ES2218314T3 - Dispositivo para unir chapas con remaches auto-perforantes o roblones. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para unir chapas de aluminio mediante remachado autoperforante o roblonado con una matriz (10; 20), caracterizado porque la matriz (10;20) está revestida, por lo menos parcialmente con un recubrimiento DLC (carbono análogo al diamante).

Description

Dispositivo para unir chapas con remaches auto-perforantes o roblones.

En los dispositivos para unir chapas mediante remachado autoperforante o roblonado se presenta el problema de que tienen que aplicarse fuerzas muy elevadas. Como consecuencia, frecuentemente, en especial cuando se trabaja con chapas de aluminio hay que utilizar aleaciones para las matrices de remachado autoperforante, así como para las matrices y troqueles que se utilizan en los roblonados.

La patente US-A-5 046 228 da a conocer un dispositivo para unir chapas mediante roblonado que resulta indicado para chapas de aluminio.

Sobre la base de esta problemática, la finalidad que persigue la presente invención es la de perfeccionar las correspondientes matrices de remachado autoperforante o de matrices y troqueles para roblonado de manera que las fuerzas que se precisen para la transformación sean considerablemente más bajas y se evite el problema de la formación de co-aleaciones en las matrices; es decir, una especie de soldadura en frío o de "gripado". De acuerdo con la invención, este problema se resuelve recubriendo las matrices, por lo menos parcialmente, con una capa de carbono. Sorprendentemente, este recubrimiento permite que para conseguir la misma unión las fuerzas a aplicar sean un 20% menores. Además, se resuelve el problema de la co-aleación de chapas de aluminio. Por otra parte, el desgaste de las matrices es considerablemente inferior e incluso, cuando se presenta el desgaste, este conduce únicamente a una reducción de la capa, permitiendo reutilizar nuevamente la matriz luego de un revestimiento adecuado y no siendo necesario el empleo de una matriz nueva.

Para economizar gastos de recubrimiento, basta con revestir solamente las zonas próximas a los puntos de unión de la con la correspondiente capa de carbono.

Los dispositivos para los roblonados que presentan, además un troquel en la matriz, se recubre preferentemente el troque, por lo menos, parcialmente, con la correspondiente capa de carbono.

Al respecto, la matriz suele disponer de un yunque con una mordaza que se desplaza lateralmente sobre el mismo, revistiendo preferentemente, tanto el yunque como la mordaza, por lo menos, de manera parcial, con una capa de carbono.

Como recubrimiento especialmente adecuado, se ha acreditado un revestimiento de carbono en forma de un recubrimiento DLC (carbono análogo al diamante).

A continuación, se describe más detalladamente la invención sobre la base de los ejemplos de ejecución representados en los dibujos que se acompañan. Al efecto, muestran:

la fig.1, una matriz según la invención para el remachado autoperforante;

la fig.2, una matriz según la invención, para el roblonado;

la fig.3, el yunque de la matriz de la fig. 2;

la fig.4, la mordaza de la matriz de la fig.2;

la fig.5, el troquel recubierto según la invención en la matriz de la fig. 2.

La fig. 1 muestra un ejemplo de realización de la presente invención en forma de una matriz para remachado autoperforante. La matriz 10 correspondiente cuenta con una superficie exterior lisa de forma anular 12 vuelta hacia las piezas de chapa a unir por el remache. En el centro de esta superficie anular 12 se ha practicado una estampa 14 en la que se forma el punto de unión durante el remachado autoperforante.

Como indican en la fig. 1 las líneas de puntos y rayas, la superficie 12 y la estampa 14 de la invención están revestidas especialmente con carbono del denominado recubrimiento DCL o de "carbono análogo al diamante", procedimiento que genera un depósito de carbono cristalino extraordinariamente delgado sobre el objeto tratadoado. Según se representa en la fig. 1, el recubrimiento correspondiente puede extenderse alrededor del ángulo de la superficie parcial de la matriz 10. A este respecto resulta determinante que estén recubiertas las superficies que estén en contacto con la chapa que se va a trabajar.

