ES2277166T3 - Tornillo con una punta funcional parcialmente endurecida y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de un tornillo de acero al carbono de baja aleación con una cabeza, una sección de sujeción subsiguiente y una punta funcional que en la zona exterior presenta una dureza de profundidad radial limitada mayor que la de la sección de sujeción, en el que el cuerpo de tornillo se moldea por presión y laminación, dado el caso, el cuerpo de tornillo se endurece por precipitación en conjunto o se templa por cementación, y, a continuación, se somete la punta funcional a un proceso de endurecimiento, caracterizado porque el endurecimiento tiene lugar mediante calentamiento momentáneo con alta transferencia de energía y enfriamiento brusco y se limita a zonas parciales del contorno de la punta funcional.
Description
Tornillo con una punta funcional parcialmente
endurecida y procedimiento para su fabricación.
La invención se refiere a un procedimiento para
la fabricación de un tornillo compuesto por un acero al carbono de
baja aleación con una cabeza, una sección de sujeción subsiguiente y
una punta funcional que en la zona exterior de profundidad radial
limitada presenta una dureza mayor que la de la sección de sujeción,
moldeándose el cuerpo del tornillo por presión y laminación y a
continuación sometiéndose la punta funcional a un proceso de
endurecimiento (documento
US-A-5.755.542). Se refiere además a
un tornillo de este tipo.
Para la fabricación del tornillo
auto-terrajador conocido del documento
DE-PS2211608, en el que la dureza de rosca mayor
está limitada a la sección auto-terrajadora y se
extiende al núcleo de la rosca, la zona endurecida de rosca se
genera por calentamiento en una bobina de inducción y, a
continuación, se enfría bruscamente. Sólo de esta manera puede
conseguirse el endurecimiento homogéneo, pretendido por el estado de
la técnica, que discurre por el contorno. No obstante, esto tiene
como consecuencia un desarrollo intermitente del procedimiento con
una laboriosa manipulación de cada tornillo individual. Por tanto,
también la tasa de transferencia de energía queda por detrás de las
posibilidades y, además, como consecuencia de la conducción del
calor, se produce un endurecimiento adicional del núcleo en su zona
exterior, el endurecimiento del núcleo ocasionado por la presión de
la cabeza y la laminación de la rosca es suficiente y el
endurecimiento adicional aumenta la propensión a roturas frágiles
del tornillo inducidas por el hidrógeno. Finalmente, también en la
dirección axial la zona endurecida es relativamente larga; dado que
ésta no tiene que permanecer en la pieza estructural de sujeción,
sino que debe atornillarse y sobresale hacia fuera, una punta
funcional larga en la dirección axial tiene una apariencia
especialmente molesta.
La invención remediará esto. Ésta consiste,
partiendo del procedimiento ilustrado al principio, en que el
endurecimiento tiene lugar mediante un calentamiento momentáneo con
alta transferencia de energía y enfriamiento rápido subsiguiente, y
se limita a zonas parciales del contorno de la punta funcional.
Estas medidas se basan en el conocimiento de que el efecto de la
punta funcional del tornillo prácticamente no se ve perjudicado si
su dureza no se extiende por todo su contorno, sino únicamente por
zonas parciales del contorno, mientras otras zonas parciales del
contorno de la punta funcional conservan su resistencia básica. Por
tanto, al mismo tiempo se abre la posibilidad de realizar un
endurecimiento de este tipo en régimen continuo, lo cual simplifica
considerablemente y abarata el proceso de fabricación. Asimismo, el
endurecimiento puede concentrarse en una sección longitudinal corta
de la rosca, de manera que en el estado montado sólo sobresale una
punta funcional correspondientemente corta.
La austenización a corto plazo del acero al
carbono de baja aleación para el endurecimiento parcial de
determinadas secciones del componente se conoce por sí misma, no
obstante, no es conocido el tipo de uso especial anteriormente
descrito de una medida de este tipo.
El calentamiento de la punta funcional por zonas
parciales de su contorno puede tener lugar de forma inductiva
durante el desplazamiento transversal lineal del tornillo a través
de un inductor lineal. No obstante, resulta especialmente
ventajosa, debido a la transferencia de energía aún más rápida y a
la conducción del calor al núcleo del tornillo correspondientemente
más reducida, la solicitación mediante rayo láser. En este caso,
pueden dirigirse varios rayos láser a secciones del contorno de la
punta funcional del tornillo.
También se conoce en sí mismo el endurecimiento
local por láser, tal como se desprende del documento DE19853733C1 o
del documento EP0130749B1; aunque no se conoce en el caso de
tornillos y en la configuración especial del presente
procedimiento.
