ES2276061T3 - Metodo para diseñar la fabricacion de roscas en un elemento roscado, elemento roscado fabricado segun el metodo y junta roscada que incluye un elemento de este tipo. - Google Patents

Abstract

Método para la formación de roscas de un elemento dotado de rosca destinado a incluirse como una de dos piezas dotadas de rosca en una junta roscada, junta roscada que comprende una pieza (2) que tiene una rosca interna y una pieza (1) que tiene una rosca externa, y en la que la pieza (1) que tiene una rosca externa está destinada a pretensarse con una fuerza de tracción axial, y en la que las roscas de las piezas respectivas están formadas inicialmente según el perfil básico ISO y/o Unificado teniendo un juego inicial tanto en la dirección radial como en la dirección axial, cuando dichas piezas se enroscan juntas y se destensan, caracterizado porque las roscas de dicho elemento dotado de rosca están formadas de manera que se obtiene un juego (DeltaSa) adicional entre dichas dos piezas dotadas de rosca en la dirección axial, al mismo tiempo que dicho juego inicial en la dirección radial permanece sustancialmente inalterado, no teniendo ya la pieza de la junta roscada que consiste en el elementodotado de rosca el perfil básico ISO/Unificado.

Description

Método para diseñar la fabricación respectiva de roscas en un elemento roscado, elemento roscado fabricado según el método y junta roscada que incluye un elemento de este tipo.

La presente invención se refiere a un método para la formación de roscas de un elemento dotado de rosca destinado a incluirse como una de dos piezas dotadas de rosca en una junta roscada, junta roscada que comprende una pieza que tiene una rosca interna y una pieza que tiene una rosca externa, y en la que la pieza que tiene una rosca externa está destinada a pretensarse con una fuerza de tracción axial, y en la que las roscas de las piezas respectivas están formadas inicialmente según el perfil básico ISO y/o Unificado teniendo un juego inicial tanto en la dirección radial como en la dirección axial, cuando dichas piezas se enroscan juntas y se destensan. La invención también se refiere a un elemento dotado de rosca formado según el método así como a una junta roscada en la que al menos una de las piezas dotadas de rosca de la junta consiste en un elemento dotado de rosca de este tipo.

La invención se refiere además a un método para la fabricación de roscas de un elemento dotado de rosca destinado a incluirse como una de dos piezas dotadas de rosca de una junta roscada, a un elemento dotado de rosca fabricado según el método así como a una junta roscada en la que al menos una de las piezas dotadas de rosca de la junta consiste en un elemento dotado de rosca de este tipo.

Por tanto, el elemento dotado de rosca en cuestión según la invención puede ser o bien un tornillo o una tuerca, y dichos tornillos o tuercas dotados de roscas, formados según la invención, pueden utilizarse juntos entre sí o junto con tornillos y tuercas formados según la norma.

Según la norma ISO (ISO/68) para roscas métricas, así como para roscas según la norma Unificada americana (ANSI/ASME B1.1 que hace referencia a la ISO/68), se utiliza un denominado perfil básico que se ilustra en la figura 1. Según este perfil básico, la anchura, entre otras cosas, se define por el filete de la rosca del tornillo y las ranuras de la rosca de la tuerca, respectivamente, como la mitad del paso (0,5P), y el diámetro medio teórico para el tornillo y la rosca, respectivamente, d_{2} y D_{2}, respectivamente, se determina por la generatriz que corta el triángulo básico por la mitad de la altura H del mismo. A continuación, se utilizan adicionalmente varios conceptos y expresiones según las definiciones que se facilitan en la ISO/68.

En teoría, los diámetros medios para el tornillo y la rosca, respectivamente, coinciden entre sí según el perfil básico. Sin embargo, en la práctica, tiene que haber un juego entre el tornillo y la tuerca con el fin de que puedan ensamblarse.

Mediante el uso de tolerancias de fabricación normalizadas, se obtiene un juego que facilita la capacidad de recambio entre el tornillo y la tuerca de diferentes fabricantes. El juego se proporciona desplazando el diámetro medio del tornillo hacia el interior, o el diámetro medio de la tuerca hacia el exterior. De este modo, se obtiene tanto un juego radial como uno axial, véase la figura 2. Sin embargo, de este modo también disminuye la cobertura de la rosca, es decir la distancia en la que se solapan entre sí las roscas del tornillo y de la tuerca en la dirección radial, lo que hace que aumente la presión superficial entre las roscas y que se deteriore la resistencia.

