ES2221422T3 - Tornillo autorroscante de metal ligero y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents

Tornillo autorroscante de metal ligero y procedimiento para su fabricacion.

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ES2221422T3 ES99941604T ES99941604T ES2221422T3 ES 2221422 T3 ES2221422 T3 ES 2221422T3 ES 99941604 T ES99941604 T ES 99941604T ES 99941604 T ES99941604 T ES 99941604T ES 2221422 T3 ES2221422 T3 ES 2221422T3
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Abstract

Tornillo autorroscante (10, 20, 40, 60, 80, 100) que tiene como material del tornillo una aleación de metal ligero que se puede endurecer térmicamente, cuyo vástago (12, 22, 44, 64, 84, 104) tiene una rosca (14, 26, 48, 70, 86, 106) con flancos de rosca y en un extremo una punta que forma la rosca y, en caso dado, realiza el taladro, punta que tiene una estructura que proporciona al material una resistencia especialmente alta, mientras que el material del resto del tornillo tiene una estructura que le proporciona una resistencia especialmente alta a la corrosión.

Description

Tornillo autorroscante de metal ligero y procedimiento para su fabricación.
La invención se refiere a un tornillo autorroscante de una aleación de metal ligero que se puede templar térmicamente, cuyo vástago está provisto de una rosca que tiene flancos de rosca. La invención se refiere, además, a un procedimiento para la fabricación de tales tornillos.
Los metales ligeros se destacan, por ejemplo, frente al acero y al hierro, por una densidad esencialmente menor, es decir, un peso menor por unidad de volumen. Por está razón se utilizan componentes constructivos de metal ligero siempre que se quiere reducir el peso, por ejemplo en la construcción de automóviles. Muchos componentes constructivos de metal ligero se fabrican según el procedimiento de fundición a presión a partir de aleaciones de aluminio, cinc o magnesio. Si tales componentes constructivos se atornillan con los tornillos autorroscantes conocidos de acero de cementación, acero bonificado o acero inoxidable, se presentan problemas. Así por ejemplo, en la zona por debajo de la cabeza de una unión roscada de componentes constructivos sin revestimiento de superficie o sin postratamiento de aleaciones de magnesio con tornillos de acero de cementación, acero bonificado o aceros inoxidables, con frecuencia se presentan signos de corrosión en la zona de contacto, especialmente cuando la unión roscada entra en contacto con medios corrosivos. La causa de una corrosión de contacto de este tipo son los potenciales de reposo electroquímicos muy diferentes de los componentes constructivos de metal ligero y de los tornillos de acero. La corrosión de contacto limita fuertemente la seguridad operativa de tales uniones roscadas. Aunque la corrosión de contacto puede reducirse por la utilización de tornillos de acero de cementación, acero bonificado o aceros inoxidables con sistemas de recubrimiento especiales, no se puede evitar por completo. Otro problema en las uniones roscadas de componentes constructivos de metal ligero con tornillos de acero, se produce debido a los diferentes coeficientes de dilatación de metales ligeros y de aceros. La utilización industrial de componentes constructivos de magnesio como tal queda limitada por el comportamiento de relajación de estos materiales, incluso con temperaturas ligeramente incrementadas. Si se utilizan tornillos de acero para atornillar tales componentes constructivos, los diferentes coeficientes de dilatación térmica de los materiales conducen en el caso de cambios de temperatura a grandes cambios de la tensión previa de la unión atornillada. Debido a ello la utilización industrial de componentes constructivos de magnesio se ve todavía más limitada.
El objetivo de la presente invención consiste en evitar hasta donde sea posible las desventajas resultantes de la técnica actual.
Según la invención, se alcanza este objetivo con un tornillo autorroscante del tipo arriba indicado con una punta en un extremo que forma la rosca y, en caso dado, el taladro, punta cuya estructura proporciona al material una resistencia especialmente alta mientras que el material del tornillo en si tiene una estructura que le proporciona una resistencia especialmente alta a la corrosión.
