y, aproximadamente a
1/3 de su altura, se prolonga, después de un punto de desviación
(12) en una recta con un ángulo (\alpha) formando un codo (13),
caracterizado porque el ángulo (\alpha) del codo es mayor
que el ángulo (\delta) del flanco opuesto (9) medido respecto a la
perpendicular (5) y está entre los 30º y los 50º, y la bisectriz
(15) del filete de rosca (4) constituida por el flanco de carga (8)
y el flanco opuesto (9) presenta una inclinación orientada en
dirección contraria a la cabeza de tornillo (1) con respecto a la
perpendicular (5) del eje del tornillo (6), siendo la relación de
diámetros entre el diámetro central de la rosca (K) y el diámetro
externo de la rosca (D) mayor de 0,7 y siendo la relación entre el
paso de rosca (P) y el diámetro externo de la rosca (D) menor de
0,25.
2. Tornillo, según la reivindicación 1,
caracterizado porque la inclinación (\varepsilon) de la
bisectriz (15) está entre 5º y 15º.
3. Tornillo, según la reivindicación 2,
caracterizado porque la inclinación (\varepsilon) de la
bisectriz (15) representa aproximadamente 1/6 del ángulo de ataque
(\beta) entre el flanco de carga (8) y el flanco opuesto (9).
4. Tornillo de acero, según una de las
reivindicaciones 1 a 3, para su atornillado en acero,
caracterizado porque el ángulo de ataque (\beta) medido
entre el flanco de carga (8) y el flanco opuesto (9) está
comprendido entre 38º y 48º.
5. Tornillo de acero, según una de las
reivindicaciones 1 a 3, para su atornillado en un metal ligero,
caracterizado porque el ángulo de ataque (\beta) medido
entre el flanco de carga (8) y el flanco opuesto (9) está
comprendido entre 32º y 42º.
6. Tornillo de aluminio, según una de las
reivindicaciones 1 a 3, para su atornillado en un metal ligero,
caracterizado porque el ángulo de ataque (\beta) medido
entre el flanco de carga (8) y el flanco opuesto (9) está
comprendido entre 58º y 68º.
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