Según la ley de Hooke, un cuerpo se estira de manera proporcional a la fuerza que se aplica sobre él. Tal estiramiento también puede provocarse mediante calentamiento. Para un tornillo, un estiramiento significa que el paso de rosca aumenta. Si el estiramiento del tornillo dentro de la altura de la tuerca se hace mayor que el juego axial entre los flancos de las roscas, surgirá una interferencia, lo que supone que la tuerca queda bloqueada.

Este problema es particularmente evidente con fuerzas de pretensado altas, como es el caso en el pretensado hidráulico del tornillo de alta resistencia en la dimensión M18 y superiores, con tolerancias de rosca según la norma, y altura mayor de turca que la de la norma. Durante el pretensado, la tuerca se descarga, en el extremo del tornillo en el que tira la herramienta de pretensado, mientras que la herramienta de pretensado tira del tornillo con una fuerza de tracción axial. El tornillo de alta resistencia se caracteriza porque la fuerza obtenida en el pretensado cerca del límite de elasticidad en tensión es significativamente mayor que para los tornillos normales, y porque de este modo requiere más roscas para distribuir la fuerza entre ellas, de manera que la tensión por rosca no llegue a ser demasiado alta, lo que da como resultado una mayor altura de la tuerca que la normal, por ejemplo del orden del 100%. Sin embargo, el estiramiento axial del tornillo que se obtiene dentro de la mayor altura de la tuerca todavía tiene que alojarse dentro del juego axial de la tuerca con el fin de evitar la interferencia. Por tanto, el uso de un tornillo de alta resistencia supone un aumento del riesgo de bloqueo cuando las tolerancias de la rosca según la norma no facilitan un juego axial suficiente. Por tanto, el tamaño del juego establece un límite para en cuánto puede pretensarse el tornillo. En la figura 3 se ilustra esquemáticamente cómo cooperan las roscas de un tornillo pretensado con las roscas de una tuerca atornillada y el juego axial que se requiere para que no se produzca el bloqueo.

El método más extendido para provocar un juego axial es, según lo anterior, dar al tornillo un diámetro medio menor que a la tuerca. Sin embargo, resulta inapropiado y ocasionalmente incluso imposible, aumentar adicionalmente la diferencia en el diámetro medio entre el tornillo y la tuerca para obtener de este modo un juego axial suficiente, puesto que esto disminuye la cobertura de la rosca y supone una mayor presión superficial entre las roscas, tal como se ha explicado anteriormente.

El objeto de la invención es superar las desventajas mencionadas anteriormente y encontrar una solución para los problemas mencionados anteriormente. Esto se consigue mediante el método para la formación de las roscas de un elemento dotado de rosca, tal como un tornillo o una tuerca, que tiene las nuevas características definidas en la parte caracterizadora de la reivindicación 1, así como mediante el método para la fabricación de roscas de un elemento dotado de rosca destinado a incluirse como una de dos piezas dotadas de rosca en una junta roscada, que tiene las nuevas características definidas en la reivindicación 10.

Por tanto, el método para la formación de las roscas, según la invención, se caracteriza porque las roscas del elemento dotado de rosca se forman de manera que se obtiene un juego adicional entre dichas dos piezas dotadas de rosca en la dirección axial, al mismo tiempo que dicho juego inicial en la dirección radial permanece sustancialmente inalterado, no teniendo ya la pieza de la junta roscada que consiste en el elemento dotado de rosca el perfil básico ISO/Unificado. De esta forma, se obtiene la ventaja de que puede mantenerse la cobertura de la rosca y se obtiene un mayor tope posible entre las dos piezas, lo que da una oportunidad para una transferencia de fuerzas máxima. Esto permite una fuerza de pretensado alta de un tornillo, lo que es particularmente ventajoso para tornillos de material de alta resistencia. Sin embargo, la invención no se limita a la aplicación para un tornillo de alta resistencia, sino que ventajosamente también puede utilizarse en otras aplicaciones.