Un tornillo de este tipo puede unir dos características que en si son contradictorias, es decir. puede tener en, como mínimo una parte, la resistencia más alta posible admitida por el material y en la otra parte la resistencia a la corrosión lo más alta posible del material. La invención se basa en el descubrimiento de que los componentes constructivos de aleaciones de aluminio - especialmente con contenido de Cu - templadas térmicamente, tienden en el estado del tratamiento térmico de la mayor resistencia a ser atacados por la corrosión de grietas por tensiones. Este efecto es debido a la formación de precipitaciones coherentes y no coherentes, también en la zona de las superficies límite de grano durante el temple térmico por precipitación o bien el tratamiento de precipitación. Debido a ello se puede producir una corrosión intercristalina.
Por la US 5.755.542 A, se conoce un fijador en forma de tornillo que - aunque está fabricado en una sola pieza con el mismo material base - tiene por toda su longitud zonas de diferentes características del material. Sin duda, y sin que se diga expresamente en la citada patente, el material base tiene que ser acero, ya que el metal ligero no podría alcanzar nunca una dureza Rockwell de, como mínimo, 50 HRC. En el metal ligero prácticamente no es posible alcanzar una dureza mayor de aproximadamente 30 HRC. Frente a la mayor dureza en la zona de la punta del tornillo nos encontramos en la zona restante una mayor blandura para que en la posición final de atornillamiento se produzca un contacto completo de los filetes de rosca con el material del entorno del componente constructivo. Frente a esto, la invención ha previsto tratar la zona restante del tornillo hecho de metal ligero en cuanto a la mayor resistencia posible a la corrosión.
La estructura diferenciada del material del tornillo según la invención por diferentes tramos del tornillo puede conseguirse, por ejemplo por un tratamiento térmico diferenciado del tornillo por tramos. Sin embargo, también es posible modificar la estructura del material del tornillo mediante conformación mecánica. Esta conformación mecánica puede limitarse también a una parte del tornillo. La conformación mecánica también puede realizarse después del tratamiento térmico, aproximadamente a continuación de una precipitación térmica. La conformación mecánica podría consistir entonces, por ejemplo, en un filetado del tornillo por rodadura.
De preferencia, el material del tornillo es, como mínimo parcialmente, una aleación de forja de aluminio, que contiene, además del aluminio, los siguientes componentes en las concentraciones indicadas:
Silicio: 0,1 a 0,5%
Hierro: 0 a 0,5%
Cobre: 0,5 a 2,5%
Manganeso: 0,1 a 0,4%
Magnesio: 2,0 a 3,9%
Cromo: 0 a 0,3%
Cinc: 4,0 a 8,5%
Titanio: 0 a 0,2%
Circonio: 0 a 0,25%
Si se atornillan componentes constructivos de metal ligero, por ejemplo componentes de magnesio, con los tornillos según la invención, no se presentan los problemas descritos al principio, puesto que el magnesio y el aluminio tienen en el rango de temperaturas de 20 a 100ºC un coeficiente de dilatación térmica prácticamente uniforme de 27 multiplicado por 10^{-8} por K^{1} (magnesio) o bien 23,6 multiplicado por 10^{-8} K^{1} (aluminio). También los potenciales de corrosión de ambos metales son similares, es decir 1,67 Voltios para el magnesio y -0,83 Voltios para el aluminio.
Los tornillos hechos con la aleación de forja de aluminio mencionada pueden cumplir, además, otro requisito, es decir una suficiente dureza de los flancos de rosca. Una dureza grande de flancos de rosca es condición previa para que un tornillo pueda formarse por si mismo su rosca en un componente constructivo de manera que se suprime el paso del tallado de rosca en el componente constructivo que de otro modo sería necesario. Solamente así es posible que los tornillos de aluminio puedan competir como tornillos autorroscantes con aquellos de acero también desde el punto de vista del costo de fabricación.