El cuerpo del tornillo puede endurecerse por
precipitación o templarse por cementación en su conjunto antes del
endurecimiento parcial de la punta funcional. El endurecimiento por
precipitación tiene lugar por calentamiento a la temperatura de
austenización, enfriamiento brusco y revenido, el templado por
cementación por carbono o carbonitruración tiene lugar durante el
calentamiento a la temperatura de austenización seguido nuevamente
de enfriamiento brusco y revenido.
Preferentemente, el endurecimiento limitado en
el contorno se limita radialmente a las puntas y a las secciones de
los flancos de las vueltas de rosca
auto-terrajadoras de la punta funcional. En tanto
que la punta funcional también presenta cantos de corte para la
perforación previa o moldeo de orificios de flujo, de forma
ventajosa, el endurecimiento se limita a los cantos de corte de las
secciones que forman perforaciones de la punta funcional. En todos
los casos, puede reducirse la profundidad radial del calentamiento
momentáneo que ocasiona el endurecimiento mayor en la dirección
axial desde el comienzo de la punta funcional hacia la cabeza.
En correspondencia, el objeto de la invención es
un tornillo de acero al carbono de baja aleación con una cabeza,
una sección de sujeción subsiguiente y una punta funcional que en la
zona exterior presenta una dureza de profundidad radial limitada
mayor que la de la sección de sujeción, y que se caracteriza porque
sólo se endurecen zonas parciales del contorno de la punta
funcional. No por último, resulta especialmente ventajoso desde el
punto de vista técnico de la fabricación que estén endurecidas dos
zonas parciales diametralmente opuestas del contorno. No obstante,
especialmente cuando el endurecimiento tiene lugar mediante rayos
láser, pueden endurecerse más de dos zonas parciales que se
distribuyen entonces por el contorno de la punta funcional del
tornillo.
El dibujo ilustra la invención en formas de
realización de tornillos y muestra concretamente
la figura 1, en una vista lateral, un tornillo
con una punta funcional que sirve para el moldeo de roscas;
la figura 2, la punta funcional indicada en la
figura 1 en una representación ampliada y con indicación rayada de
las zonas de vueltas de rosca endurecidas;
las figuras 3a) a c), variantes de la sección
transversal según III-III de la figura 1 con zonas
endurecidas indicadas de forma rayada;
la figura 4, en la vista lateral, otro tornillo
con una punta funcional que hace orificios previos y corta la
rosca;
la figura 5, una representación ampliada de la
punta funcional que se desprende de la figura 4 con indicación
rayada de las zonas endurecidas;
la figura 6, un corte según la línea
IV-IV de la figura 5;
la figura 7, en una vista lateral, otra
construcción de tornillo con punta funcional para el moldeo de
orificios para roscas interiores;
la figura 8, una representación ampliada de la
punta funcional que se desprende de la figura 7 con indicación
mediante rayado de las zonas endurecidas;
la figura 9, un corte según la línea
IX-IX de la figura 8;
la figura 10, una representación correspondiente
a la figura 2 de una punta funcional
auto-terrajadora con tres vueltas de rosca
(parciales);
la figura 11, un corte según la línea
A-A de la figura 10;
la figura 12, un corte según la línea
B-B de la figura 10; y
la figura 13, un corte según la línea
C-C de la figura 10.
El tornillo de la figura 1 tiene una cabeza 1
con un agarre 2 interior para herramientas. Su vástago 3 está
dotado de una rosca 4. En la zona de la punta 5 funcional sale la
primera vuelta hacia fuera y, al igual que las dos vueltas de rosca
contiguas, está endurecida en la zona de las puntas 6 y los flancos
7 por zonas 8 parciales del modo según la invención. Las figuras
3a) a c) muestran en corte según la línea III-III de
la figura 1 zonas 8 parciales endurecidas del contorno cuyo diseño,
indicado de forma rayada, depende del tipo de procedimiento de
endurecimiento indicado. Por tanto, las zonas 8 parciales según la
figura 3a) se generan por calentamiento por inducción durante el
desplazamiento transversal lineal del tornillo a través del inductor
lineal, mientras que las zonas 8 parciales endurecidas de las
figuras 3b) y 3c) se han generado por calentamiento mediante tres o
dos rayos láser.
