ES2346952T3 - Sujecion de baja carga de estampacion y sistema de sujecion. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de sujeción que incluye un elemento de sujeción (10) en dos piezas para sujetar juntas una pluralidad de piezas de trabajo (18 y 20) y una herramienta de instalación (48) para instalar el elemento de sujeción (10) y cuyo elemento de sujeción (10) incluye un miembro de bulón (12) y un collarín tubular (14) y teniendo dicho collarín (14) una caña (61) de collarín generalmente recta destinada a ser estampada en unas acanaladuras de enclavamiento (26) en dicho miembro de bulón (12) en respuesta a una fuerza axial relativa de carga de estampación aplicada entre dicho miembro de bulón (12) y dicho collarín (14) por dicha herramienta de instalación (48) y que provee una intensidad prevista de carga de fijación sobre las piezas de trabajo (18 y 20) en respuesta a una intensidad predeterminada de carga de estampación, cuyo miembro de bulón (12) tiene una caña alargada (15) de bulón destinada a situarse en una abertura alineada (16 y 17) practicada en las piezas de trabajo (18 y 20) y que termina por un extremo en una cabeza alargada (22) destinada a acoplarse a una superficie en un lado (23) de las piezas de trabajo (18) y por su extremo opuesto en una parte acanalada destinada a extenderse pasada una superficie opuesta en el lado opuesto de las piezas de trabajo (18 y 20), cuya parte acanalada comprende una parte de enclavamiento (25) que tiene una pluralidad de dichas acanaladuras de enclavamiento (26) definidas por unas acanaladuras de bulón que se extienden circunferencialmente y en relación de asociación con unos resaltes (60) de bulón que terminan en unas crestas (71) de bulón, cuyas acanaladuras de bulón tienen un fondo alargado (62) con un contorno generalmente suave, cuya caña (61) de collarín está destinada a ser estampada en dichas acanaladuras de enclavamiento (26), por lo cual la piezas de trabajo (18 y 20) se sujetan juntas para definir la unión sujeta, cuyo collarín (14) cuando está estampado tiene unas acanaladuras y unos resaltes de collarín que entrelazan dichas acanaladuras y resaltes (60) de bulón, teniendo dicha herramienta de instalación (48) un miembro de yunque (56) con una cavidad de estampación (57) que tiene una parte de estampación eficaz de garganta destinada a sobreacoplarse a dicha caña (61) de collarín para de ese modo estamparlo radialmente hacia dentro en dicha acanaladura de enclavamiento (26), cuya caña (61) de collarín tiene un volumen predeterminado de material que generalmente es mayor que el volumen disponible definido por dicha parte de estampación eficaz de garganta y por la parte confrontante de dichas acanaladuras de enclavamiento (26) en las que se estampa dicha caña (61) de collarín y con el material de dicha caña (61) de collarín que no se acopla totalmente a dicho fondo (62) durante la estampación y por tanto no llena completamente dichas acanaladuras de enclavamiento (26) después de la estampación, siendo dicha caña (61) de collarín de longitud suficiente para proveer un número predeterminado de dichos resaltes de collarín acoplados con un número correspondiente de dichas crestas (71) de bulón, teniendo dicha caña (61) de collarín un taladro interior pasante (65) que tiene un diámetro de taladro interior con respecto al diámetro de cresta de dichas crestas (71) de bulón para proveer una holgura mínima antes de la estampación, por lo que se minimiza la fuerza axial relativa para la estampación, caracterizado porque dichas acanaladuras de bulón son anchas y tienen una anchura eficaz Wg con respecto a la anchura eficaz Wc de las crestas (71) con una relación de Wc/Wg no mayor de alrededor de 0,30.
Description
Sujeción de baja carga de estampación y sistema
de sujeción.
El presente invento se refiere a un sistema de
sujeción que incluye elementos de sujeción en dos piezas para
estampar y más particularmente a elementos de sujeción para
estampar tipo tracción con el presente invento destinado a una
construcción en la que se reducen las cargas axiales relativas o de
tracción o relativas requeridas para estampar el elemento de
sujeción permitiendo el uso de herramientas de instalación más
livianas y más pequeñas al mismo tiempo que proporciona un elemento
de sujeción que tiene una resistencia mecánica preseleccionada y un
peso y unas dimensiones convenientes.
El presente invento se refiere a elementos de
sujeción para estampar de dos piezas o pernos de enclavamiento
generalmente del tipo ilustrado en la patente de EE.UU. Nº 2.531.048
concedida a Buck, expedida el 21 de noviembre de 1950, y en la
patente de EE.UU. Nº 3.215.024 concedida a Brilmyer y colaboradores
expedida el 2 de noviembre de 1965;existen oras numerosas
variaciones de elementos de sujeción tipo de estampar tales como la
patente de EE,UU, Nº 3.915.053 concedida a J. RUC, expedida el 28
de octubre de 1075, patente de EE.UU. Nº 4.472.096 concedida a J.
Ruhl y R. Dixon, expedida el 18 de septiembre de 1984, y patente de
EE.UU. Nº 5.090.852 concedida a R. Dixon, expedida el 25 de febrero
de 1992. La patente de EE.UU. Nº 4.472.096 describe un sistema de
sujeción según el preámbulo de la reivindicación 1.
En muchas aplicaciones comerciales, los
elementos de sujeción en dos piezas roscados o estampados se usan y
se diseñan mediante un grado indicativo de un nivel particular de
resistencia mecánica. Por ejemplo, un elemento de sujeción de grado
5 de 1,59 cm (5/8 de pulgada) tendrá una parte de caña de bulón o
perno de 1,59 cm para uso en una abertura de pieza de trabajo de un
diámetro nominal de 1,59 cm (5/8 de pulgada) y tendrá un nivel de
resistencia mecánica indicado por el nivel del grado, es decir,
grado 5. Por otra parte, un perno del grado 8, tendrá unas
características de resistencia mecánica mayores que el perno de
grado 5, mientras que un perno de grado 9 tendrá unas
características de resistencia mecánica todavía mayores. Por
ejemplo, la resistencia mecánica de un elemento de sujeción del
grado 5 se determina por la resistencia mecánica del material del
perno o bulón como se especifica por las normas SAE- J429 o ASTM A-
325 con una resistencia mínima a la tracción del material de 827,4
mPa (120 KSI) mientras que un grado 8 se especifica por las normas
SAE J 429 o ASTM A-490 en 1.034 mPa (150 KSI).
Un elemento típico de sujeción del tipo de
estampar incluye un bulón y un collarín con el elemento de sujeción
tipo tracción que tiene una caña de bulón que tiene una parte de
enclavamiento con acanaladuras de enclavamiento y una parte de
tracción con acanaladuras de tracción. Las acanaladuras de tracción
están destinadas a ser agarradas por dientes conjugados de mordazas
de mandril de una herramienta de instalación que tiene un yunque de
estampación destinado a acoplarse con el collarín, por lo que se
puede ejercer una fuerza axial relativa entre el bulón y el
collarín para desplazar al yunque sobre el collarín con el fin de
estamparlo en las acanaladuras de enclavamiento. En este caso, la
fuerza axial relativa es una carga de tracción sobre el bulón a
través de las mordazas de mandril y una carga de compresión sobre
el collarín a través del yunque de estampar de la herramienta.
En muchos elementos de sujeción de estampar, la
parte de tracción está unida a la parte de acanaladura de
enclavamiento por una acanaladura de cuello frágil de resistencia
mecánica reducida que está destinada a fracturarse a una intensidad
preseleccionada de la fuerza axial o de tracción mayor que la
requerida para estampar el collarín, por lo cual la parte de
tracción, o cola de bulón,. se cortará y retirará de la caña del
bulón después de la terminación de la estampación. Sin embargo,
otros elementos de sujeción de estampar, tienen partes de tracción
que permanecen en el bulón después de la terminación de la
instalación. Véase, por ejemplo, la patente de EE.UU. Nº 5.315.755
concedida a Fulbright y colaboradores, expedida el 31 de mayo de
1994, en la que se utiliza una parte de tracción roscada que no se
corta y separa del bulón.
En muchos casos, con elementos de sujeción de
estampar de resistencia mecánica relativamente grande, con el fin
de estampar totalmente el collarín, la intensidad de la carga de
tensión aplicada puede ser bastante grande, requiriendo una
herramienta de instalación de un tamaño y un peso relativamente
elevados. Esto es especialmente significativo donde se usan
herramienta de instalación accionadas a mano. Tales herramientas
incluyen típicamente construcciones de
cilindro-pistón neumáticas y/o hidráulicas cuyo
tamaño y peso variarán con la intensidad necesaria de la carga de
tracción a aplicar. Dichas herramientas pueden ser del tipo mostrado
en la patente de EE.UU. Nº 4.597.263 concedida a R. Corbett
expedida el 1 de julio de 1986 y la patente de EE.UU. Nº 4.878.372
expedida el 7 de noviembre de 1989 a Port y colaboradores.
Adicionalmente a los elementos de sujeción que
incluyan bulones que tengan acanaladuras de tracción en una cola de
bulón cortable, la acanaladura de cuello frágil debe ser también de
suficiente resistencia mecánica para soportar la elevada carga de
tracción para estampar, y las acanaladuras de tracción deben ser
similarmente de resistencia mecánica suficiente para aceptar la
carga de tracción axial relativa aplicada por los dientes
engranados de las mordazas de mandril en la herramienta de
instalación. Esto requiere rutinariamente que la parte de tracción
sea de un diámetro relativamente grande para que tenga material
suficiente para proveer el tamaño y la resistencia mecánica
necesarios para la acanaladura de cuello frágil y también para
inhibir la fractura de las acanaladuras de tracción en lugar de la
acanaladura de cuello frágil. Esto se suma también al tamaño y al
peso de los componentes de la herramienta para acoplarse a las
acanaladuras de tracción y para proveer la carga de tracción sobre
el bulón para la fractura de la acanaladura de cuello frágil.
En el presente invento, se provee un elemento de
sujeción del tipo de estampar en dos piezas que se puede instalar
en una carga de estampación menor que en un elemento convencional de
sujeción para estampar de un grado comparable, pero que cuando se
instala tiene las propiedades físicas de esencialmente los mismos
valores tales como resistencia a la tracción, carga de fijación y
propiedades análogas en las piezas de trabajo que se van a unir.
Ello permite el uso de una herramienta de instalación más liviana y
más pequeña comparada con elementos similares de sujeción tipo de
estampar que tiene la misma capacidad de grado para proporcionar
propiedades físicas similares. Al mismo tiempo, con bulones que
tengan una cola de bulón cortable, la acanaladura de cuello frágil
y las acanaladuras de tracción se pueden reducir
correspondientemente en resistencia mecánica. Esto permite que la
parte de tracción o cola de bulón de la caña de bulón se reduzca en
diámetro, reduciendo de ese modo la cantidad de metal en el bulón y
al mismo tiempo disminuyendo el peso y el coste de material. La
cola de bulón con menor diámetro facilita también la fabricación de
la acanaladura de cuello frágil de menor resistencia mecánica por
conformación por laminación.
Sin embargo, con elementos de sujeción para
estampar del tipo de tracción que tienen partes de tracción roscadas
que no se cortan, como en la patente cuyo número termina en 755
anteriormente mencionada, el presente invento facilita el
acoplamiento de menos hilos de rosca sobre la parte de tracción,
dado que no se requiere la fuerza adicional para fracturar una
acanaladura de cuello frágil. Esto causa menos tensiones en las
roscas acopladas del guardacabos roscado conjugado o miembro de
tuerca sobre la herramienta de tracción, lo que resulta en una
mayor duración. Ello permite también el uso de un bulón más corto y
más barato, puesto que se requiere que el bulón sobresalga menos
para el menor número de acanaladuras de tracción que se van a
agarrar. Asimismo, la herramienta de instalación puede ser menor, y
por tanto más liviana y menos costosa, puesto que se requieren
menores cargas aplicada para la instalación final. Esto facilita
también el uso de un dispositivo de impulsión interna del tipo
ilustrado en las Figuras 17 y 18 de la patente cuyo número termina
en 755 que, como se ha mostrado, implica el uso de un vástago de
tracción roscado o un eje acoplable con acanaladuras de tracción
provistas de un taladro interior roscado en el extremo de la caña
del bulón o perno. El uso de un dispositivo de impulsión interna
permitirá una reducción en protuberancia con respecto al dispositivo
de impulsión externa, proporcionando de ese modo un ajuste final y
una apariencia más eficaces.
Una modalidad de elemento de sujeción
convencional del tipo de estampar se muestra en la presente memoria
en la Figuras 7 y 7A. Este tipo de elemento de sujeción se usa
principalmente en aplicaciones industriales tales como edificios,
puentes, camiones y aplicaciones análogas. Este elemento de sujeción
requiere también la aplicación de una fuerza axial relativamente
elevada para estampar y para la instalación final y de acuerdo con
ello necesita una herramienta de instalación relativamente grande y
pesada. Por tanto, en el presente invento, el elemento de sujeción
del tipo de estampar que comprende un bulón y un collarín es para
usar en aplicaciones similares a la del elemento de sujeción de las
Figuras 7 y 7A, pero, en contraste, el bulón y el collarín están
destinados a configurarse en una fuerza axial relativamente pequeña
y con una herramienta sustancialmente menor y más liviana.