De preferencia se utilizan tornillos autorroscantes del tipo arriba mencionado en los que, como mínimo, los flancos de la rosca del tornillo están oxidados anódicamente y tienen las correspondientes capas de óxido. Debido a una capa de óxido aumenta considerablemente la dureza superficial del tornillo contribuyendo así decisivamente a que un tornillo de este tipo pueda utilizarse como tornillo autorroscante. Con durezas o resistencias reducidas de los materiales a unir por rosca es bastante un recubrimiento de deslizamiento de la superficie del tornillo para asegurar la formación de la contrarrosca. En caso de mayores requisitos, una capa de dureza anodizada mejora las características del atornillamiento.
De preferencia las capas de óxido en el tornillo mencionado se han previsto con impregnaciones que reducen el rozamiento, por ejemplo impregnaciones de teflón. Mediante dichas impregnaciones se puede reducir considerablemente el rozamiento entre la superficie del tornillo y el componente constructiva en el que se enrosca el tornillo. Correspondientemente, se reducen las fuerzas que actúan sobre el tornillo, de manera que las solicitaciones al tornillo son menores. A la inversa, esto significa que el tornillo también puede utilizarse en aquellos casos donde la resistencia del material del tornillo no sería la suficiente con un rozamiento no reducido.
Además, preferiblemente, el tornillo está recubierto para su deslizamiento, como mínimo, en sus flancos de rosca. Mediante un recubrimiento de deslizamiento de este tipo, es posible reducir todavía más las fuerzas de rozamiento arriba mencionadas de manera que se incrementan todavía más las ventajas arriba indicadas. En principio se pueden fabricar los tornillos de aluminio autorroscantes con diferentes dimensiones, adaptadas a las diferentes finalidades de uso y adecuadas, en general, para los tornillos autorroscantes.
De preferencia se utilizan tornillos cuya rosca tiene resaltes en los flancos de rosca que sobresalen del diámetro exterior de la rosca. Estos resaltes están dispuestos, de preferencia, de manera que resulta, como mínimo, una línea circundante de forma helicoidal alrededor del vástago del tornillo, línea en la que están alineados los resaltes. En un tornillo con un paso de rosca determinado, la línea helicoidal circundante alrededor del vástago tiene, de preferencia un paso considerablemente mayor que el paso de la rosca. Aunque los tornillos con una geometría de este tipo ya se conocen por la memoria de patente alemana 27 03 433, no se conocen como tornillos de una aleación de forja de aluminio. Los experimentos han mostrado que se pueden conseguir buenos resultados de roscado con los tornillos de aluminio así conformados.
El objetivo de la invención también se alcanza con un procedimiento para la fabricación de un tornillo según la invención, procedimiento que comprende los siguientes pasos:
- conformación del tornillo por laminación u obtención de la geometría de la rosca por arranque de virutas,
- recocido de solubilización del tornillo,
- templado brusco del tornillo en agua y
- precipitación térmica del tornillo, en el que se somete el tornillo en diferentes tramos a diferentes tratamientos térmicos.
Un tratamiento térmico por tramos durante la precipitación térmica del tornillo hace posible un ajuste preciso de diferentes estructuras del material del tornillo en los diferentes tramos. Un ajuste preciso de este tipo de diferentes características a lo largo del tornillo apenas es posible con el tratamiento térmico tradicional en una instalación de horno, puesto que en una instalación de horno de este tipo se ajustan naturalmente temperaturas homogéneas en todo el tornillo, que conducen a las correspondientes características homogéneas a lo largo y en la sección transversal del tornillo.
Sin embargo, mediante el calentamiento inductivo de los tornillos se pueden ajustar diferentes temperaturas en diferentes tramos del tornillo. Para este fin se calientan los tornillos individualmente en bobinas, también llamadas inductores. En una disposición adecuada es posible someter la cabeza del tornillo y la longitud de rosca que transmite la fuerza previa a una secuencia de temperaturas y tiempos que conduce al ajuste de un estado del material de la mayor resistencia contra la corrosión, mientras que al mismo tiempo la longitud del tornillo en la punta del tornillo que sirve para formar la rosca se somete a una secuencia diferente de temperaturas y tiempos con el fin de conseguir la dureza máxima posible del material. Los parámetros óptimos correspondientes (temperatura, tiempo) para el tratamiento térmico dependen aquí de la composición química del material del tornillo.