Según una realización ventajosa de la invención, el elemento dotado de rosca consiste en la pieza que tiene una rosca interna, cuyas roscas se forman de manera que dicho juego axial adicional, junto con el juego axial inicial, equivale al menos al alargamiento máximo que se espera que experimente la pieza que tiene rosca externa, en el pretensado, dentro del área en el que cooperan dichas piezas.

Según otra realización ventajosa de la invención, el elemento dotado de rosca consiste en la pieza que tiene rosca externa y las roscas de la pieza que tiene rosca externa se forman de manera que dicho juego axial adicional, junto con el juego axial inicial, corresponde al menos al alargamiento máximo que se espera que experimente la pieza que tiene rosca externa, en el pretensado, dentro del área en el que dicha pieza que tiene rosca externa coopera con la pieza que tiene rosca interna.

Según un aspecto ventajoso, la anchura del filete de la rosca del elemento dotado de rosca se disminuye en una medida que corresponde al juego axial adicional deseado. Esto puede realizarse o bien mediante la disminución de la anchura del filete de la rosca que sólo se produce en un flanco de la misma, o bien se distribuye en los dos flancos de la misma.

Además, la presente invención proporciona un elemento dotado de rosca formado según el método de formación, así como una junta roscada que comprende al menos uno de tal elemento dotado de rosca.

El método para la fabricación de roscas, según la presente invención, se caracteriza porque las roscas se fabrican en dos etapas, a saber, una primera etapa en la que las roscas se fabrican por medio de una herramienta de corte de la misma forma que en la fabricación de roscas según la norma ISO o la norma Unificada con el juego radial y axial inicial accesorios, y una segunda etapa en la que la herramienta de corte sólo se hace avanzar axialmente una distancia adicional con el fin de provocar un juego axial adicional decidido de antemano, distancia que corresponde a dicho juego adicional, así como con una posición radial inalterada. Las ventajas que se logran ya se han descrito anteriormente, pero se obtienen ventajas adicionales mediante elementos que tienen la nueva rosca de la invención que facilita el juego axial adicional que pueden fabricarse de manera simple partiendo del método de fabricación que se aplica a los elementos que tienen roscas convencionales normales, con el mismo equipo y con un cambio muy pequeño en el control. Las dos etapas pueden seguir directamente una después de la otra, sin parada. La invención también se refiere a un elemento dotado de rosca fabricado según dicho método, así como a una junta roscada que comprende al menos uno de tales elementos dotados de rosca.

La invención se describirá ahora en detalle haciendo referencia a las figuras de los dibujos adjuntos, que ilustran la técnica anterior y los problemas que la acompañan, y también muestran el ejemplo de realización de la presente invención, y en los que:

la figura 1 muestra el perfil básico para las roscas según la norma ISO y la norma Unificada,

la figura 2 ilustra esquemáticamente cómo se logra un juego axial extendido entre el tornillo y la tuerca según la norma ISO, en una vista parcial desde el lateral y en sección transversal de una junta roscada,

la figura 3 ilustra esquemáticamente cómo afecta el pretensado de un tornillo al juego entre el tornillo y la tuerca en una junta roscada, observada en una vista parcial desde el lateral y en sección transversal,

la figura 4 muestra una vista parcial desde el lateral y en sección transversal de un ejemplo de realización de una junta roscada que tiene roscas formadas según la presente invención, y

la figura 5 ilustra el método de fabricación según la presente invención.

Tal como se ha mencionado ya en la introducción de la descripción, la figura 1 muestra el perfil básico para roscas, que es común para la norma ISO/68 y la norma Unificada. El tornillo 1 es aquí la pieza que está por debajo la línea de perfil básico y la tuerca 2 es la pieza que está por encima de la línea de perfil básico en la figura. P es el paso de rosca, H es la altura del triángulo básico para el tornillo y la rosca, respectivamente, d_{2} es el diámetro medio para el tornillo y D_{2} es el diámetro medio para la tuerca.

En la figura 2 se muestra esquemáticamente cómo se logra un juego entre el tornillo 1 (la pieza inferior) y la tuerca 2 (la pieza superior) según la norma ISO y la norma Unificada según la práctica más extendida, es decir, mediante el desplazamiento del diámetro d_{2} medio del tornillo con relación al diámetro D_{2} medio de la tuerca, que también se ha explicado en la introducción de la descripción. De este modo, también disminuye la cobertura de la rosca desde el que era GT_{9} según el perfil básico hasta llegar a ser GT_{1}. En la dirección radial, se obtiene un juego S_{r} y en la dirección axial se obtiene un juego S_{a}, que en el caso ilustrado se distribuye sobre los dos flancos de la rosca de manera que el juego axial en el flanco respectivo es de S_{a}/2.