En una forma del invento, las acanaladuras de
enclavamiento del bulón se han construido para que tengan unos
fondos anchos o alargados que sean de una forma aerodinámica
simulada generalmente como se ha mostrado en la patente cuyo número
termina en 852 anteriormente mencionada. Las crestas de los resaltes
de las acanaladuras de enclavamiento están contorneadas para
facilitar el flujo del material del collarín a medida que se estampa
con el fin de reducir la intensidad de la carga de tracción o de
estampación requerida para estampar. Asimismo las acanaladuras de
enclavamiento son sustancialmente anchas en relación con la anchura
de las crestas adyacentes, lo cual además promueve el flujo del
material del collarín durante la estampación. No obstante, como se
verá, la estructura total y el funcionamiento del elemento de
sujeción del presente invento son sustancialmente diferentes de los
de la patente cuyo número termina en 852 y su forma comercial. En
este sentido, y según se ha indicado anteriormente, el elemento de
sujeción del presente invento se ha diseñado principalmente para
uso en aplicaciones tales como las de la modalidad convencional
mostrada en la Figura 7, que tiene menor resistencia mecánica y
requiere cargas de instalación más pequeñas que las del elemento de
sujeción de la patente cuyo número termina en 852. Por tanto, el
collarín del presente invento se ha provisto con un espesor de pared
predeterminado, y por tanto un volumen menor, no sólo para
proporcionar una cantidad preseleccionada de llenado de los fondos
de las acanaladuras de enclavamiento durante la estampación, sino
también para proveer una fuerza o carga de fijación retenidas que
tienen una intensidad que es considerablemente mayor que la carga
de instalación. En este sentido, a diferencia de los elementos de
sujeción de la patente cuyo número termina en 852, la cantidad de
relleno de las acanaladuras de enclavamiento por el collarín
estampado, aunque sustancial, es menor que dejar completamente un
huelgo previsto en la base de los fondos; esto actúa para prevenir
la compresión del material del collarín contra el fondo durante la
estampación y de ese modo ayuda a minimizar las cargas de
instalación requeridas. Además, el diámetro del taladro interior del
collarín se minimiza para proveer un ajuste con holgura
relativamente estrecho con las crestas de las acanaladuras de
enclavamiento del bulón, y al mismo tiempo el diámetro exterior del
collarín se selecciona para proveer un volumen seleccionado
conveniente de la parte que se puede estampar del collarín. Las
características precedentes son significativas en cuanto a
facilitar la estampación del material del collarín en el interior de
las acanaladuras anchas de enclavamiento del bulón en una carga
axial relativamente menor. Al mismo tiempo, el referido elemento de
sujeción proveerá cargas de fijación que sean de una intensidad
significativamente mayor que las cargas de instalación, mientras
que, con los elementos de sujeción del tipo de estampar
convencionales o de la técnica anterior, la misma intensidad de
cargas de fijación requiere una cargas de instalación
sustancialmente más elevadas.
Además de lo anteriormente expuesto, la cavidad
de estampar de la herramienta de instalación tiene una configuración
que ayuda a proveer estampación a cargas axiales relativas o cargas
de instalación reducidas. Al mismo tiempo, el extremo acoplado de
la caña del collarín está configurado para cooperar con la
construcción de la cavidad de estampar y compensar por la holgura
minimizada para proveer una magnitud prevista de resistencia a la
iniciación de estampación o amortiguación, resultando en una
intensidad prevista relativamente elevada de carga de retención
inicial para proveer suficiente tracción conjunta de las piezas de
trabajo con el fin de eliminar cualquier espacio intermedio entre
ellas.
En una modalidad del presente invento, las
acanaladuras de enclavamiento de bulón son de una anchura
sustancialmente mayor que la anchura de las crestas, mientras que
el collarín no es más largo que lo requerido por un collarín para
un elemento de sujeción convencional comparable tal como se ha
mostrado en la Figuras 7, 7A para proveer el llenado de
suficientes acanaladuras y el acoplamiento resultante del número
apropiado de resaltes de bulón y collarín para proveer la carga de
tracción de diseño prevista. De este modo, el número de crestas de
bulón por unidad de longitud sobre las que se estampa el collarín
se reduce sustancialmente, ayudando en la minimización de la carga
axial relativa o de la carga de estampar para la estampación. Al
mismo tiempo, la gran anchura y el gran contorno de las
acanaladuras facilitan el flujo del material del collarín durante la
estampación.
Con el presente invento, las cargas de estampar
y por tanto las cargas axiales relativas correspondientes
requeridas para estampar se han reducido en al menos alrededor de un
25% hasta aproximadamente un 45% en comparación con los elementos
de sujeción para estampar del tipo de tracción de la técnica
anterior como los que se han mostrado en las Figuras 7 y 7A de
tamaño y resistencia mecánica comparables, mientras que al mismo
tiempo se proveen uniones sujetas con sustancialmente la misma
intensidad de carga de fijación o de fuerza finales.
Adicionalmente, en una forma del invento, la intensidad final de la
carga de fijación que se puede alcanzar puede ser desde alrededor
de 1,5 hasta alrededor de 1,9 veces la intensidad de la carga de
estampación aplicada, mientras que para los elementos de sujeción
del mismo tamaño y grado, los elementos convencionales de sujeción
para estampar de la técnica anterior alcanzan una carga de fijación
o fuerza de alrededor de 1,2 a 1,3 veces la carga de estampación.
Es de adicional importancia que la herramienta de instalación se
puede reducir sustancialmente en tamaño y en alrededor de un 45% en
peso. Con elementos de sujeción con colas de bulón cortables, la
carga de instalación final requiere cierto aumento sobre la carga
de estampar final, pero en este caso, con las cargas de estampar
menores, se pueden reducir las cargas de fractura de las
acanaladuras de cuello frágil. Las cargas menores de instalación y
la carga de rotura de bulón reducida adicionalmente a la reducción
en tamaño y peso de la herramienta, resultan también en una carga
de choque sustancialmente menor para el operario.
Aunque el presente invento se ha mostrado y
descrito para elementos de sujeción para estampar del tipo de
tracción, deberá entenderse que sería beneficioso utilizar el
elemento de sujeción de baja carga de estampar que se realizaría
mediante elementos de sujeción para estampar del tipo tocón que
generalmente se instalan mediante herramientas del tipo de
compresión. Véase, por ejemplo, el elemento de sujeción del tipo
tocón en la Figura 1 de la patente cuyo número termina en 096,
anteriormente mencionada.
Según se ha hecho notar anteriormente, los
beneficios para los elementos de sujeción del tipo de estampar con
partes de tracción roscadas no cortables son adicionalmente
significativos puesto que no se requiere la carga o fuerza extra
para la rotura del bulón. Además, y con el fin de aumentar
adicionalmente la resistencia mecánica de las acanaladuras de
tracción del tipo roscado, se ha provisto una forma de rosca
modificada que reduce más el número de acanaladuras de tracción
roscadas necesarias para ser acopladas por el miembro roscado de
guardacabos o tuerca para sostener la fuerza de tracción necesaria
para alcanzar las cargas de instalación menores.
Adicionalmente, se ha provisto un sistema único
para facilitar el uso del dispositivo de impulsión interna
indicado, resultando en ciertas ventajas adicionales.
Asimismo, en una forma del sistema de sujeción,
se ha provisto un yunque de estampación que tiene una única cavidad
de estampar que es especialmente útil con la forma del elemento de
sujeción que tiene acanaladuras helicoidales externas combinadas de
enclavamiento y de tracción y el elemento de sujeción que tiene las
acanaladuras de tracción internas.
Por tanto, es una intención del presente invento
proveer un sistema de sujeción que incluye un novedoso elemento de
sujeción del tipo de estampar en dos piezas que tiene un collarín de
un espesor de pared y un volumen preseleccionados y una holgura
mínima con respecto a las crestas de las acanaladuras de
enclavamiento del pasador, resultando en una intensidad menor de la
carga de estampación y/o de instalación requeridas para aplicarse a
la instalación del elemento de sujeción.
Es otra intención del presente invento proveer
al collarín de un volumen seleccionado con respecto al volumen de
los fondos alargados de las acanaladuras de enclavamiento, por lo
que el material del collarín estampado no llena por completo los
fondos de las acanaladuras de enclavamiento que son generalmente
poco profundas.
Es una intención del presente proveer un
novedoso elemento de sujeción del tipo de estampar en dos piezas en
el que el bulón tiene una cola de bulón cortable y con el elemento
de sujeción instalándose a una carga de tracción reducida, por lo
cual la cola del bulón puede ser de tamaño reducido.
Otra intención del presente invento es proveer
un sistema de sujeción que incluye un exclusivo elemento de
sujeción del tipo de estampar en dos piezas en el que el bulón tiene
una parte de tracción roscada que no es cortable y con el elemento
de sujeción instalándose en una carga de tracción reducida, por lo
que se puede reducir el número de roscas acopladas necesarias para
la carga de estampar para instalar el elemento de sujeción, y por
tanto se reducen las cargas sobre las roscas de las acanaladuras de
tracción y del miembro conjugado de tuerca o del husillo roscado
conjugado en la herramienta de instalación.
\global\parskip0.880000\baselineskip
Es otra intención del presente invento proveer
un sistema de sujeción que incluye un exclusivo elemento de
sujeción del tipo de estampar que incluye un bulón y un collarín y
una herramienta de instalación que tiene una cavidad de estampar
con un contorno preseleccionado con respecto al collarín, por lo que
se reducen las cargas axiales relativas requeridas para la
estampación del collarín, permitiendo el uso de una herramienta
relativamente pequeña y liviana al mismo tiempo que provee un
elemento de sujeción instalado de resistencia mecánica comparable
con respecto a elementos convencionales de sujeción tipo de estampar
del mismo grado.