El tratamiento térmico del tornillo durante la precipitación térmica se realiza de preferencia para la zona del extremo del tornillo opuesta a la cabeza, de forma que en dicha zona resulte una dureza estructural máxima, es decir, que en la citada zona el material del tornillo adopte una estructura de dureza máxima. Además, se realiza el tratamiento térmico diferenciado del tornillo, de preferencia de manera que el tornillo obtenga en su extremo opuesto a la cabeza una resistencia a la corrosión máxima, con excepción de una zona.
Si se quiere que los tornillos terminados tengan una cabeza, el paso del procedimiento de conformación incluye el prensado de una geometría de cabeza antes de la laminación o la obtención de la geometría de rosca por arranque de virutas. Además, de preferencia se decapa el tornillo antes del recocido de solubilización. El recocido de solubilización y la precipitación térmica siguen en varios pasos de diferente duración con diferentes temperaturas. Mediante un tratamiento de este tipo se pueden generar características óptimas de resistencia e intensidad. Aquí, las temperaturas y la duración dependen de la composición exacta del material.
En un ejemplo de ejecución preferido, la temperatura para el recocido de solubilización es de 460ºC a 520ºC, y la temperatura especialmente preferida es de 470º C a 480ºC.
En una variante preferida del procedimiento, se genera la geometría de la rosca solamente después de la precipitación térmica mediante laminación o un mecanizado de arranque de virutas. Esto significa que en esta variante del procedimiento la conformación del tornillo se limita en primer lugar al prensado de la geometría de la cabeza. A continuación se decapa el tornillo, se somete a recocido de solubilización, se enfría bruscamente y se somete a precipitación térmica. Finalmente se realiza la geometría de la rosca mediante laminación o alternativamente mediante mecanizado por arranque de virutas. Así se consigue una mayor resistencia y dureza en la zona de los flancos de rosca. Durante la laminación de la rosca se produce otra modificación de la estructura del material del tornillo mediante transformación mecánica que aumenta la resistencia de la estructura en la zona transformada.
También es posible calentar el tornillo de forma inductiva para el recocido de solubilización. De esta forma se pueden acortar considerablemente de forma ventajosa los tiempos del proceso del recocido de solubilización.
Para conseguir flancos de rosca especialmente duros con una dureza >350 HV 0,3, se puede endurecer el tornillo en su totalidad o parcialmente por anodización, es decir, oxidar por anodización. Aquí se forma una capa dura de óxido en la superficie del tornillo. Finalmente, a estas capas de óxidos puede aplicarse, además, una impregnación para reducción del rozamiento, por ejemplo una impregnación de teflón. De ello resultan las ventajas arriba mencionadas. Estas ventajas pueden incrementarse todavía más por un recubrimiento final de deslizamiento. El recubrimiento de deslizamiento sirve para reducir el coeficiente de rozamiento durante el posterior conformado de la rosca. Así se reduce, también, la deformación plástica de los flancos de rosca durante la formación de la rosca.
Además de las ventajas mencionadas del tornillo, hay que tener en cuenta que un tornillo de una aleación de forja de aluminio en lugar de un tornillo de acero, también contribuye a una reducción del peso de los componentes constructivos de unión roscada.
Las dos variantes del procedimiento se describen a continuación en detalle, lo mismo que variantes de ejecución de tornillos según la invención, con ayuda de las figuras adjuntas. Estas muestran:
- Figura 1: Un tornillo autorroscante con cabeza lenticular.
- Figura 2: Un tornillo autorroscante con cabeza hexagonal y ranuras conformadas.
- Figura 3: Un tornillo perforador.
- Figura 4: Un tornillo perforador con un tramo del vástago que forma un taladro continuado.
- Figura 5: Un tornillo perforador formador de un taladro continuado con ranuras conformadas.