El tornillo según la figura 4 tiene una cabeza
10 con un agarre 11 exterior para herramientas y un vástago 12 con
rosca 13. Su punta 14 funcional tiene una sección 15 de perforación
con cantos 16 de corte, así como vueltas 17 de rosca contiguas
auto-terrajadoras cuya configuración se corresponde
con la del tornillo según la figura 1 (véase el corte
III-III de la figura 4). Las zonas 8 parciales
endurecidas del contorno de la sección 15 de perforación en la
figura 6 han de desprenderse de la representación de la sección
VI-VI de la figura 5; su extensión axial se
desprende directamente de la figura 5.
El tornillo según la figura 7 tiene una cabeza
20 con un agarre 21 interior para herramientas. Su vástago 22 con
la rosca 23 tiene una punta 24 funcional con una sección 25
perforadora cuyo endurecimiento en zonas 26 parciales del contorno
ha de desprenderse de la figura 9. La extensión axial de las zonas
26 parciales se desprende de la figura 8. Las vueltas 27 de la
rosca 23 contiguas a la punta 25 perforadora están endurecidas a su
vez en las zonas 8 parciales del contorno, tal como se ha descrito
en relación con la figura 1 y como ha de desprenderse de las
figuras 2 y 3 (véase la sección III-III de la figura
7).
De forma ventajosa, el endurecimiento según la
invención de la punta funcional en relación con su profundidad
radial puede aumentar en la dirección axial hacia el comienzo de la
punta funcional. Tal como muestra la figura 13 en combinación con
la figura 10, éste es máximo en la zona de la primera vuelta de
rosca y se reduce hacia la cabeza del tornillo con las vueltas de
rosca siguientes (figuras 12 y 11). Lo mismo es válido para las
puntas funcionales con secciones taladradoras o que forman orificios
de flujo (figuras 4 ó 7). De esta manera, al comienzo del proceso
de tratamiento correspondiente se dispone de la dureza máxima y, por
tanto, la máxima capacidad de ataque del tornillo.
Claims (13)
1. Procedimiento para la fabricación de un
tornillo de acero al carbono de baja aleación con una cabeza, una
sección de sujeción subsiguiente y una punta funcional que en la
zona exterior presenta una dureza de profundidad radial limitada
mayor que la de la sección de sujeción, en el que el cuerpo de
tornillo se moldea por presión y laminación, dado el caso, el
cuerpo de tornillo se endurece por precipitación en conjunto o se
templa por cementación, y, a continuación, se somete la punta
funcional a un proceso de endurecimiento, caracterizado
porque el endurecimiento tiene lugar mediante calentamiento
momentáneo con alta transferencia de energía y enfriamiento brusco
y se limita a zonas parciales del contorno de la punta
funcional.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque la profundidad radial del calentamiento
momentáneo que ocasiona la dureza aumentada se reduce en la
dirección axial desde el comienzo de la punta funcional hacia la
cabeza.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el calentamiento tiene lugar de forma
inductiva durante el desplazamiento transversal lineal del tornillo
mediante un inductor lineal.
4. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el calentamiento tiene lugar mediante
solicitación por rayo láser.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado porque se dirigen varios rayos láser a la
sección del contorno de la punta funcional del tornillo.
6. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el cuerpo del
tornillo se endurece por precipitación en su conjunto (calentamiento
a la temperatura de austenización, enfriamiento brusco y revenido)
antes del endurecimiento de la punta funcional.
7. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el cuerpo del
tornillo se templa por cementación en su conjunto (calentamiento a
la temperatura de austenización con cementación por carbono o
carbonitruración, enfriamiento brusco y revenido) antes del
endurecimiento de la punta funcional.
8. Procedimiento según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
endurecimiento se limita a las puntas y a las secciones de los
flancos de las vueltas de rosca auto-terrajadoras de
la punta funcional.
9. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el
endurecimiento se limita a los cantos de corte de las secciones
perforadoras de la punta funcional.
10. Tornillo de un acero al carbono de baja
aleación con una cabeza, una sección de sujeción subsiguiente y una
punta funcional que en la sección exterior presenta una dureza de
profundidad radial limitada mayor que en la sección de sujeción,
caracterizado porque sólo están endurecidas zonas parciales
del contorno de la punta funcional.
11. Tornillo según la reivindicación 10,
caracterizado porque la profundidad radial de la dureza mayor
decrece en la dirección axial desde el comienzo de la punta
funcional hacia la cabeza.
12. Tornillo según la reivindicación 10 u 11,
caracterizado porque están endurecidas dos zonas parciales
diametralmente opuestas del contorno de la punta funcional.
13. Tornillo según la reivindicación 10 u 11,
caracterizado porque están endurecidas más de dos zonas
parciales de la punta funcional distribuidas de forma homogénea por
el contorno.
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