Es otro objeto general del presente invento
proveer un exclusivo sistema de sujeción que incluye un novedoso
elemento de sujeción del tipo de estampar de dos piezas
Otros objetos, características y ventajas del
presente invento resultarán evidentes a partir de la descripción
subsiguiente y de las reivindicaciones que se adjuntan como
apéndice, tomadas conjuntamente con los dibujos adjuntos, en los
que:
La Figura 1 es una vista longitudinal en alzado
con algunas partes mostradas en corte y otras mostradas en vista
fraccionada de un elemento de sujeción del presente invento en
relación de montaje con piezas de trabajo generalmente de un
espesor total nominal y con una parte de una herramienta de
instalación mostrada tal como se aplica al elemento de sujeción en
preparación para instalación;
La Figura 2 es una vista similar a la de la
Figura 1, que muestra el elemento de sujeción y la parte de la
herramienta de instalación después que el collarín se ha estampado
en las acanaladuras de enclavamiento del bulón;
La Figura 3 es una vista similar a la de la
Figura 2 que muestra el elemento de sujeción totalmente instalado
con la herramienta de instalación retirada;
La Figura 4 es una vista fragmentaria a escala
ampliada del bulón y collarín y yunque de estampar de la Figura 1,
con algunas partes omitidas e ilustrando la relación entre- y la
configuración de - la cavidad de estampar de la herramienta de
instalación, el collarín que se va a estampar y el bulón;
La Figura 4A es una vista fragmentaria a escala
ampliada de la parte de acanaladura de enclavamiento del bulón del
elemento de sujeción de la Figura 4 tomada generalmente en el
círculo 4A de la Figura 4;
La Figura 5 es una vista en alzado lateral
longitudinal a escala ampliada del collarín del elemento de sujeción
de las Figuras 1 a 4;
La Figura 6 es una vista desde un extremo del
collarín de la Figura 5 tomada en general en la dirección de las
flechas 6-6 de la Figura 5;
La Figura 7 es una vista en alzado longitudinal,
similar a la de la Figura 1, de un elemento de sujeción convencional
del tipo de estampar de la técnica anterior generalmente del mismo
grado y para aplicaciones similares que el elemento de sujeción del
presente invento junto con la herramienta convencional de
instalación;
La Figura 7A es una vista fragmentaria a escala
ampliada de la parte de acanaladura de enclavamiento del bulón del
elemento de sujeción de la Figura 7 tomada generalmente el círculo
7A;
La Figura 8 es una vista longitudinal de un
bulón similar al de las Figuras 1 a 4, pero con las acanaladuras de
enclavamiento y las acanaladuras de tracción siendo de forma
helicoidal;
La Figura 8A es una vista fragmentaria a escala
ampliada de las acanaladuras combinadas de enclavamiento y de
tracción tomada generalmente en el círculo 8A y representando una
forma modificada de acanaladura;
La Figura 9 es una vista fragmentaria en alzado
de una parte de la caña de un bulón con algunas partes fraccionadas
y con una forma modificada de acanaladura de enclavamiento
helicoidal y con un taladro interior abierto en el extremo que
tiene acanaladuras de tracción roscadas para impulsión interna;
La Figura 9A es una vista fragmentaria a escala
ampliada de la acanaladura de enclavamiento del bulón de la Figura
9 tomada generalmente en el círculo 9A de la Figura 9;
La Figura 9B es una vista fragmentaria en corte
y a escala ampliada del bulón de la Figura 9 tomada generalmente en
el círculo B de la Figura 9 e ilustrando las acanaladuras de
tracción internas de forma helicoidal;
La Figura 10 es una vista pictórica a escala
ampliada de una parte de una forma modificada de collarín mostrada
parcialmente fraccionada e incluyendo una lengüeta flexible de
premontaje;
La Figura 11 es una vista en corte en alzado y a
escala ampliada de una parte del collarín de la Figura 5 tomada
generalmente en el círculo 11 de la Figura 5 y que representa una
forma modificada de collarín incluyendo una lengüeta metálica de
premontaje para usar con acanaladuras de enclavamiento
helicoidales;
La Figura 11A es una vista en corte de una parte
del collarín de la Figura 5 que representa otra forma modificada de
collarín que incluye una lengüeta metálica de premontaje para usar
con acanaladuras de enclavamiento helicoidales;
La Figura 11B es una vista en corte de una parte
del collarín de la Figura 5 tomada generalmente en el círculo 11B y
que representa una forma modificada adicional de collarín que
incluye una lengüeta metálica de premontaje para usar con
acanaladuras de enclavamiento helicoidales y en una ubicación
diferente en el collarín;
Las Figuras 12A, 12B, 12C y 12D son
representaciones gráficas que dibujan la carga de estampar y la
carga de fijación resultante en función del tiempo de los sistemas
de sujeción para un elemento de sujeción de 1,59 cm (5/8 de
pulgada) de diámetro de las Figuras 1 a 4A, 5, 6 (Figura 12A), de
las Figuras 8, 8A (Figura 12), de las Figuras 9, 9A (Figura 12C) y
de la técnica anterior de las Figuras 7, 7A (Figura 12D);
La Figura 13 es una vista en corte longitudinal
de un yunque de estampar que tiene una forma modificada de cavidad
de estampar;
La Figura 13A es una vista desde un extremo del
yunque de estampar de la Figura 13 tomada generalmente en la
dirección de las flechas 13 A de la Figura 13;
La Figura 14 es una vista en alzado longitudinal
con algunas partes fraccionadas y otras mostradas en corte de una
herramienta de instalación que incluye un yunque de estampar de las
Figuras 13 y 13A y en relación de premontaje con un elemento de
sujeción que incluye un miembro de bulón que tiene acanaladuras
helicoidales de enclavamiento y de tracción de un tipo mostrado en
las Figuras 8 y 8A;
La Figura 15 es una vista similar a la Figura 14
que muestra el elemento de sujeción y la herramienta de instalación
de la Figura 14 en el estado totalmente estampado;
La Figura 16 es una vista similar a la Figura
15, pero representando la herramienta de instalación en relación de
premontaje con un elemento de sujeción que incluye un miembro de
bulón que tiene acanaladuras helicoidales de enclavamiento y de
tracción de un tipo mostrado en las Figuras 8 y 8A con los elementos
de sujeción mostrados para sujetar piezas de trabajo que tienen un
máximo espesor total en el que el miembro de tuerca está acoplado
con la caña del collarín antes de la iniciación de estampar;
La Figura 16A es una vista a escala ampliada de
la parte del montaje de la Figura 16 tomada generalmente en el
círculo 16A;
La Figura 16B es una vista a escala ampliada del
montaje de la Figura 16A tomada generalmente en el círculo 16 B;
La Figura 16C es una vista similar a la Figura
16A, pero representando el montaje en la terminación de la
estampación;
La Figura 16D es una vista a escala ampliada
similar a la Figura 16B y tomada en el círculo 16D de la Figura
16C;
La Figura 17 es una vista longitudinal, con
algunas partes que se han mostrado fraccionadas y otras en corte,
de una herramienta de instalación para impulsión interna e
incluyendo un yunque de estampar de las Figuras 13 y 13A y en
relación de premontaje con un elemento de sujeción que incluye un
miembro de bulón que tiene acanaladuras helicoidales de
enclavamiento y acanaladuras internas helicoidales de tracción de un
tipo mostrado en las Figuras 9, 9 A y 9B; y
La Figura 18 es una vista similar a la Figura 17
que muestra el elemento de sujeción y la herramienta de sujeción de
la Figura 16 en el estado totalmente estampado.
Las acanaladuras mostradas en las Figuras 4A,
7A, 8A y 9A están a la misma escala para un elemento de sujeción
igualmente dimensionado y se han mostrado verticalmente separadas y
en alineación horizontal ilustrando la relación de las crestas y
las acanaladuras con respecto a las líneas de paso mostradas
verticalmente en vista transparente Los dibujos de las acanaladuras
tal como se han mostrado en las Figuras 4A, 7A, 8 A y 9A son
sustancialmente representativos de las características y detalles de
la configuración de estas acanaladuras, mientras que las
acanaladuras de los otros dibujos se han mostrado en una forma más
general.
En la descripción que sigue, se hacen
referencias a diversos componentes y se da una lista de valores
medios típicos para dichos componentes sobre un intervalo de
elementos de sujeción de diferentes dimensiones de una forma del
presente invento y de elementos de sujeción convencionales en un
CUADRO DE VALORES TÍPICOS.
Considerando ahora las Figuras 1 a 4, se muestra
un elemento de sujeción 10 e incluye un miembro de bulón 12 y un
collarín tubular 14. El miembro de bulón 12 tiene una caña alargada
15 que se extiende a través de unas aberturas o taladros interiores
alineados 16 y 17 en un par de piezas de trabajo 18 y 20,
respectivamente, a sujetarse juntas. Una pieza sobresaliente
ensanchada 22 en un extremo de la caña 15 se acopla con la
superficie lateral posterior 23 de la pieza de trabajo 18. La caña
15 tiene una parte 15 de caña recta, lisa y cilíndrica junto a la
cabeza 22 que está destinada a alojarse dentro de los taladros
interiores alineados 16 y 17 con un ajuste con holgura. Sin
embargo, debe entenderse que en algunas instalaciones la parte recta
24 de caña se puede dimensionar para proveer una apretada
tolerancia o un ajuste previsto con interferencia con los taladros
interiores 16 y 17. A continuación de la parte recta 24 de caña hay
una parte de enclavamiento 25 de caña que tiene una pluralidad de
acanaladuras anulares de enclavamiento 26 que se extienden
circunferencialmente. La parte de enclavamiento 25 incluye una
parte anular de transición 28 que une suavemente la parte de
enclavamiento 25 de caña con la parte recta 24 de caña.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Una parte de tracción 41 de caña incluye una
pista anular recta 42 seguida por una pluralidad de acanaladuras
anulares de tracción 44. Una acanaladura de cuello frágil 40 que
tiene un diámetro reducido Db de fondo está situada entre la parte
de enclavamiento 25 y la pista anular 42 de la parte de tracción 41
y define la sección más débil de la caña 15 del bulón. (Véase
Figura 4). La pista anular 42 está formada como un resultado de un
desplazamiento de metal en la laminación de la acanaladura de cuello
frágil 40. La parte de tracción 41, incluyendo la pista 42 y las
acanaladuras de tracción 44, es de un diámetro reducido Dp de
cresta, con respecto al diámetro Du de las crestas 71 de las
acanaladuras de enclavamiento 26 de la parte de enclavamiento 25,
cuyo diámetro Du es también igual al de la parte de caña recta 24.
Véanse Figuras 4 y 4 A. Sin embargo, deberá entenderse que en las
aplicaciones que impliquen una apretada tolerancia o un ligero
ajuste a presión con los taladros interiores 16 y 17 y las crestas
71 de las acanaladuras de enclavamiento 26 serán de un diámetro Du
menor que el de la parte de caña recta 24. Las acanaladuras de
tracción 44 están destinadas a ser agarradas por la herramienta de
instalación 48 que se puede accionar para configurar el elemento de
sujeción 10. La herramienta 48 se puede construir en general de una
manera conocida por los expertos en la técnica, y por tanto sólo se
ha mostrado parcialmente para mayor simplicidad. Dicho en pocas
palabras, la herramienta 48 tiene un conjunto de morro 45 con una
pluralidad de mordazas 50 espaciadas circunferencialmente destinadas
a agarrar las acanaladuras de tracción 44 de la parte de tracción
41 de caña. Las mordazas 50 están situadas en un conjunto tubular
de agarre 52 que está soportado de forma deslizable en un
alojamiento 54 de yunque que termina en un extremo en una sección
56 de yunque de estampar que tiene una cavidad para estampar 57.
Las mordazas están normalmente forzadas de forma elástica axialmente
hacia delante en unas pistas cónicas 53 a una posición cerrada
radialmente por un conjunto de seguidor 46 de mordaza, que se ha
mostrado en parte. Como se verá, la cavidad para estampar 57, tal
como está configurada, en combinación con el collarín 14, aumentará
la acción de estampar a una carga reducida.
Considerando ahora las Figuras 4 a 6, el
collarín 14 es un tipo con brida e incluye una brida 59 de diámetro
ensanchado con una caña cilíndrica 61 y un taladro interior pasante
65. La caña 61 de collarín es de una configuración cilíndrica
generalmente uniforme con un espesor t de pared generalmente
uniforme y tiene una parte recta 69 de caña que termina en su
extremo exterior en una parte 67 de caña abocinada radialmente hacia
fuera, también generalmente de un espesor t, que provee una función
de retención que se describe más adelante. En una forma del
invento, la parte abocinada 67 de caña se abocinó formando un ángulo
Ad en el diámetro interior y un ángulo menor Ad' en el diámetro
exterior con respecto al eje Xa. Además, el taladro interior pasante
65 en la zona de la parte recta 69 de caña tiene una parte de
taladro interior recta 49 de un diámetro generalmente uniforme ID
que termina en una parte ensanchada 55 de taladro interior
avellanado que se extiende a través de la brida 59. La amplitud de
los ángulos Ad y Ad' se selecciona para proveer un espacio
intermedio o intersticio previsto del extremo exterior de la parte
abocinada 67 de caña de las crestas confrontantes de entre las
crestas 71 de las acanaladuras de enclavamiento 26 y un punto
previsto de contacto con el extremo exterior de acometida del
extremo arqueado 68 de la cavidad para estampar 57 para proveer la
fuerza de compresión prevista de la parte abocinada 67 de caña y
de ese modo proporcionar la magnitud prevista de retención de
amortiguación o de estampación inicial en el interior de las
acanaladuras de enclavamiento 26. Véase el CUADRO DE VALORES
TÍPICOS.
El collarín embridado 14 está destinado a
situarse sobre la caña 15 de bulón y, con las piezas de trabajo 18,
20 de las que se ha tirado conjuntamente, tendrá a la caña 61 de
collarín en alineación radial con las acanaladuras encaradas de
entre las acanaladuras 26 de enclavamiento. Véanse las Figuras 1 y
2. Al mismo tiempo, la brida 59 estará en acoplamiento con la
superficie exterior 73 de la pieza de trabajo 20. La parte de
taladro interior avellanado 55 ayuda en el montaje del collarín 14
sobre la caña 15 del bulón. Esto resulta especialmente útil a la
vista de la apretada tolerancia provista entre la parte 19 de
taladro interior recto de collarín y las crestas 71 de acanaladura
de enclavamiento de una manera y para un fin que se describen más
adelante.
Nótese que las piezas de trabajo 18 y 20 tienen
un espesor combinado t1 que define un agarre nominal del elemento
de sujeción 10. Sin embargo, el elemento de sujeción 10 se puede
emplear sobre un intervalo de agarre predeterminado que varía desde
piezas de trabajo que tengan un espesor mínimo total menor que t1
hasta un espesor máximo total mayor que t1.
Tras el accionamiento de la herramienta 48, se
aplica una fuerza axial relativa entre el bulón 12 y el collarín 14
por el acoplamiento de agarre por tracción de las mordazas 50 con
las acanaladuras de tracción 50 y el acoplamiento por compresión de
la sección 56 de yunque de estampar con la parte abocinada 67 de
caña en el extremo exterior de la caña 61 del collarín. La parte
abocinada 67 de caña del collarín junto con el extremo arqueado 68
de la cavidad de estampar 57 provee una magnitud predeterminada de
resistencia o retención desde el comienzo de la estampación o
amortiguación al interior de las acanaladuras de enclavamiento 26,
por lo que las piezas de trabajo 18 y 20 experimentarán
conjuntamente un esfuerzo de tracción inicial bajo una carga de
fijación preseleccionada. La intensidad de la retención es
esencialmente la misma que con los elementos convencionales de
sujeción del tipo de estampar, tales como los mostrados en la Figura
7, por lo que la carga de retención inicial para cerrar el espacio
intermedio entre las piezas de trabajo será generalmente la misma.