- Figura 6 y última: Un tornillo alternativo de conformación de taladro continuado sin ranuras conformadas.
Los tornillos representados en las figuras 1 a 6 son todos de aleaciones de forja de aluminio, cuya composición se mueve en el rango arriba indicado. Todos los tornillos han sido templados térmicamente mediante recocido de solubilización, enfriamiento rápido y precipitación térmica y han sido sometidos finalmente a un tratamiento de superficie según necesidad.
El tornillo autorroscante 10 de la figura 1 tiene un vástago 12 provisto con una rosca exterior 14 limitada en un extremo por una cabeza de tornillo 16. La superficie de la rosca exterior 14 está formada por sus flancos de rosca 18. Al enroscar el tornillo autorroscante 10 en una pieza, se someten a solicitudes sobre todo los flancos de rosca 18 opuestos a la cabeza del tornillo 10, ya que éstos han de asumir el mayor trabajo de conformación durante la formación de la rosca. En esta zona, el tornillo 10 ha sido tratado térmicamente de manera que tenga una resistencia máxima. En esta zona puede estar además endurecido por anodización, impregnado con teflón y recubierto para su deslizamiento en su totalidad o parcialmente. En su parte restante, el tornillo 10 ha sido sometido a un tratamiento térmico tal que en esta zona tenga una resistencia máxima a la corrosión. La pieza en la que se atornilla el tornillo 10 debe tener únicamente un taladro, pero sin rosca interior, ya que esta se forma por el tornillo 10 al atornillarlo.
Igual que el tornillo autorroscante 10 de la figura 1, el tornillo autorroscante 20 de la figura 2 comprende un vástago 22 limitado en un extremo por una cabeza hexagonal 24. El vástago 22 tiene una rosca exterior 26 que tiene ranuras conformadas 28 adicionales con respecto a la rosca del tornillo 10 de la figura 1. Estas ranuras contribuyen a la formación de la rosca y quedan formadas por entalladuras en forma de V en los flancos de la rosca 26, alineadas consecutivamente en dirección longitudinal de la ranura conformada perpendicular a los flancos de rosca. Al atornillar el tornillo 20 en un taladro previamente realizado se forma en éste una rosca interior, como es también el caso del tornillo 10 de la figura 1. Sin embargo, en el tornillo 20, este proceso se ve apoyado por las ranuras conformadas 28. También el tornillo 20 ha sido sometido a un tratamiento térmico, como mínimo en la zona de su extremo del vástago opuesto a la cabeza que realiza el mayor trabajo de conformación de la rosca, tratamiento térmico de tal forma que tiene en esta zona una resistencia máxima. Además, en esta zona o en su totalidad, el tornillo puede estar endurecido por anodización, impregnado con teflón y recubierto para el deslizamiento. La parte restante del tornillo 20 ha sido tratada térmicamente de manera que esta parte tenga una resistencia máxima a la corrosión.
La figura 3 muestra un tornillo de perforación 40 que tiene, igual que el tornillo 20 de la figura 2, un vástago 44 limitado por una cabeza 42, provisto de una rosca exterior 48 que tiene ranuras conformadas 46. En el extremo opuesto a la cabeza el vástago 44 se ha provisto una punta de perforación 50, cuyos filos hacen posible que el tornillo 40 taladre él mismo un agujero al atornillarlo en una pieza sin taladro. En este agujero autotaladrado el tornillo 40 forma entonces una contrarrosca con su tramo de rosca exterior 48 de su vástago 44, tramo cercano a la punta de perforación 50. Como mínimo, la punta de perforación 50 ha sido sometida a tratamiento térmico de manera que tenga una resistencia máxima. También puede ser de otro material más duro que la aleación de forja de aluminio, de la que está hecha el resto del tornillo. El resto del tornillo de perforación 40 ha sido tratado térmicamente de manera que tenga una resistencia máxima a la corrosión.