En la figura 3 se ilustra esquemáticamente cómo cooperan las roscas de un tornillo 1 pretensado con las roscas de una tuerca 2 enroscada y el juego axial que se requiere para que no se produzca el bloqueo. A la izquierda en la ilustración se observa cómo, en un extremo de la tuerca, casi tiene lugar un tope total contra el flanco 3 derecho de la rosca del tornillo, es decir, que no hay juego en dicho flanco, sino que todo el juego 4 axial se sitúa en el flanco opuesto, mientras que en el otro extremo de la tuerca, a la derecha en la ilustración, tiene lugar el tope contra el flanco 5 izquierdo de la rosca del tornillo. En la parte central de la tuerca, el juego 4 axial está distribuido uniformemente en ambos flancos.

En la figura 4, se muestra un ejemplo de realización de formación de roscas según la presente invención. En comparación con la figura 2 se ha obtenido un juego S_{a}’ axial total aumentado, distribuido con la mitad sobre cada uno de los flancos respectivos y que también puede describirse como el juego S_{a} axial inicial con la adición de un juego \DeltaS_{a} axial adicional. Esto se ha obtenido por el hecho de que el diámetro D_{2} medio para la tuerca 2 se ha retirado la distancia \alpha, es decir, que la distancia entre el diámetro D_{2}’ medio de la tuerca y el diámetro d_{2} medio del tornillo 1 ha aumentado. Sin embargo, se ha permitido que esto ocurra sin haber cambiado el juego S_{r} radial. Por tanto, la cobertura de la rosca se ha mantenido y todavía es igual de grande que la cobertura de la rosca en la figura 2, es decir GT_{1}. Si se hubiera proporcionado en cambio un juego axial aumentado según el método más extendido, tal como se ilustra en la figura 2, la cobertura de la rosca habría disminuido en una forma que corresponde a la que se observa en la figura 2, en la que GT_{1} es menor que GT_{g}. Tal como se observa también en la figura 4, el tornillo ha mantenido el perfil básico del mismo según la norma ISO/Unificada, mientras que la tuerca modificada, sin embargo, ya no cumple con este perfil básico.

Finalmente, en la figura 5 se muestra un ejemplo de realización del método para la fabricación de roscas de un elemento dotado de rosca destinado a incluirse como una de dos piezas dotadas de rosca en una junta roscada, según la presente invención. La junta roscada comprende una pieza que tiene una rosca interna en forma de una tuerca 2 y una pieza que tiene una rosca externa en forma de un tornillo 1. Como ejemplo, en la figura 5 se muestra un elemento dotado de rosca en forma de una tuerca 2. Las roscas se fabrican en dos etapas, a saber, una primera etapa en la que las roscas se fabrican por medio de una herramienta de corte de la misma forma que en la fabricación de roscas según la norma ISO o la norma Unificada con el juego axial y radial inicialmente accesorios, y una segunda etapa en la que la herramienta de corte sólo se hace avanzar axialmente una distancia adicional de manera que la anchura del filete de la rosca se disminuye en una medida que corresponde al juego axial adicional deseado \DeltaS_{a}. Esta segunda etapa con avance axial tiene lugar con la posición radial inalterada. En la figura 5 se ilustra cómo tiene lugar la disminución del filete de la rosca mediante la reducción de un flanco de la misma. La posición del flanco tras la primera etapa de mecanizado se ilustra mediante la línea 8 discontinua, y la posición del flanco tras la segunda etapa de mecanizado se ilustra mediante la línea 9 continua. Por tanto, todo el mecanizado se produce sólo en uno de los flancos del filete de la rosca, aunque también es posible mecanizar ambos flancos, si esto se considera conveniente. Es importante observar que la posición radial de la superficie 10 superior truncada no se ve afectada por el mecanizado en la segunda etapa, por lo que el juego radial permanece inalterado y la cobertura de la rosca se mantiene.