Cuando se aumente la fuerza axial relativa, la cavidad para estampar
57 incluyendo al extremo arqueado 68 se desplaza axialmente para
comprimir en dirección radial a la parte abocinada 67 de caña y
luego para sobreacoplar radialmente la caña 61 del collarín 14, por
lo que la caña 61 de collarín se estampa radialmente hacia dentro
al interior de las acanaladuras de enclavamiento 26 del bulón 12.
Tras la terminación de la estampación y la aplicación de una mayor
fuerza axial relativa o carga de tracción, la caña 15 del bulón se
cortará en la acanaladura de cuello frágil 40, como se ha mostrado
en la Figura 2. Subsiguientemente, tras el accionamiento adicional
de la herramienta 48, un miembro eyector 58 de collarín será forzado
a desplazarse axialmente hacia delante para acoplarse al extremo
exterior de la caña 61 de collarín del collarín estampado 14 y
expulsarlo de la cavidad de estampar 57 de la sección 56 de yunque
de estampar, completando así la instalación con la parte de
tracción 41 retirada. Véase Figura 3.
La configuración de la cavidad de estampar 57
ayuda a proveer la retención prevista mientras que al mismo tiempo
promueve el flujo uniforme radialmente hacia dentro del material de
la caña 61 de collarín durante la estampación. De ese modo, la
cavidad de estampar 57 tiene una parte 70 de taladro interior de
estampar axialmente recta de un diámetro sustancialmente uniforme
que termina en un extremo exterior arqueado de acometida 68 que se
curva radialmente hacia fuera para proveer inicialmente un contacto
lineal esencialmente circunferencial con la superficie de extremo
radialmente exterior de la parte abocinada 67 de caña de collarín.
Véase Figura 4. La parte abocinada 67 de caña se extiende
radialmente hacia fuera para adaptarse a la curvatura del extremo
arqueado 68 con el fin de ayudar a proveer una distancia mínima de
acometida dd y al mismo tiempo para promover una magnitud prevista
de retención. En una forma del invento, la línea de contacto de la
parte abocinada 67 de caña estaba en un punto en el extremo
arqueado 68 que definía un ángulo Ac relativamente poco profundo.
Véase Figura 4. El ángulo de contacto Ac se define por el ángulo
entre una línea tangente al arco de la cavidad de un extremo 68 en
su punto de contacto y una línea paralela a la parte recta 69 de
caña de la caña 61 de collarín y a la parte 70 de taladro interior
de estampar axialmente recta. Por tanto, esta línea es también
paralela al eje central Xa del elemento de sujeción 10. El ángulo de
contacto Ac y los ángulos Ad y Ad' de abocinamiento de collarín,
como se ha indicado anteriormente, se seleccionan para ayudar en la
provisión de la retención prevista. Al mismo tiempo, la distancia
radial Cc desde el punto de contacto hasta la superficie de la
parte recta 70 de taladro interior donde se produce la total
estampación se seleccionó para proveer la retención prevista
suficientemente elevada con el fin de inhibir la amortiguación
prematura de la parte abocinada 67 de caña por la estampación
inicial en las acanaladuras de enclavamiento 26. La retención
prevista resulta en que las piezas de trabajo 18, 20 experimentan
conjuntamente un esfuerzo de tracción para eliminar cualquier
espacio intermedio entre las mismas y para fijarlas juntas en una
magnitud prevista antes de la iniciación de la estampación. En este
sentido, la distancia radial Bc desde el extremo exterior de la
superficie interior de la parte abocinada 67 de collarín hasta la
cresta 71 de las acanaladuras de enclavamiento 26 se seleccionó
para promover retención al mismo tiempo que para permitir la
estampación o la amortiguación iniciales en la carga axial
relativa prevista. Véase CUADRO DE VALORES TÍPICOS.
Sin embargo, al mismo tiempo se producirá entonces la estampación total en una carga axial relativamente pequeña.
Sin embargo, al mismo tiempo se producirá entonces la estampación total en una carga axial relativamente pequeña.
A este respecto, el ángulo de abocinamiento Ad
de la parte abocinada 67 de caña del collarín es un poco mayor que
en las partes abocinadas convencionales de caña de collarín. Ello es
para proveer suficiente distancia de holgura radial Bc y fuerza de
compresión para proveer la retención prevista de estampación inicial
o amortiguación en consideración de la mínima holgura Rc entre el
taladro interior 65 del collarín y las crestas 71 de bulón y el
mínimo espesor t de pared del collarín. Esto contrasta
sustancialmente con el elemento de sujeción de la patente cuyo
número termina en 852 en el sentido de que el collarín tiene una
holgura mayor que RC y un espesor de pared sustancialmente mayor y
no tiene una parte abocinada de caña de collarín. Al mismo tiempo,
el ángulo Ad' en la superficie radialmente exterior de la parte
abocinada 67 de caña se selecciona para proveer el punto previsto
de contacto con el extremo arqueado 68 con el fin de ayudar en la
provisión de la magnitud prevista de retención.
La cavidad 57 de yunque está provista de la
parte recta 70 de taladro interior de estampar de un diámetro
mínimo de estampar Da sustancialmente uniforme. En el presente
invento, la parte recta 70 de taladro interior de la cavidad de
estampar 57 es de una longitud axial suficiente para sobreacoplarse
a la caña 61 del collarín sobre una parte significativa de la
longitud estampada de la caña 61 del collarín. De este modo se
minimiza el retorno elástico de la parte estampada radialmente
hacia dentro de la caña 61 de collarín detrás de la cavidad de
estampar 57. Al mismo tiempo, se facilita la extrusión axial hacia
delante del material del collarín durante la estampación para
alcanzar la carga de fijación final que se aumenta mediante dicha
extrusión. El conjunto de morro 45 y la configuración total de la
cavidad de estampar 57 pueden ser esencialmente los mismos que los
que se han usado anteriormente para instalar elementos de sujeción
del tipo mostrado en la patente cuyo número termina en 852,
anteriormente mencionada.
Como se ha hecho notar, la carga axial relativa
requerida para estampar la caña 61 del collarín se minimiza
mediante la reducción de la holgura Rc entre la parte recta 49 de
taladro interior del collarín de diámetro uniforme y las crestas 71
de la acanaladuras de enclavamiento 26.
En el presente invento, esta holgura radial Rc
se reduce significativamente en dirección radial hasta alrededor de
una mitad de la del perno de enclavamiento convencional del tipo
mostrado en la Figura 7. En este sentido, la retención provista por
la parte abocinada 67 de collarín en combinación con el extremo
arqueado 68 es de una significación aún mayor, a la vista de la
holgura minimizada RC entre la parte recta 49 de taladro interior
del collarín y las crestas 71 de las acanaladuras de enclavamiento y
el espesor minimizado t de pared de la parte recta 69 de caña del
collarín. Sin embargo, debido a la estrecha holgura radial provista
por el diámetro interior minimizado ID, el diámetro exterior Dc se
puede reducir para el espesor t necesario para proveer el volumen
previsto. Véase Figura 5. De ese modo, el diámetro interior ID y el
diámetro exterior Dc se seleccionan para proveer el espesor
previsto de pared t de la caña 61 del collarín, resultando en el
volumen necesario de material de collarín para estampar y en la
cantidad prevista de relleno de acanaladuras de enclavamiento, que
se indica más adelante, al mismo tiempo que se provee la reducción
prevista en carga de estampar. Véase CUADRO DE VALORES TÍPICOS.
Como se puede ver mejor en la Figura 4A, los
fondos 62 de las acanaladuras de enclavamiento 26 son de una
construcción ancha y tienen una configuración de fondo que se
aproxima mucho a una modalidad aerodinámica. En una forma del
presente invento, esta configuración es de un tipo generalmente como
el descrito en la patente cuyo número termina 852, anteriormente
mencionada, y también de un tipo esencialmente como el utilizado en
una forma comercial de ese elemento de sujeción. Sin embargo, como
se verá, en otras formas del presente invento los fondos y los
resaltes de las acanaladuras de enclavamiento se han modificado un
poco para fines que se describen más adelante. Los fondos 62, que
están separados por unos resaltes anulares 60, se pueden considerar
como definidos por una parte 72 de fondo en la base del fondo 62,
que está unida en un extremo a una parte de transición trasera o
parte 66 de flanco. Las partes de transición 64 y 66 interceptan la
parte 72 de fondo con uniones radiales. Con el fin de aproximarse a
una forma aerodinámica, el fondo 72 tiene una forma generalmente
elíptica. Sin embargo, como se verá, como el material del collarín
14 no se ha estampado totalmente en acoplamiento por compresión con
la parte72 de fondo, se podrían usar contornos distintos al
elíptico. Sin embargo, las partes aerodinámicas en las zonas de
acoplamiento por el material de collarín estampado son importantes
para facilitar el flujo del material estampado en cargas de
estampar
reducidas.
reducidas.
Además de lo anteriormente expuesto, las
acanaladuras de enclavamiento 26 se definen adicionalmente por lo
siguiente.
- 1.
- P es el paso entre acanaladuras de enclavamiento sucesivas 26;
- 2.
- h es la profundidad de los fondos 62 (o profundidad de rosca para un bulón roscado);
- 3.
- Dr es el diámetro de fondo eficaz de los fondos 62 (o de la rosca para un bulón roscado) a través del cual se aplica la carga de tracción;
- 4.
- Du es el diámetro de cresta de las crestas 71 de los resaltes 60 de bulón (o el diámetro definido por las crestas de un bulón roscado).
En una forma del invento, la parte de transición
trasera o parte de flanco 66 se proporcionó para que formase un
ángulo At con un plano transversal al eje Xa del bulón 12, mientras
que la parte de transición delantera o parte de flanco 64 se
proporcionó para que formase un ángulo mayor A1. El ángulo A1 de la
parte de transición delantera 4 facilita el flujo del material del
collarín 14 en estampación, mientras que el ángulo más escarpado At
de la parte trasera 66 provee un efecto de contrafuerte para
contener el material de collarín estampado. El efecto de
contrafuerte ayuda a convertir la extrusión o alargamiento del
collarín durante la estampación en una carga de fijación sobre las
piezas de trabajo 18 y 20, y también ayuda a resistir las cargas de
tracción sobre el elemento de sujeción instalado 10. Véase CUADRO
DE VALORES TÍPICOS. Con el fin de facilitar el flujo del material
del collarín 14 durante la estampación, se provee una parte
arqueada 63 de transición entre las crestas 71 de los resaltes 60 y
la parte de transición delantera 64. Además, se provee un radio R1
entre las crestas 71 de los resaltes 60 y la parte de transición
trasera 66. La parte arqueada 63 y el radio R1 ayudan a reducir la
fuerza de compresión radial requerida para aplicarse al collarín 14
por la cavidad de estampar 57 para la estampación, y de acuerdo con
ello facilita la reducción de la fuerza axial relativa requerida
para desplazar axialmente la cavidad de estampar 57 con el fin de
sobreacoplar radialmente el collarín 14 durante la estampación.
Este es realmente el mismo contorno que se ha utilizado con los
elementos de sujeción construidos de acuerdo con la patente cuyo
número termina en 852, anteriormente mencionada.
Con la construcción de elemento de sujeción del
presente invento, se puede seleccionar la profundidad h de cada uno
delos fondos 62 para proveer una relación mínima prevista entre la
profundidad h y el diámetro principal Du o de cresta de las crestas
71 de las acanaladuras de enclavamiento 26 del bulón 12. A este
respecto, uno de los criterios principales para la profundidad h de
acanaladura es que sea suficientemente profunda desde el punto de
vista práctico para recibir y retener el material del collarín 14
después de la estampación mientras la parte 72 de fondo se
encuentra todavía en una relación de holgura parcial con el material
de collarín estampado. En una forma del invento, era adecuada una
profundidad h de acanaladura comprendida entre alrededor de 0,03 x
Du y aproximadamente 0,033 x Du. Con este tipo de acanaladura, el
diámetro menor o de fondo Dr se maximizará para un bulón con un
diámetro de cresta dado Du. Véase CUADRO DE VALORES TÍPICOS. Esto
dará lugar a que un bulón 12 de un material determinado tenga casi
la máxima resistencia a la tracción disponible, porque el fallo
por tracción del bulón 12 ocurriría a través del diámetro de fondo
Dr que, cuando se ha maximizado, es sólo un poco menor que el
diámetro de cresta Du. El diámetro maximizado de fondo Dr de anchura
ampliada proveerá también una función prevista contra la fatiga. Al
mismo tiempo, el fondo 62 al ser ancho y de la forma elíptica o
aerodinámica simulada en la parte 72 de fondo, resultará en un bajo
factor de concentración de tensiones que ayuda adicionalmente a la
duración contra la fatiga.