En el tornillo autorroscante 60 de la figura 4, que también tiene un vástago 64 limitado por una cabeza 62 con una punta de perforación 66 en el extremo del vástago opuesto a la cabeza, existe, además, un tramo de vástago 68 entre la punta de perforación 66 y el tramo de vástago provisto de una rosca exterior 70, tramo 68 que forma un taladro continuado. Al atornillar el tornillo 60 en una pieza sin taladro, el tornillo 60, en primer lugar, taladra con su punta de perforación 66 un agujero, que es ensanchado después por el tramo de vástago 68 que forma el taladro continuado formando un reborde alrededor del taladro. En un taladro de paso se prolonga su longitud por la formación del reborde. En el transcurso del siguiente atornillamiento del tornillo 60, este forma tanto en el taladro como también en el reborde una rosca interior compatible con la rosca exterior 70 del tornillo 60. Debido a que esta rosca interior sigue también en el reborde que se ha formado, tiene más vueltas portantes de lo que sería el caso si el taladro en la pieza solamente se practica con una punta de perforación y no se prolonga por la formación de un agujero continuo. También el tornillo 60 ha sido tratado térmicamente de manera que la punta de perforación 66 y, en caso dado, el tramo de vástago 68 que forma el agujero continuado tengan una resistencia máxima y en otros tramos parciales una resistencia máxima a la corrosión. Además, la punta de perforación 60 puede ser de otro material más duro que el resto del tornillo.
En la figura 5 se ha representado un tornillo 80 que tiene, igual que los demás tornillos una cabeza 82 y un vástago 84 provisto de una rosca exterior 86. La rosca exterior 86 tiene ranuras conformadas 88. En el extremo del vástago 84 opuesto a la cabeza, el tornillo 80 tiene una punta 90 que forma un agujero continuado. El tornillo 80 ha sido tratado térmicamente de forma diferenciada semejante a como han sido tratados los tornillos arriba descritos. La punta de formación de un agujero continuado 90 es adecuada para la utilización en chapas previamente perforadas. Al atornillar un tornillo 80 en una pieza previamente taladrada, la punta 90 de formación del taladro continuado ensancha en primer lugar el agujero perforado, desplazando el material de la pieza en el borde del taladro. Así se produce alrededor del taladro un reborde mediante el cual se prolonga la longitud total del taladro. A continuación, la rosca 86 del tornillo forma una rosca interior compatible en el taladro prolongado por el reborde. Las ranuras conformadas 88 refuerzan este proceso.
El tornillo 100 representado en la figura 6 tiene, como los demás, una cabeza 102 y un vástago 104 provisto de una rosca exterior 106. Igual que los arriba descritos, el tornillo 100 ha sido tratado térmicamente de forma diferenciada de manera que tenga una resistencia máxima en la zona de su punta y en las demás zonas una resistencia máxima a la corrosión. El extremo del vástago 104 opuesto a la cabeza ha sido conformado como punta 108 que forma un agujero continuado. En contra de la punta 90 de formación de un taladro continuado del tornillo 80 de la figura 5, la punta 108 de formación de taladro continuado del tornillo 100 ha sido diseñada de manera que el tornillo 100 también se puede utilizar para atornillar chapas sin perforación previa. La punta 108 de formación de un taladro continuado realiza este taladro más bien al atornillar el tornillo, deformando el material que se encuentra originalmente en la zona del agujero y desplazándolo alrededor del agujero formando un reborde. En el agujero se forma a continuación una rosca interior correspondiente a la rosca exterior 106 del tornillo 100.
En lugar de las ranuras conformadas 28 u 88 con sus entalladuras características en los flancos de rosca, los tornillos 20 u 80 pueden tener resaltes o crestas, como se conocen por la memoria de patente alemana 27 03 433. Los resaltes o las crestas se disponen en el lugar en el que de otra forma se encontrarían las entalladuras de las ranuras conformadas 28 u 88. Los resaltes o las crestas sobresalen del diámetro nominal de la rosca 26 u 86 y están dispuestos de forma que resulten varias líneas circundantes helicoidales alrededor del vástago 22 u 84 del tornillo 20 u 80, líneas sobre las que están alineados los resaltes o las crestas. Estas líneas circundantes helicoidales alrededor del vástago tienen un paso considerablemente mayor que el paso de la correspondiente rosca. Al atornillar un tornillo de este tipo provisto de resaltes o crestas en un agujero previamente taladrado en una pieza, resulta una rosca con holgura, debido a la cual se reduce considerablemente el par de formación de la rosca.