La fig. 2 muestra una matriz 20 para el roblonado. Esta matriz consta de un yunque 22 esencialmente cilíndrico que se representa aislado en la fig.3 con bordes delanteros redondeados. Alrededor del yunque van dispuestas cuatro mordazas 21 situadas en el yunque 22 de tal manera que al generarse un punto de unión según el procedimiento del roblonado, puedan desplazarse elásticamente hacia un lado.

Según la invención, la superficie frontal superior (delantera) del yunque 22 va recubierta con la capa DLC antes descrita, capa que puede extenderse sobre una parte del revestimiento del yunque 22.

Las zonas recubiertas se representan en la fig.3 con una línea superior de puntos y rayas.

La fig.4 muestra la mordaza 21 de la matriz 20 igualmente revestida según la invención. También según la invención debe ir revestida de DLC la cara superior (delantera) de la mordaza 21, si bien se recomienda revestir completamente a esta mordaza 21, sujeta a cargas especialmente elevadas durante el roblonado, también completamente con carbono en la forma descrita y tal como se representa en la fig.4 con la línea de puntos y rayas.

La fig.5 muestra un troquel 30 que colabora en la formación de un punto de unión con la matriz 20 y que comprende especialmente un talón cilíndrico 32 cuyo diámetro es algo inferior al del agujero que forma la 21. Según la invención, esta parte cilíndrica 32 del troquel 30, se reviste también con carbono DLC. Este recubrimiento debe extenderse, por lo menos, a la superficie frontal de la parte cilíndrica 32, así como a una parte de la superficie contigua del revestimiento.

Según la invención, este recubrimiento puede aplicarse también posteriormente a las matrices y troqueles existentes. Y además, el recubrimiento inventado puede renovarse en caso de desgaste con lo que en lugar de sustituir la herramienta de que se trate, es suficiente con aplicar un nuevo recubrimiento.

Con el recubrimiento inventado pueden reducirse considerablemente las fuerzas de las junturas tanto durante el roblonado como durante el remachado autoperforante. Simultáneamente, se incrementa de forma esencial la duración de las herramientas, apenas se producen fallos y no se presentan problemas de co- aleación cuando se trabaja con chapas de aluminio. A continuación, se citan como ejemplo los resultados experimentales correspondientes.

El problema de los "remaches flojos" ha dado lugar, en el pasado a un incremento constante de la presión de asiento y no se ha podido determinar el porqué, en función del tiempo, se pudo llegar a esta situación. En consecuencia, para conseguir un resultado satisfactorio durante el trabajo, se ajustó la presión de asiento en unos 250 bar, lo que corresponde aproximadamente a 49 kN. Con las experiencias reunidas se ha comprobado que esta era la única posibilidad de producir una unión satisfactoria por remachado. Una presión mayor supone una carga superior para todos los componentes de la instalación, lo que puede dar lugar a un desgaste prematuro de diferentes componentes.

Para reducir la presión de transformación se efectuaron diversos ensayos en el pasado y así, por ejemplo, se aumentaron los remaches autoperforantes o se probaron diversos proveedores del recubrimiento superficial para tratar de llegar a un resultado positivo; pero, desgraciadamente, estas medidas no alcanzaron un éxito significativo.

Cuando se utilizan herramientas conformadoras de acero, como, por ejemplo, matrices para remachado autoperforante, para la conformación del aluminio sin agregar lubricantes ni deslizantes; es decir, para la conformación en seco, con el tiempo se produce una acumulación o soldadura en frío de partículas de aluminio sobre la superficie del acero y esto trae consigo un incremento de los coeficientes de fricción y se reduce como consecuencia el comportamiento fluyente del material en la matriz. Para conseguir los mismos resultados en cuanto al flujo del material con una matriz de superficie rugosa en comparación con otra de superficie lisa, deberá incrementarse claramente la fuerza a aplicar para vencer la resistencia al rozamiento.