El collarín 14 á provisto de un volumen menor
que el requerido para llenar los fondos 62 cuando está estampado en
el interior de las acanaladuras de enclavamiento 26. De ese modo,
esta construcción es también sustancialmente diferente del elemento
de sujeción de la patente cuyo número termina en 852, anteriormente
mencionada. En este caso, el collarín estampado 14 no
sobre-empaqueta o llena completamente los fondos 62,
y en una realización, el porcentaje de llenado de los fondos 62 no
era mayor de alrededor de un 95% de la profundidad h y
preferiblemente estaba en un intervalo de alrededor del 70% al 90%
del llenado. este respecto, un porcentaje de llenado
significativamente por debajo de un 70% no podría proveer las
elevadas cargas previstas, mientras que un porcentaje de llenado
significativamente por encima del 90% podría resultar en unas
cargas de instalación excesivamente elevadas, lo cual podría
requerir una acanaladura 40 de cuello frágil más grande y más fuerte
para prevenir un fallo prematuro y/o requerir una herramienta de
instalación mayor y más pesada. Con la estructura ancha de la
acanaladura, se cree que es conveniente un llenado de como mínimo
hasta el diámetro del paso. Se puede definir el diámetro del paso
como el diámetro de una pieza de partida de laminación de bulón
antes de laminar las acanaladuras de enclavamiento 26.
En una realización, la parte de la caña 61 de
collarín que se iba a estampar se seleccionó para que tuviese un
volumen antes de estampar mayor que el necesario para llenar
parcialmente las acanaladuras 6 dentro de la envoltura de estampar.
La envoltura de estampar se puede definir por el diámetro mínimo Da
de la parte recta 70 de la cavidad de estampar 57 de la sección 56
de yunque y el área cilíndrica definida por la parte confrontante
de las acanaladuras de enclavamiento 26 del bulón 12 (véanse Figura
1 a 4). A este respecto, el volumen de la envoltura de estampar se
puede considerar que es el volumen entre el diámetro de paso o
diámetro de la pieza de partida del bulón antes de laminar las
acanaladuras de enclavamiento 26 y la parte recta 70 de la cavidad
de estampar 57. Sin embargo, durante la estampación, una parte del
material de la pieza de partida 61 del collarín se desplaza en
estiramiento y extrusión axial. lo cual aumenta la intensidad de la
carga de fijación final sobre las piezas de trabajo 18, 20, y, al
mismo tiempo, resulta en que las acanaladuras de enclavamiento 26
no se llenen completamente. Como resultado, el material de la caña
61 del collarín no se acopla totalmente con- ni se comprime contra
- las partes 72 de fondo de los fondos 62 de acanaladura de
enclavamiento durante la estampación, por lo que la caña 61 del
collarín se puede estampar en una carga axial relativa
sustancialmente disminuida. Esto está en contraste con los elementos
de sujeción descritos en las patentes cuyos números terminan en 852
y 096 anteriormente mencionadas, en las que el porcentaje de volumen
en exceso es sustancialmente mayor, y en las que el material del
collarín está totalmente acoplado con - y totalmente comprimido
contra - los fondos de las acanaladuras de enclavamiento. Por otra
parte, con el elemento de sujeción convencional de la Figuras 7 y
7ª, aunque el volumen pre-estampado del collarín
114 es mayor que el volumen de la envoltura de estampar, el
material del collarín no se comprime contra los fondos.
Es conveniente que el bulón 12 tenga suficiente
dureza con respecto a la del collarín 14 para resistir el
aplastamiento o la deformación excesiva en tensión o el
rebajamiento de las cargas de compresión de estampar. Así, en una
forma del invento, para el elemento de sujeción del tipo de grado 5,
por ejemplo el bulón 12 se podría construir de acero AISI 1038 o
acero AISI 1541 o de otros materiales comparables para el mismo
grado que tengan una dureza de alrededor de 24 Rockwell hasta 35
Rockwell y una resistencia máxima a la tracción de al menos 827,4
MPa (120 KSI). El collarín 14 se podría fabricar de acero al carbono
AISI 1010 que se tratase térmicamente hasta entre alrededor de
Rb65 a aproximadamente Rb 85 y con una resistencia máxima a la
tracción de al menos alrededor de 413,7 MPa (60 KSI) De ese modo,
el bulón 12 tiene una dureza suficiente para aceptar tanto las
elevadas precargas de tracción previstas como las cargas de
estampación sobre el collarín 14 sin deformarse sustancialmente.
Adicionalmente, el collarín 14 se puede recubrir con un lubricante
convencional tal como cera de polietileno soluble en agua o alcohol
cetílico. El collarín 14 se podría también recubrir con cinc. Esto
ayuda a mantener las cargas de estampación en el bajo nivel
previsto y también minimiza el desgaste de la cavidad de
estampación 57.
Por tanto, la caña 61 del collarín 14 está
provista de un espesor t de pared suficiente y, por tanto, de un
volumen suficiente para asegurar que se desplace axialmente en
estiramiento una cantidad suficiente de material del collarín. Al
mismo tiempo, es conveniente que el collarín estampado tenga
suficiente espesor de pared, y por tanto suficiente resistencia
mecánica, de tal manera que los resaltes 60 del bulón y los resaltes
del collarín formados durante la estampación permanezcan en un
acoplamiento sustancialmente total cuando se alcance la carga de
tracción de diseño sobre la unión. A este respecto, el espesor de
pared t requerido de la caña 61 del collarín aumentará para
elementos de sujeción de mayores diámetros y disminuirá para
elementos de sujeción de menores diámetros. Véase CUADRO DE VALORES
TÍPICOS.
Según se ha indicado, el elemento de sujeción
del tipo para estampación se ha diseñado principalmente para usar
en aplicaciones tales como las del elemento convencional de sujeción
tipo para estampación mostrado en la Figura 7. En la descripción de
la Figura 7, a los componentes similares en todo o en parte a los de
la realización de las Figuras 1 a 4 se les ha dado la misma
designación numérica con la adición de 100 y, a menos que se
indique lo contrario, son generalmente de la misma construcción.
Considerando ahora la Figura 7, el elemento de
sujeción 110 incluye un miembro de bulón 112 y un collarín tubular
114 y tiene un eje central Xa'. El miembro de bulón 12 tiene una
caña alargada 115 que se extiende a través de una aberturas 116 y
117 practicadas en las piezas de trabajo 118 y 120,
respectivamente, para sujetarse juntas. Una cabeza sobresaliente
122 en un extremo de la caña 115 se acopla a la superficie lateral
trasera 123 de la pieza de trabajo 118. La caña 115 tiene una parte
124 de caña lisa y cilíndrica que está situada dentro de los
taladros interiores alineados 116 y 117. Junto a la parte recta 124
de caña hay una parte de enclavamiento 125 de caña con una
pluralidad de acanaladuras de enclavamiento anulares 126. Una parte
anular de transición 128 une la parte de enclavamiento 125 de caña
con la parte recta 124 de caña.
Una parte de tracción 141 de caña incluye una
pista anular recta 141 seguida por una pluralidad de acanaladuras
anulares de tracción 144. Una acanaladura de cuello frágil 140 que
tiene un diámetro Db' está situada entre la pista anular 142 de la
parte de enclavamiento 125 y la parte de tracción 141. La parte de
tracción 141, incluyendo la pista 142 y las acanaladuras de
tracción 144, es de un diámetro Dp' de cresta ligeramente reducido
con respecto al diámetro Du' de las crestas 171 de las acanaladuras
de enclavamiento 126, que es aproximadamente igual al diámetro de
la parte recta 124 de caña. Las acanaladuras de tracción 144 están
destinadas a ser agarradas por una herramienta 148 que puede ser de
una construcción general similar a la de la herramienta 48 descrita
anteriormente. Sin embargo, debido a las cargas de estampación más
elevadas que se requieren para instalar el elemento de sujeción
110, la herramienta 148 será más grande y más pesada que la
herramienta 48. A este respecto, el diámetro Da' de la parte recta
170 de cavidad de la sección 156 de yunque de estampación es menor
que el diámetro Da de la parte 70 de taladro interior de
estampación
El collarín 114 tiene un taladro interior
pasante 165 e incluye una caña cilíndrica 161 que termina en un
extremo en una brida de apoyo alargada 159. La caña 161 de collarín
tiene una parte recta 169 de caña de una configuración cilíndrica
generalmente uniforme con un espesor de pared t' generalmente
uniforme. La parte 169 de caña termina en su extremo exterior en
una parte exterior 167 de caña que tiene una superficie exterior
que se extiende en forma arqueada, radialmente hacia dentro y que se
estrecha progresivamente hasta un espesor reducido de pared t'' De
ese modo, el ángulo de conicidad o de estrechamiento progresivo de
la parte arqueada 167 de caña en su superficie exterior sería un
ángulo Ad' que sería negativo comparado con el ángulo Ad de la
parte 67 de caña. Asimismo, como la superficie radialmente interior
de la parte 149 de taladro interior no está estrechada
progresivamente, en ese caso el ángulo AD' sería cero y por tanto no
se ha mostrado en los dibujos. Además, el taladro pasante 165 tiene
una parte recta 149 de taladro interior de un diámetro ID'
generalmente uniforme que se extiende a través de la parte recta 169
de caña y de la parte exterior arqueada 167 de caña. La parte
recta 149 de caña termina en su extremo interior en una parte 155 de
taladro interior avellanada y ensanchada en la brida 159.
En este caso, la fuerza axial relativa para la
instalación se aplica entre el bulón 112 y el collarín 114 por el
acoplamiento de las mordazas 150 con las acanaladuras de tracción
144 y el acoplamiento del extremo exterior de acometida 168
sustancialmente recto y estrechado progresivamente de la cavidad de
estampación 157 con la superficie arqueada que se extiende
radialmente hacia dentro de la parte exterior 167 de caña de la
caña 161 del collarín. La superficie arqueada radialmente exterior
de la parte 167 de caña del collarín junto con el extremo
estrechado progresivamente 168 de la cavidad de estampación 157
resultan en una distancia de acometida extendida dd' en contraste
con distancia de acometida minimizada dd de la parte abocinada 67
de caña del elemento de sujeción 10. Sin embargo, en este caso la
magnitud predeterminada de resistencia o retención desde el
comienzo de la estampación o amortiguación al interior de las
acanaladuras de enclavamiento 126 es afectada por la mayor
distancia de holgura Rc' y un mayor diámetro interior ID', con el
diámetro exterior Dc' siendo sustancialmente igual que el diámetro
exterior Dc de la parte 69 de caña del collarín. Sin embargo, la
intensidad de la retención es esencialmente la misma que la del
elemento de sujeción 10 que tiene una menor distancia de holgura Rc
y un menor diámetro interior ID. No obstante, el espesor t' de pared
de la caña 161 de collarín es menor que el espesor t de pared de la
caña 61 de collarín. VÉASE CUADRO DE VALORES TÍPICOS.
Así, como se ha indicado, la carga axial
relativa requerida para estampar la caña 161 de collarín es
sustancialmente mayor debido, en parte, al mayor diámetro interior
ID' y a la mayor holgura Rc' entre la parte recta 149 de taladro
interior de diámetro uniforme y las crestas 171 de las acanaladuras
de enclavamiento 126. De ese modo, en un típico perno de
enclavamiento convencional de 1,59 cm (5/8 de pulgada) del elemento
de sujeción mostrado en la Figura 7, la holgura radial Rc' entre la
parte recta 149 de taladro interior del taladro interior 165 del
collarín y las crestas 171 de las acanaladuras de enclavamiento, en
cada lado, es radialmente alrededor de 0,053 cm (0,021 pulgadas) o
diametralmente alrededor de 0,106 cm (0,042 pulgadas) como máximo.
En el elemento de sujeción 10 del presente invento, la holgura
radial Rc se ha reducido significativamente en dirección radial
hasta alrededor de 0,028 cm (0,011 pulgadas) o en dirección
diametral hasta 0,056 cm (0,022 pulgadas) como máximo. A la vista
de la mayor holgura Rc', y del diámetro interior ID' y del espesor
t', aunque menor que t, requeridos para proveer el volumen
necesario de material de collarín para la estampación y el llenado
de las acanaladuras de enclavamiento previstos, la fuerza axial
relativa requerida para la estampación de la caña 161 del collarín
es sustancialmente mayor que la de la caña 61 de collarín.
Adicionalmente, el diámetro Da' de la garganta del yunque de la
cavidad de estampación 157 es menor que el diámetro Da de la cavidad
de estampación 57 para estampar la caña 161 de collarín de paredes
más delgadas para proveer un llenado adecuado de las acanaladuras
de enclavamiento 126. Esto necesita una intensidad
significativamente elevada de fuerza axial relativa o carga de
estampación para estampar adecuadamente la caña 161 de collarín.
Además, la configuración de las acanaladuras de enclavamiento 126,
la anchura de los fondos 162 y el número de crestas 171 a acoplarse
en la estampación son también factores que resultan en cargas más
elevadas de estampación. Véase CUADRO DE VALORES TÍPICOS.