Naturalmente, es posible que los tornillos autorroscantes también tengan otras geometrías con las que se consigue durante el atornillamiento una rosca métrica en la pieza.
La fabricación de todos los tornillos mencionados puede realizarse de la misma manera.
En una primera variante del proceso se realiza en primer lugar la conformación del correspondiente tornillo, prensando la cabeza del tornillo y obteniendo la geometría de la rosca en el vástago bien por laminación bien por mecanizado con arranque de virutas. A continuación se decapa el tornillo y después se somete a recocido de solubilización. La temperatura durante el recocido de solubilización oscila entre los 470ºC y los 520ºC. Después del recocido de solubilización se enfría bruscamente el tornillo en agua. A continuación se somete a precipitación térmica en dos pasos.
El calentamiento parcial para una precipitación térmica por tramos puede realizarse por inducción. Mediante el calentamiento inductivo es posible realizar los correspondientes pasos del procedimiento con otras temperaturas y, especialmente, en tiempos considerablemente menores. El calentamiento inductivo permite, especialmente, controlar el tratamiento térmico de un tornillo durante la precipitación térmica de manera que se proporcione al tornillo una resistencia máxima en la zona de su punta, incluso si su material tiene entonces allí una mayor propensión a la corrosión intercristalina, mientras que el resto del tornillo se somete a tratamiento térmico para conseguir una resistencia máxima a la corrosión. Para este fin se diferencia el tratamiento térmico del tornillo para su diferentes tramos parciales en cuanto a las temperaturas y los tiempos.
Con el fin de aumentar la resistencia y la dureza del tornillo en la zona de los flancos de rosca, se realiza la geometría de la rosca en una segunda variante del procedimiento solamente después de la precipitación térmica, bien mediante laminación o por mecanizado con arranque de virutas. La segunda variante del procedimiento se destaca, por lo tanto, porque en primer lugar solamente se realiza la cabeza del tornillo mediante prensado. A continuación se decapa el tornillo y después se somete para su endurecimiento térmico a recocido de solubilización, enfriamiento brusco y precipitación térmica. Solamente entonces se realiza la geometría de la rosca.
El siguiente tratamiento opcional del tornillo es el mismo en ambos procedimientos: En primer lugar se oxidan de forma anódica sus superficies, especialmente en la zona de los flancos de rosca. Este paso del procedimiento también se conoce como tratamiento anódico o endurecimiento por anodización. Como consecuencia de la oxidación anódica se forma en la superficie del tornillo una capa de óxido especialmente dura, con cuya ayuda se puede aumentar la dureza de los flancos de rosca hasta valores superiores a, por ejemplo, 350 HVO,3. La oxidación anódica es seguida, convenientemente, por una impregnación de la capa de óxido producida, impregnación que reduce el rozamiento. Esto se puede realizar, por ejemplo, con ayuda de Teflón. A continuación se aplica sobre los tornillos un recubrimiento de deslizamiento con el fin de reducir todavía más la fuerza de rozamiento durante la formación de la rosca. La consecuencia es que se reduce claramente la deformación plástica de los flancos de rosca durante la formación posterior de la rosca cuando se atornilla el tornillo en una pieza.

Claims (17)

1. Tornillo autorroscante (10, 20, 40, 60, 80, 100) que tiene como material del tornillo una aleación de metal ligero que se puede endurecer térmicamente, cuyo vástago (12, 22, 44, 64, 84, 104) tiene una rosca (14, 26, 48, 70, 86, 106) con flancos de rosca y en un extremo una punta que forma la rosca y, en caso dado, realiza el taladro, punta que tiene una estructura que proporciona al material una resistencia especialmente alta, mientras que el material del resto del tornillo tiene una estructura que le proporciona una resistencia especialmente alta a la corrosión.