Debe añadirse que en todos los casos ilustrados, los fondos de las roscas son algo redondeados, según la norma, pero que esto no se ha mostrado en los dibujos por motivos de claridad.

En los ejemplos mostrados, la tuerca se ha ilustrado como la pieza que se ha formado con una rosca que proporciona un juego adicional según la presente invención, pero naturalmente, puede ser el tornillo el que se forme de esta manera, o alternativamente ambas partes, si esto se considera conveniente.

La presente invención no debe considerarse como limitada por las realizaciones que se han descrito, a modo de ejemplos únicamente, sino que puede modificarse y variarse en una de múltiples formas, tal como comprende una persona experta en la técnica, dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

1. Método para la formación de roscas de un elemento dotado de rosca destinado a incluirse como una de dos piezas dotadas de rosca en una junta roscada, junta roscada que comprende una pieza (2) que tiene una rosca interna y una pieza (1) que tiene una rosca externa, y en la que la pieza (1) que tiene una rosca externa está destinada a pretensarse con una fuerza de tracción axial, y en la que las roscas de las piezas respectivas están formadas inicialmente según el perfil básico ISO y/o Unificado teniendo un juego inicial tanto en la dirección radial como en la dirección axial, cuando dichas piezas se enroscan juntas y se destensan, caracterizado porque las roscas de dicho elemento dotado de rosca están formadas de manera que se obtiene un juego (\DeltaS_{a}) adicional entre dichas dos piezas dotadas de rosca en la dirección axial, al mismo tiempo que dicho juego inicial en la dirección radial permanece sustancialmente inalterado, no teniendo ya la pieza de la junta roscada que consiste en el elemento dotado de rosca el perfil básico ISO/Unificado.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento dotado de rosca consiste en la pieza que tiene rosca interna, cuyas roscas están formadas de manera que dicho juego axial adicional junto con el juego axial inicial corresponde al menos al alargamiento máximo que se espera que experimente la pieza que tiene rosca externa, en el pretensado, dentro del área en el que cooperan dichas piezas.

3. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque el elemento dotado de rosca consiste en la pieza que tiene rosca externa, y porque las roscas de la pieza que tiene rosca externa están formadas de manera que dicho juego axial adicional junto con el juego axial inicial corresponde al menos al alargamiento máximo que se espera que experimente la pieza que tiene rosca externa, en el pretensado, dentro del área en el que dicha pieza que tiene rosca externa coopera con la pieza que tiene rosca interna.

4. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se aumenta el juego axial manteniéndose la cobertura de la rosca.

5. Método según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la anchura del filete de la rosca del elemento dotado de rosca se disminuye en una medida que corresponde al juego axial adicional deseado.

6. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque la disminución de la anchura del filete de la rosca sólo se produce en un flanco de la misma.

7. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque la disminución de la anchura del filete de la rosca se distribuye en ambos flancos de la misma.

8. Elemento dotado de rosca formado según el método definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1-7.

9. Junta roscada que comprende una pieza (2) que tiene una rosca interna y una pieza (1) que tiene una rosca externa, apretándose juntas las dos piezas dotadas de rosca entre sí para formar la junta, caracterizada porque al menos una de dichas piezas dotadas de rosca consiste en un elemento dotado de rosca fabricado según el método definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1-7.

10. Método para la fabricación de roscas de un elemento dotado de rosca destinado a incluirse como una de dos piezas dotadas de rosca en una junta roscada, junta roscada que comprende una pieza (2) que tiene una rosca interna y una pieza (1) que tiene una rosca externa, caracterizado porque las roscas se fabrican en dos etapas, a saber, una primera etapa en la que las roscas se fabrican por medio de una herramienta de corte de la misma forma que en la fabricación de roscas según la norma ISO o la norma Unificada con el juego radial y axial inicial accesorios, y una segunda etapa en la que la herramienta de corte sólo se hace avanzar axialmente una distancia adicional, y con posición radial inalterada, para lograr un juego (\DeltaS_{a}) axial adicional decidido de antemano, correspondiendo dicha distancia a dicho juego
adicional.

11. Elemento dotado de rosca fabricado según el método definido en la reivindicación 10.

12. Junta roscada que comprende al menos un elemento dotado de rosca fabricado según el método definido en la reivindicación 10.