Como puede verse mejor en la Figura 7A, las
acanaladuras de enclavamiento son de un contorno de onda sinusoidal
generalmente modificado. En este caso se puede considerar que los
fondos 162, que están separados por los resaltes anulares 160, se
definen por una parte arqueada 172 de fondo de un radio R4
generalmente uniforme en la base del fondo162, que está unida a una
parte de transición delantera 164 y a una parte de transición
trasera 166 que generalmente son rectas. El radio R4 de los fondos
es mayor que el radio R5 de las crestas 171. Sin embargo, la
anchura de los resaltes 160 es generalmente igual que la anchura de
los fondos 162 a lo largo del diámetro de paso, y el paso P' es
sustancialmente menor que el paso P para el bulón 12 del elemento
de sujeción 10. Adicionalmente, el radio R4 en la parte 172 de fondo
es sustancialmente menor que el de la parte 72 de fondo del
elemento de sujeción 10 con la parte 72 de fondo siendo
sustancialmente más ancha que las partes 172 de fondo. Esto
significa que, para una longitud dada de caña 61, 161 de collarín,
la caña 61 de collarín se acoplará sustancialmente a menos crestas
71 y a menos área de crestas que las crestas 171 y área de
crestas resultante acopladas por la caña 161 del collarín en la
estampación. Al mismo tiempo, se cree que la mayor anchura de las
partes 72 de fondo facilita que el material de la caña 61 de
collarín se desplace con más facilidad y fluya en extrusión hacia
delante y hacia atrás en la obtención de la intensidad prevista de
carga de fijación. Ello reducirá adicionalmente la intensidad de la
carga de fijación requerida para el elemento de sujeción 10 en
comparación con el elemento de sujeción 110.
Típicamente se ha usado la relación entre la
profundidad h' de acanaladura y el diámetro Du' de cresta de h'/Du
x 10^{2} de alrededor del 3,6%. Asimismo, las acanaladuras de
enclavamiento 126 no se han llenado por completo y típicamente se
han llenado hasta alrededor del 40% y 60% de la profundidad h' de
acanaladura. Esto contrasta con que el bulón 12 con acanaladuras de
enclavamiento 26 tiene una relación de h/Du x 10^{2} de alrededor
del 3,2% y las acanaladuras de enclavamiento 26 se han llenado entre
hasta alrededor del 70% y 90% de la profundidad de acanaladura. Sin
embargo, se verá que se pueden usar otras modalidades de
acanaladuras anchas de enclavamiento de diferentes profundidades y
contornos con diferentes porcentajes de llenado.
Entonces, el resultado es una reducción en carga
de estampación de alrededor de un 25% hasta aproximadamente un 40%
para el elemento de sujeción 10 en comparación con el elemento de
sujeción 110 para el mismo grado o resistencia mecánica. A este
respecto, entonces, la carga final de fijación sobre las piezas de
trabajo 18, 20 alcanzada por el elemento de sujeción 10 es de
alrededor del 160% de la carga de estampación, mientas que para el
elemento de sujeción 110 es de alrededor del 130% de la carga de
estampación. Ello entonces permite que el diámetro Db de la
acanaladura de cuello frágil 40 del bulón 12 se reduzca hasta
alrededor del 80% del diámetro Db' del bulón 112. Esto también
facilita una reducción máxima en el diámetro DP y en el tamaño de
la parte 41 de tracción hasta un 80% con respecto al diámetro DP' y
al tamaño de la parte 141 de tracción. Esto resultará en una
reducción sustancial en la carga de instalación final requerida para
la fractura de la acanaladura de cuello frágil 40 con respecto a la
de la acanaladura de cuello frágil 140. Ello resultará también en
una reducción en peso de la parte de tracción 41 del bulón 12 de
alrededor de un 40% comparado con el peso de la parte de tracción
141 del bulón 112 con unos correspondientes ahorros en costes de
material.
Como resultado, se puede reducir el tamaño de la
herramienta de instalación 48, lo que da lugar a una reducción
correspondiente en peso de alrededor del 40% comparado con el peso
de la herramienta 148.
El bulón 112 se ha construido también para que
tenga suficiente dureza, con respecto a la dureza del collarín 114,
para resistir el aplastamiento o la deformación excesiva en tensión
o rebajamiento de las cargas de compresión de estampación. Así, en
una modalidad del elemento de sujeción convencional 110, para el
elemento de sujeción tipo grado 5, por ejemplo el bulón 112 se
podría construir de acero AISI 1038 o de acero AISI 1541 o de otros
materiales comparables para el mismo grado que tengan una dureza de
alrededor de 24 Rockwell hasta 35 Rockwell y una resistencia máxima
a la tracción de como mínimo alrededor de 120 KSI. El collarín 114
se podría hacer de acero AISI 1010 que se tratase térmicamente
hasta entre alrededor de 60 Rb hasta alrededor de 75 Rb, un
intervalo de dureza más bajo que para el collarín 14.
Adicionalmente, el collarín 114 se puede recubrir con un lubricante
convencional tal como una cera de polietileno o alcohol cetílico
solubles en agua. El collarín 114 se podría también recubrir de
cinc.
Por tanto, los elementos de sujeción del
presente invento están en completo contraste con los elementos de
sujeción convencionales del tipo de estampación anteriormente
descritos y con otros elementos de sujeción del tipo de
estampación. A este respecto, con elementos de sujeción del presente
invento, el espesor t de pared, aunque es mayor que el espesor t'
de pared, se ha seleccionado para que tenga un valor mínimo al mismo
tiempo que posea el volumen necesario de material para proveer el
porcentaje previsto de llenado de acanaladura y de extrusión que se
ha indicado. En este contexto, el espesor t de pared es menor que el
del elemento de sujeción descrito en la patente cuyo número termina
en 852 antes mencionada. Asimismo, se minimiza la holgura Rc entre
el diámetro ID del taladro interior 65 del collarín y la caña
cilíndrica 61 y el diámetro Du de las crestas 71 de los resaltes 60
de las acanaladuras de enclavamiento 26. Mediante la selección del
espesor t de pared y minimizando la holgura Rc, se reducirán
también el diámetro exterior Dc y el diámetro interior ID del
collarín 14, resultando en una intensidad reducida o minimizada de
la carga de estampación requerida. De ese modo, mediante la
selección del espesor t de pared para prevenir el sobrellenado de
las acanaladuras de enclavamiento 26, lo que minimiza la holgura
Rc, se minimiza así la intensidad de la fuerza axial relativa
requerida para desplazar axialmente la cavidad 57 del yunque de
estampación para sobreacoplar la caña 61 del collarín 14 con el fin
de comprimirla radialmente hacia dentro para la estampación. Otro
factor que resulta en la disminución de las cargas de estampación
estriba en la utilización de acanaladuras de enclavamiento 26 más
anchas de un paso mayor con la anchura de las crestas 71 siendo
sustancialmente menor que la anchura de las acanaladuras, por lo
que se minimiza sustancialmente la magnitud de acoplamiento del
material del collarín con el número de crestas acopladas 71, lo
cual facilita el flujo dirigido radialmente hacia dentro del
material del collarín durante la estampación. Por ejemplo, en una
modalidad del invento, el número de crestas acopladas 71 del bulón
12 para el elemento de sujeción 10, en comparación con el número de
crestas acopladas 171 del bulón 112 para el elemento de sujeción
110 para la misma longitud de partes de caña 61 y 161 de collarín se
redujo de 12 a 7. A este respecto, se estima que la relación entre
la anchura Wc de cresta y la anchura Wg de acanaladura, medidas a
lo largo de una línea generalmente donde las partes arqueadas de la
cresta intersecan con los flancos, para las acanaladuras de
enclavamiento 26 era de alrededor del 26%, mientras que la relación
entre la anchura Wc' de cresta y la anchura Wg' de acanaladura para
acanaladuras de enclavamiento 126 era de alrededor del 40%. Por
tanto, se puede ver que aunque las anchuras Wc y Wc' de cresta
fuesen iguales, la cantidad de acoplamiento de crestas para una
longitud dada de caña estampada de collarín sería sustancialmente
menor para las acanaladuras de enclavamiento 26 comparadas con las
acanaladuras de enclavamiento 126. A este respecto, se cree que es
conveniente una relación entre la anchura de resta y la anchura de
acanaladura menor de alrededor de un 30%, y preferiblemente menor
de un 25%.
Para un bulón 12 y un collarín 14 de los
materiales ferrosos que tengan las resistencias relativas al
esfuerzo cortante anteriormente indicadas para un elemento de
sujeción del grado 5, las relaciones dimensionales detalladas en el
siguiente cuadro se consideraron satisfactorias y se han mostrado en
comparación con el elemento de sujeción convencional del grado 5 de
la Figura 7 para un bulón 112 y un collarín 114 seguidas por valores
de prestaciones comparativas; las dimensiones lineales se dan en
centímetros (pulgadas) mientras que las dimensiones angulares son
en grados y los valores de fuerza tales como carga, tracción, etc.,
se dan en kilonewtons (libras)
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Así, puede verse que, para elementos de sujeción
de diámetro nominal 1,27 cm (1/2'') hasta 1,91 cm (3/4''),
mientras la relación entre el diámetro Dp' de cresta de las
acanaladuras de tracción y el diámetro Du' de cresta de bulón para
el bulón 112 era de alrededor del 96%, la relación entre el diámetro
Dp de cresta de las acanaladuras de tracción y el diámetro Du de
cresta de bulón para el bulón 12 era desde alrededor del 76% hasta
alrededor dl 82%. Al mismo tiempo, la relación entre el diámetro Db'
de la acanaladura de cuello frágil y el diámetro Du' de cresta del
bulón era desde alrededor del 58% hasta alrededor del 64%, mientras
que la relación entre el diámetro Db de la acanaladura de cuello
frágil y el diámetro Da de cresta del bulón era de alrededor del
44% hasta alrededor del 54%. El resultado es una parte de tracción
41 sustancialmente pequeña para el bulón 12, comparada con la parte
de tracción 141 para el bulón convencional 112. Se cree que podrían
proveerse estructuras de acanaladura que tengan diámetros Dp entre
alrededor del 70% hasta alrededor del 80% del diámetro Du y el
diámetro Db entre alrededor del 40% hasta alrededor del 50% del
diámetro Du.
Los valores precedentes se han dado a título de
ejemplo, y para el elemento de sujeción 10 pueden variar un poco;
por ejemplo, el porcentaje de holgura definido por 2Rc/Du puede
variar desde alrededor del 1,0% hasta alrededor del 4,0%. Para el
elemento de sujeción 10 con bulones 12 que varíen en diámetro
nominal desde 1,27 cm (1/2 pulgada) hasta 1,91 cm (3/4'') las
relaciones típicas de holgura serían desde alrededor del 2,5% hasta
alrededor del 3,8%. Asimismo, los valores de prestaciones son
valores promedio típicos y pueden variar como en otras modalidades
a describir. Debe entenderse que, aunque el cuadro precedente
establece valores para elementos de sujeción cuyo diámetro nominal
varíe desde 1,27 cm (1/2'') hasta 1,91 cm (3/4''), los conceptos
indicados en la presente memoria se pueden extender a elementos de
sujeción de diámetros nominales que varíen al menos desde alrededor
de 0,635 cm (1/4'') hasta alrededor de 3,275 cm
(1-1/4'').
Es interesante observar que, en ensayos
comparativos del elemento de sujeción 10 y 110 de 1,59 cm (5/8'')
comprimiendo totalmente sólo los collarines 14 y 114 en aire por
las respectivas secciones de yunque de estampación 56 y 156, el
collarín 14 se comprimió totalmente a una carga axial de alrededor
de 25,9 kN (6.500 libras). Esta reducción en carga para compresión
del collarín 14 frente a la del collarín 114 fue aproximadamente de
un tercio, que es esencialmente el mismo porcentaje de reducción de
las cargas totales comparativas de estampación en las acanaladuras
de enclavamiento 26 y 126 de los bulones 12 y 112, respectivamente,
es decir, 57,8 kN (13.000 libras) frente a 84,5 kN (19.000 libras.
Esto indicaría que la combinación de elementos observada incluyendo
configuración de acanaladuras de enclavamiento, geometría de
collarín y diseño de yunque de estampación contribuyen cada una a
la reducción total en carga de estampación del elemento de sujeción
10 frente al elemento de sujeción convencional 110. Sin embargo, se
observará que la configuración modificada de acanaladura de
enclavamiento de las acanaladuras de enclavamiento 26a y 26b de las
Figuras 8 A y 9 A proveerá aún reducciones adicionales en carga de
estampación.
Se cree que el incremento sustancial en carga de
fijación final de las piezas de trabajo 18, 20 con respecto a la
intensidad de la carga axial relativa requerida para estampar se
debe a la extrusión o estiramiento del material del collarín cuando
se está estampando. Por tanto con el elemento de sujeción 10 del
presente invento, se puede asegurar un alto nivel conveniente de
precarga retenida sobre la unión sujeta.