2. Tornillo según la reivindicación 1, caracterizado porque el material del tornillo es, como mínimo parcialmente, una aleación de forja de aluminio, que contiene, además del aluminio, los siguientes componentes con las concentraciones indicadas:
Silicio: 0,1 a 0,5% Hierro: 0 a 0,5% Cobre: 0,5 a 2,5% Manganeso: 0,1 a 0,4% Magnesio: 2,0 a 3,9% Cromo: 0 a 0,3% Cinc: 4,0 a 8,5% Titanio: 0 a 0,2% Circonio: 0 a 0,25%
3. Tornillo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque, como mínimo los flancos de rosca del tornillo (10, 20, 40, 60, 80, 100) están oxidados anódicamente y tienen las correspondientes capas de óxido.
4. Tornillo según la reivindicación 3, caracterizado porque las capas de óxido están provistas de impregnaciones que reducen el rozamiento.
5. Tornillo según la reivindicación 4, caracterizado porque las capas de óxido están impregnadas con tetrafluoretileno (Teflón®).
6. Tornillo según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque, como mínimo, los flancos de rosca del tornillo están recubiertos para el deslizamiento.
7. Procedimiento para la fabricación de un tornillo según una de las reivindicaciones anteriores, con los siguientes pasos de procedimiento:
- conformación del tornillo por laminación o realización de la geometría de rosca por arranque de virutas,
- recocido de solubilización del tornillo,
- enfriamiento brusco del tornillo en agua y
- precipitación térmica del tornillo.
caracterizado porque el tornillo se somete a un tratamiento térmico durante la precipitación térmica en la zona de su extremo opuesto a la cabeza del tornillo de manera que resulta una dureza de estructura máxima, y porque por lo demás se somete a tratamiento térmico de manera que resulta una resistencia máxima a la corrosión.
8. Procedimiento para la fabricación de un tornillo según una de las reivindicaciones 1 a 5, con los siguientes pasos de procedimiento:
- conformación del tornillo por laminación o realización de la geometría de rosca por arranque de virutas,
- recocido de solubilización del tornillo,
- enfriamiento brusco del tornillo en agua y
- precipitación térmica del tornillo.
caracterizado porque la geometría de rosca solamente se realiza por laminación o mecanizado con arranque de virutas después de la precipitación térmica.
9. Procedimiento según la reivindicación 7 u 8, caracterizado porque para la precipitación térmica el tornillo se calienta por inducción.
10. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque el paso del procedimiento para la conformación incluye el prensado de la geometría de la cabeza antes de realizar la geometría de rosca por laminación o arranque de virutas.
11. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque el tornillo se decapa en otro paso del procedimiento entre los pasos del procedimiento de conformación y del recocido de solubilización.
12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 11, caracterizado porque el recocido de solubilización se realiza con una temperatura comprendida entre 460ºC y 520ºC.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, caracterizado porque el recocido de solubilización se realiza con una temperatura comprendida entre 470ºC y 480ºC.
14. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 13, caracterizado porque tiene un paso de procedimiento que consiste en el endurecimiento por anodización, a continuación de los pasos del procedimiento mencionados en las reivindicaciones 7 a 13, durante el cual se genera una capa de óxido mediante la oxidación anódica, como mínimo en la zona de los flancos de rosca.
15. Procedimiento según la reivindicación 14, en el que se realiza para la capa de óxido generada durante el endurecimiento por anodización una impregnación que reduce el rozamiento.
16. Procedimiento según la reivindicación 15, en el que la capa de óxido se impregna con tetrafluoretileno (Teflón®) para reducir el rozamiento.
17. Procedimiento según una de las reivindicaciones 7 a 16, caracterizado porque tiene un paso de procedimiento final que es el recubrimiento de deslizamiento, donde se aplica un recubrimiento de deslizamiento sobre el tornillo.
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