El ensayo llevado a cabo en este ejemplo sirve para demostrar la influencia del denominado recubrimiento DLC (carbono análogo a diamante) sobre la superficie de la matriz. El DLC tiene la propiedad de generar una capa muy dura y que tiene excelentes propiedades en cuanto a separación. Si la capa no sufre daños, no se produce acumulación alguna de aluminio en la superficie.

Para determinar experimentalmente esta teoría, se han utilizado matrices con recubrimiento de DLC, la presión de asiento se estableció en unos 210 bar; es decir, se redujo aproximadamente 41 kN. Durante tres días de trabajo (equivalentes a unos 50.000 remaches por matriz) se comprobó la influencia en unas condiciones parecidas a las de producción. Todos los remaches colocados durante este período presentaron un comportamiento i.O; es decir la cabeza del remache se encontraba sobre la superficie de la pieza. Para comprobar si esto era un resultado puramente casual, se utilizaron en el ensayo matrices no recubiertas. El primer remachado con estas matrices puso de manifiesto un remache flojo y lo mismo sucedió con los diez siguientes soportes remachados. Los remachados subsiguientes con matrices recubiertas con DLC, arrojaron un tipo de asiento i.O.(superficial).

El inconveniente del recubrimiento DLC es el de que la capa presenta desgaste con el tiempo y, como consecuencia, se origina nuevamente una adherencia de aluminio. El remedio puede consistir en un cambio cíclico de las matrices como se determinó experimentalmente, cada tres días. Existe la posibilidad de quitar las capas y de volver a recubrir. En este caso, deberá crearse un desarrollo logístico que maneje económicamente el número de matrices que se encuentren en funcionamiento. Se suele calcular que la duración de una matriz que hay que volver a recubrir representa aproximadamente el 60% de una matriz recubierta nueva. Ello no obstante, esto debe comprobarse en la práctica.

Desde el punto de vista de los costes hay que contar con un elevado precio por matriz, como consecuencia del coste relativamente elevado de las matrices. Ello no obstante, esto, en comparación con la elevada duración de las matrices, reduce los gastos que se producen en el caso de rotura de las matrices. Además, una reducción de la presión necesaria, tiene repercusiones positivas sobre la duración del sistema total que comprende componentes hidráulicos y otros componentes mecánicos.

1

Los ensayos se llevaron a cabo con matrices originales num. A000T-47195 con recubrimiento DLC. En 50,000 remachados se desmontaron las matrices y se volvieron a pulir porque en los lugares en los que se había soltado el recubrimiento, se había acumulado aluminio. Después del pulido, se volvió a dejar metálica la superficie en estos lugares. Las cifras de soportes se han deducido del número total. Las matrices no recubiertas requieren una presión de asiento de aproximadamente 250 bar para conseguir un cuadro satisfactorio de asiento de los remaches autoperforantes.

Claims (4)

1. Dispositivo para unir chapas de aluminio mediante remachado autoperforante o roblonado con una matriz (10; 20), caracterizado porque la matriz (10;20) está revestida, por lo menos parcialmente con un recubrimiento DLC (carbono análogo al diamante).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la matriz (10;20) está revestida, en la zona vuelta hacia el punto de acoplamiento, con un recubrimiento DLC (carbono análogo al diamante).

3. Dispositivo según las reivindicaciones 1 ó 2 para roblonados con troquel adicional (30), caracterizado porque también el troquel está recubierto, por lo menos parcialmente, con un recubrimiento DLC (carbono análogo al diamante).

4. Dispositivo según la reivindicación 3, en el que la matriz (20) comprende un yunque (22) con unas mordazas (21) que se mueven lateralmente sobre la misma, caracterizado porque tanto el yunque (22) como también las mordazas (21), van recubiertos por lo menos parcialmente, con un recubrimiento DLC "carbono análogo al diamante".