En una forma modificada del presente invento, se
muestran unas acanaladuras de enclavamiento helicoidales y pueden
ser del mismo contorno que el mostrado en la realización de las
Figuras 1 a 6; por tanto, la realización de la Figura 8 puede
emplear las acanaladuras anchas 26 de las Figuras 1 a 6 que al mismo
tiempo tengan forma helicoidal, de tal manera que en los puntos más
profundos una acanaladura será diametralmente opuesta a un punto
que no es tan profundo; de este modo, el diámetro eficaz Dr y por
tanto el área serán un poco mayores, resultando en aún más
perfeccionamientos en tensión y fatiga. Al mismo tiempo, el número
eficaz de acanaladuras de enclavamiento llenas no será sensible al
espesor total o agarre de las piezas de trabajo, como puede ser el
caso con acanaladuras de enclavamiento anulares. Además, la
realización de la Figura 8 está destinada a instalarse como un
elemento de sujeción roscado como se muestra en la patente cuyo
número termina en 755, anteriormente mencionada, y como tal utiliza
una extensión de las acanaladuras de enclavamiento helicoidales
como acanaladuras de tracción para acoplarse de forma roscable
mediante un guardacabos roscado o una tuerca sobre la herramienta
de tracción.
La realización de la Figura 8, tal como se ha
descrito, está destinada a utilizar un bulón que tenga una forma
modificada de acanaladuras helicoidales combinadas de tracción y de
enclavamiento como se muestra en la Figura 8A. Así, en la
descripción de la realización de las Figuras 8 y 8A, a los
componentes similares a componentes análogos de la realización de
las Figuras 1 a 4A se les ha dado la misma designación numérica con
la adición de la letra "a" y, a no ser que se indique lo
contrario, se puede considerar que son sustancialmente las
mismas.
Como se verá, las acanaladuras de enclavamiento
de la realización de la Figura 8A se han modificado para proveer
una reducción adicional en carga de estampación y también para tener
un contorno que facilite el agarre por el guardacabos roscado o el
miembro de tuerca de la herramienta de instalación y el uso de una
forma roscada tanto en las acanaladuras de enclavamiento como en el
guardacabos o miembro de tuerca de una resistencia mecánica mayor.
El bulón con las acanaladuras de enclavamiento de la Figura 8A está
destinado a utilizar el collarín 14 y la sección de yunque de
estampación tal como la sección 56 de yunque de estampación.
El bulón 12a tiene acanaladuras de enclavamiento
26a que funcionan también como acanaladuras de tracción y se define
por una forma de rosca helicoidal uniforme y continua y sin
intervención de una acanaladura de cuello frágil. Como se puede ver
mejor en la Figura 8A, los fondos 62a de las acanaladuras de
enclavamiento 26a son de una construcción ancha y tienen fondos con
una configuración generalmente lisa. Los fondos 62a, que están
separados por unos resaltes anulares 60a, se pueden considerar
definidos por una parte 72a de fondo en la base del fondo 62a, que
está unida en un extremo a una parte de transición delantera 64a y
en el extremo opuesto a una parte de flanco o de transición trasera
66a. Con el fin de proveer un contorno suave, la parte 72a de fondo
está generalmente conformada en un perfil ampliamente arqueado.
Realmente, el contorno arqueado incluye una parte con radios unida
estrechamente a la parte de transición trasera 66a en un extremo, y
el otro extremo a la parte de transición delantera 64a mediante una
superficie tangencial inclinada gradualmente. Se puede ver que la
parte de transición delantera 64a tiene un contorno generalmente
arqueado y se extiende en un ángulo Ala relativamente ancho o
plano, y como tal se puede considera que es una parte de la cresta
71a.
Adicionalmente a lo anterior, las acanaladuras
de enclavamiento 26a se definen además por lo siguiente:
- 1.
- Pa es el paso entre acanaladuras de enclavamiento sucesivas 26a;
- 2.
- ha es la profundidad de rosca de los fondos 62a;
- 3.
- Dra es el diámetro eficaz de fondo de los fondos de rosca 62a;
- 4.
- Dua es el diámetro de cresta de las crestas 71a de rosca de los resaltes 60a de bulón.
\vskip1.000000\baselineskip
En una forma del invento, la parte de transición
trasera estaba provista para formar un ángulo escarpado Ata de 20º
con un plano transversal al eje del bulón 12 a, mientras que la
parte de transición delantera 64 a estaba provista para formar un
ángulo Ala sustancialmente mayor, de 70º.
Sin embargo, en este caso la acanaladura 26a es
considerablemente más profunda en un punto hp próximo a la parte de
transición trasera, y por tanto la profundidad ha de acanaladura es
mayor que la profundidad h de la acanaladura 26 por alrededor del
30%. Al mismo tiempo, las acanaladuras 26a son de un paso Pa que es
aproximadamente un 40% mayor que el paso P de las acanaladuras 26 y
un 133% mayor que el paso P' de las acanaladuras 126. Esto resulta
en una cantidad de crestas 71a todavía menor que están acopladas por
unidad de longitud por la caña de collarín, tal como la caña 61, en
estampación, resultando en una disminución en la carga de
estampación. Además, el punto hp de máxima profundidad de
acanaladura está situado en un punto próximo a la parte de
transición trasera 66a dentro de alrededor de 1/3 del paso Pa desde
la cresta 71a. Esto provee un área ensanchada de plano de
cizalladura a lo largo de una línea L de acoplamiento para resistir
las cargas de tracción de la instalación y también facilita la
provisión de la rosca 212 del guardacabos o tuerca de tracción 202
para tener un área de cizalladura y una resistencia mecánica
mayores. La línea L de acoplamiento está en un punto de profundidad
de alrededor del 80% de la profundidad ha, cuyo punto de profundidad
es aproximadamente igual a la profundidad h de las acanaladuras 26.
Debido al paso incrementado Pa y a la anchura Wga de acanaladura,
se puede proveer la profundidad incrementada al mismo tiempo que
todavía se tiene una unión generalmente suave a las partes de
transición delantera y trasera 64a, 66a. Al mismo tiempo, la sección
adyacente del fondo 7a está unida a la parte de transición trasera
mediante un ángulo Ata' relativamente amplio, que para un elemento
de sujeción de un diámetro nominal de 1,59 cm (5/8 de pulgada) sería
de alrededor de 70º. Más aún, se puede ver que, por comparación a
las partes situadas similarmente de los fondos 72 y 72b de las
acanaladuras de enclavamiento 26 y 26b, el ángulo Ata' es
relativamente escarpado. Esto proporciona una cantidad de material
de acanaladura de enclavamiento suficiente para resistir la
deformación en cargas axiales involuntariamente bajas, por lo que
se mantiene un espacio intermedio suficiente en la iniciación de la
estampación para evitar el acoplamiento de la tuerca o guardacabos
de tracción 202 por la caña 61a de collarín en extrusión después de
una estampación
completa.
completa.
Debe hacerse notar que la parte de transición
delantera 64a y la parte de transición trasera 66a están unidas a
la parte 72a de fondo mediante radios reducidos R1 y Rt,
respectivamente, por lo que las secciones adyacentes de la parte de
fondo están ligeramente descentradas e las direcciones axial y
radial. Se cree que esto ayuda a reducir la carga de estampación
mediante la provisión de un espacio para el material del collarín a
medida que se estampa sobre las crestas 71a. A este respecto, en
una construcción, el radio R1 estaba situado desde la cresta 71a
aproximadamente a un 18% de la profundidad ha, mientras que el radio
Rt estaba aproximadamente en un 47% de la profundidad ha. Al mismo
tiempo, la relación entre la anchura Wca de cresta y la anchura Wga
de acanaladura para las acanaladuras de enclavamiento 26a se estimó
que era de alrededor del 20%. A este respecto, la anchura Wca de
cresta y la anchura Wga de acanaladura se tomaron en un punto de
radio R1 a la vista del mayor ángulo Ala de la parte de transición
delantera 64 a. Se cree que esto entonces representa el área eficaz
del acoplamiento inicial para estampar. El ángulo Ala de la parte de
transición delantera 64a y el descentramiento del radio R1
facilitan el flujo de material del collarín 14a en la estampación,
mientras que el ángulo Ata más escarpado de la parte de transición
trasera 66a provee un efecto de contrafuerte para contener al
material de collarín estampado para funcionar como se ha indicado
anteriormente.
Asimismo, como se ha indicado anteriormente con
los resaltes 60 de las acanaladuras de enclavamiento 26, el flujo
del material del collarín, tal como el collarín 14, durante la
estampación es asistido por las crestas 71a formadas en arco y por
los resaltes 60 a.
Puesto que, según se ha indicado, el paso Pa de
las acanaladuras de enclavamiento 26a es mayor que el paso P de las
acanaladuras de enclavamiento 26 a, se requiere una caña de collarín
un poco más larga, tal como la caña 24, para asegurar que se
acople una cantidad suficiente de resaltes 60a de bulón para proveer
y retener una carga de fijación y una carga de tracción final
previstas. En la aplicación de una fuerza axial relativa al bulón
12a para la instalación de la rosca que casa del miembro de tuerca
roscado de la herramienta de instalación, casará esencialmente y
aplicará la carga de tracción por acoplamiento con la parte de
transición trasera 66a. Como se ha indicado, la construcción de la
acanaladura 26a provee una superficie grande y radialmente profunda
de acoplamiento, por lo que, al mismo tiempo, se necesitan menos
hilos de rosca para acoplarse para una intensidad dada de carga
axial, permitiendo una reducción en la longitud de la caña 15a del
bulón 12a y en el tamaño de la tuerca correspondiente o miembro de
guardacabos de la herramienta de tracción. A esto ayuda además el
hecho de que la instalación final está esencialmente completa en la
totalidad de la estampación, puesto que se requiere una acanaladura
de cuello frágil a fracturarse. Al mismo tiempo, la profundidad de
llenado de los fondos 62a en la estampación es aproximadamente un
60% a un 80%, lo cual es generalmente menor que la de los fondos
tales como los fondos 62, es decir, del 70% al 90%. Sin embargo,
debe hacerse notar que en esta caso el porcentaje de llenado se
mide en el punto hp que está desplazado del centro del
fondo 72a.
fondo 72a.
En el cuadro siguiente se da una lista de las
dimensiones típicas para el bulón 12a, para uso con un collarín
correspondiente tal como el collarín 14, y un yunque de estampación,
con una sección de estampación como la sección 56 de yunque de
estampación. Las dimensiones se han dado para un elemento de
sujeción del grado 5 de un diámetro nominal de 1,59 cm (5/8'') con
valores medios típicos de prestaciones.
Debe entenderse que, aunque el cuadro precedente
establece valores para un elemento de sujeción que tiene un
diámetro nominal de 1,59 cm (5/8 de pulgada), los conceptos
indicados en la presente memoria se pueden extender a elementos de
sujeción de diámetros nominales que varíen desde al menos alrededor
de 0,635 cm (1/4 de pulgada) hasta alrededor de 3,175 cm
(1-1/4 de pulgada).
En el dibujo de la Figura 9A se ha mostrado una
modificación adicional de la estructura de las acanaladuras
helicoidales de enclavamiento 26a de la Figura 8A, pero destinada
para el uso con un bulón que tenga una impulsión interna. Por
tanto, en la descripción de la realización de la Figura 9A, a los
componentes similares de las realizaciones de las Figuras 1 a 4A se
les ha dado la misma designación numérica con la adición de la letra
pospuesta "b" y, a no ser que se especifique lo contrario, se
puede considerar que son sustancialmente iguales. Como se verá, la
profundidad de los fondos se ha seleccionado para que sea mínima con
el fin de facilitar la construcción de la rosca de impulsión
interna de resistencia mecánica adecuada.
Como puede verse mejor en la Figura 9A, los
fondos 62b de las acanaladuras de enclavamiento 26b son de una
construcción ancha y relativamente más poco profunda y tienen fondos
62b con una configuración generalmente aerodinámica. Los fondos
62b, que están separados por resaltes anulares 60b, se pueden
considerar definidos por una parte 72b de fondo en la base del
fondo 62b, que está unida en un extremo a una parte de transición
delantera o parte de flanco 66b. Con el fin de aproximarse a una
forma aerodinámica, la parte 72b de fondo tiene una forma en
general ampliamente arqueada.
\newpage
Adicionalmente a lo antes expuesto, las
acanaladuras de enclavamiento 26b se definen además por lo
siguiente:
- 1.
- Pb es el paso entre sucesivas acanaladuras de enclavamiento 26b;
- 2.
- hb es la profundidad de rosca de los fondos 62b;
- 3.
- Drb es el diámetro eficaz de fondo de los fondos roscados 62b;
- 4.
- Dub es el diámetro de cresta de las crestas roscadas 71b de los resaltes 60b de bulón.
En una forma del invento, la parte de transición
trasera 66b y la parte de transición delantera A1b se habían
provisto para que formasen los mismos ángulos escarpados Atb y Alb
de alrededor de 20º con un plano transversal al eje del bulón 12b.
Las partes de transición delantera y trasera se unían en la cresta
71b mediante un radio relativamente grande R6.
Las acanaladuras 26b son de un paso Pb que es
sustancialmente igual al paso Pa de las acanaladuras 26a, y que por
tanto es aproximadamente un 40% mayor que el paso P de las
acanaladuras 26 y un 133% mayor que el paso P' de las acanaladuras
126. Esto da lugar a que hay menos crestas 71b que son acopladas por
unidad de longitud por la caña del collarín, como la caña 61, en la
estampación, resultando en una disminución en la carga de
estampación. Debido al paso incrementado Pb y a la uniformidad
general de la parte 72b de fondo, se puede proveer la profundidad
superficial hb disponiendo al mismo tiempo de una unión con radios
generalmente suave a las partes de transición delantera y trasera
64b, 66b.
Hay que hacer notar que cada una de las partes
de transición delanteras 64b y traseras 66b están unidas a la parte
72b de fondo por un radio disminuido R7, por lo que las secciones
adyacentes de la parte de fondo están un poco descentradas en las
direcciones axial y radial. Esto ayuda en la reducción de la carga
de estampación mediante la provisión de espacio para el material de
collarín a medida que se estampa sobre las crestas 71b. A este
respecto, en una construcción, el radio R7 estaba situado desde la
cresta 71b en aproximadamente un 60% de la profundidad hb. Al mismo
tiempo, la relación entre la anchura eficaz Wcb de cresta y la
anchura eficaz Wgb de acanaladura para las acanaladuras de
enclavamiento 26b era alrededor del 16%, que es menor que las
relaciones correspondientes para los elementos de sujeción 10 y 10ª.
Esto ayuda a una reducción adicional en la intensidad de la carga
de estampación. Los ángulos escarpados A1b y Atb de las partes de
transición delantera y trasera y el descentramiento del radio R7
facilitan el flujo del material del collarín 14b en la estampación,
mientras que al mismo tiempo todavía proveen un efecto de
contrafuerte para contener al material del collarín estampado según
se ha indicado anteriormente.
El flujo del material del collarín, tal como el
collarín 14, es ayudado también por el radio de gran dimensión R6
de las crestas 71b.
Dado que, según se ha indicado, el paso Pb de
las acanaladuras de enclavamiento 26b es mayor que el paso P de las
acanaladuras de enclavamiento 26, se requiere una caña de collarín
un poco más larga, tal como la caña 24, para asegurar que se acopla
un número suficiente de resaltes 60b de bulón para proveer y
mantener la carga de fijación prevista.
En este caso, la profundidad de llenado de los
fondos 62b en la estampación es aproximadamente entre un 50% y un
70% de la profundidad hb. Como se ha indicado, la profundidad hb de
los fondos 62b es significativamente menor que la profundidad ha de
los fondos 62a de la combinación de acanaladuras de enclavamiento y
de tracción 26a del bulón 12a (Figura 8 A) cuando están conformadas
helicoidalmente y se usan como una combinación de acanaladuras de
enclavamiento y de tracción, y que la profundidad h de los fondos 62
de las acanaladuras 26 del bulón 12 (Figura 4 A). Como se ha
mostrado en las Figuras 9 y 9B, la profundidad hb se selecciona de
manera que facilite la formación de acanaladuras helicoidales de
tracción de una resistencia mecánica adecuada para la impulsión
interna.
Por tanto, considerando ahora las Figuras 9 y
9B, el bulón 12b tiene un taladro interior 75 en el extremo de la
caña 15b. El taladro interior 75 está provisto de una pluralidad de
acanaladuras helicoidales de tracción 77. Las acanaladuras
helicoidales de tracción 77 están provistas de unas crestas 78 que
son más anchas que los fondos 79. Esto proporciona un área de
esfuerzos cortantes relativamente más ancha para su acoplamiento
por las roscas que casan del eje roscado. El eje roscado puede ser
de un material ferroso de mayor resistencia mecánica que el bulón
12b, y por tanto requerirá un área menor de esfuerzos cortantes a
través de las roscas que se acoplan que las roscas de tracción
internas 77. En una forma del invento, la anchura de las crestas 78
era aproximadamente un 50% mayor que la anchura de los fondos
79.
Se puede ver también que la profundidad hb de
las acanaladuras 26b ayuda a la provisión de un máximo espesor
radial t5 de pared entre las crestas 79 de las roscas de tracción
internas 77 y las partes 72b de fondo de las acanaladuras externas
26b. Ello provee entonces al área de la caña 15b del taladro
interior roscado 75 de una fuerza de compresión suficiente para
soportar las cargas de estampación sobre un collarín tal como el
collarín 14.
Las características anteriormente indicadas
contribuyen a la reducción de la intensidad de la carga de
estampación, lo cual facilita el uso de impulsión interna por medio
de las roscas de tracción 77.
Debe hacerse notar también que la forma de rosca
helicoidal de las roscas de tracción 77 del taladro interior 75 es
de un sentido contrario al de la forma helicoidal de las
acanaladuras de enclavamiento 26b. De ese modo, durante la
instalación, si el bulón 12b empieza a girar en las aberturas de las
piezas de trabajo, la forma de la rosca helicoidal levógira de las
roscas de tracción 77 hará girar al bulón 12b en sentido dextrógiro,
lo cual tiende a apretar al bulón 12b en la rosca limitada de un
collarín como el collarín 14d, e ó f, según se describe más
adelante. Por tanto, no existirá una tendencia a que se afloje el
bulón 12b del collarín durante el acoplamiento inicial. A este
respecto, debe hacerse notar que, con la impulsión interna provista
por el taladro interior roscado 75, las acanaladuras de
enclavamiento 26b podrían ser anulares, en lugar de helicoidales,
pero serían sustancialmente del mismo contorno y de igual
profundidad de fondo por las razones indicadas. En este caso, se
podría usar para el pre-montaje inicial. el
collarín 14c, que se describe más adelante, con la lengüeta
flexible 90.
En el cuadro siguiente se da una lista de las
dimensiones típicas para el bulón 1b, para uso con un
correspondiente collarín tal como el collarín 14, y de un yunque de
estampación, con una sección de estampación como la sección 56 de
yunque de estampación. Sin embargo, las dimensiones se han provisto
para un elemento de sujeción del grado 5 de un diámetro nominal de
1,59 cm (5/8 de pulgada), con valores medios típicos de
prestaciones.
Por tanto, considerando las diferentes formas
del invento, se cree que una relación entre la anchura eficaz de
las crestas de bulón y la anchura eficaz de las acanaladuras de
bulón comprendida entre alrededor de 0,150 y alrededor de 0,30 es
conveniente para bulones de elementos de sujeción de un diámetro
nominal desde 1,27 cm (1/2 pulgada) hasta 1,91 cm (3/4 de pulgada).
Las relaciones indicadas podrían ser un poco menores o mayores para
bulones de elementos de sujeción que tengan diámetros nominales
mayores y menores, y por tanto los conceptos expuestos en la
presente memoria se pueden ampliar a elementos de sujeción que
tengan un amplio intervalo de diámetros nominales.
Como se ha indicado, las prestaciones del
sistema de sujeción del presente invento tal como se han mostrado y
descrito se han perfeccionado significativamente con respecto a las
de los elementos de sujeción convencionales de la técnica anterior
de las Figuras 7 y 7A. Aunque los cuadros precedentes de datos
comparativos muestran estas prestaciones, la mejora significativa
se ha ilustrado además en los gráficos de las Figuras 12A a 12D.
Cada uno de estos gráficos representa la carga de estampación en
líneas llenas y la carga de fijación resultante en líneas de trazos
en función del tiempo. Todos los gráficos son para el mismo elemento
de sujeción igualmente dimensionado, de 1,59 cm (5/6 de pulgada) de
un grado 5 comparable, siendo el gráfico de la Figura 12A para el
elemento de sujeción de las Figuras 1 a 4A, el gráfico de la Figura
12B siendo el elemento de sujeción de las Figuras 8 y 8A, el
gráfico de la Figura 12C siendo el elemento de sujeción de las
Figuras 9, 9A, y el gráfico de la Figura 12D siendo el elemento de
sujeción convencional de las Figuras 7 y 7A. Se puede ver que los
valores de prestaciones de los gráficos podrían variar un poco con
respecto a los valores medios típicos de prestaciones indicados en
los cuadros.
\newpage
En la Figura 12A se puede ver que, para el
elemento de sujeción 10, se alcanza una carga de fijación de 40,0 a
101,3 kN (20.000 a 23.000 libras) sobre las piezas de trabajo con
una carga de estampación de alrededor de 59,0 kN (13.400 libras).
La Figura 12B muestra que, para el elemento de sujeción 10ª, se
alcanza una carga de fijación de 97,9 kN (22.000 libras) con una
carga de estampación de alrededor de 48,9 kN (11.000 libras). La
Figura 12C muestra que para el elemento de sujeción con acanaladuras
de enclavamiento 26b, se alcanza una carga de fijación de 106,5 kN
(24.000 libras) con una carga de estampación de 46,7 kN (10.500
libras). Sin embargo, la Figura 12D muestra que para el elemento
de sujeción convencional comparable 110, se alcanza una carga de
fijación de 93,4 kN (21.000 libras) con una carga de estampación de
alrededor de 82,3 kN (18.500 libras). El aumento adicional en carga
de estampación y en carga de fijación después de eso mostrados en
los gráficos de las Figuras 12 A y 12D es un resultado de la
intensidad extra de carga requerida para la rotura del bulón, es
decir, hasta alrededor de 120 kN (27.000 libras) para el elemento de
sujeción 110 de la Figura 12D comparado con hasta alrededor de
80,1 kN (18.000 libras) para el elemento de sujeción 10 de la Figura
12A.
Es significativo notar que los gráficos de
prestaciones de las Figuras 12A a 12C muestran unas curvas de cargas
de estampación con una pendiente significativamente menor que la
del elemento de sujeción convencional 110 que se ha mostrado en la
figura 12D. De hecho, las curvas de cargas de estampación de los
gráficos de las Figuras 12B y 12C de las acanaladuras de
enclavamiento 26 a y 26b son de una pendiente aún menor y son
sustancialmente lisas como resultado de los pasos más anchos Pa y
Pb y de menores relaciones de Wca/Wga y Wcb/Wgb. Las áreas
disminuidas por debajo de las curvas de las Figuras 12A a 12C
muestran la significativa reducción máxima en energía requerida
para la estampación, en contraste con la curva de estampación de la
Figura 12D del elemento de sujeción convencional.
A la vista de los elementos de sujeción
fabricados de acuerdo con el presente invento, y que tienen partes
de tracción y/o colas de bulón de tamaño y/o longitud reducidos,
podría ser conveniente proveer medios para retener juntos al bulón
y al collarín cuando se pre-monten primero a
piezas de trabajo en preparación para su instalación. Así, el
collarín podría proveerse de una lengüeta flexible de
pre-montaje generalmente como se ha mostrado en la
patente de EE.UU. Nº 4.813.834 concedida A Smith, expedida el 21 de
marzo de 1989. Dicha construcción se muestra en el collarín
representado en la Figura 10. En la descripción del collarín de la
Figura 10, a los componentes similares a componentes análogos de la
sección 56 de yunque de estampación del collarín 14 mostrado en las
Figuras 1 a 4, se les han dado las mismas designaciones numéricas
con la adición de la letra pospuesta "c" y, a no ser que se
indique lo contrario, son de la misma construcción.
Mirando ahora la Figura 10, el collarín 14c
incluye una brida 59c de diámetro ensanchado con una caña cilíndrica
61c y un taladro interior pasante 65c. La caña 61c de collarín es
de una configuración cilíndrica generalmente uniforme con un
espesor de pared generalmente uniforme y tiene una parte recta 69c
de caña que termina en su extremo exterior en una parte 67c de caña
abocinada radialmente hacia fuera, que proporciona una función de
retención según se ha indicado anteriormente. El taladro interior
pasante 65c tiene una parte recta 49c de taladro interior de
diámetro generalmente uniforme que termina en un punto próximo a la
brida 59c en una parte avellanada y ensanchada 55c de taladro
interior. El collarín 14c con brida está destinado a instalarse
sobre la caña del bulón con la brida 59c en acoplamiento con una
superficie exterior de una pieza de trabajo.
Una lengüeta 90 de montaje está situada en la
parte 55c de taladro interior avellanado y es de una longitud
circunferencial limitada. La lengüeta 90 de montaje tiene, como se
ha indicado en la patente cuyo número termina en 834, anteriormente
mencionada, una construcción flexible y como tal se puede fabricar
de un material de plástico como el poliuretano. La lengüeta 90 se
extiende radialmente hacia dentro una distancia suficiente para
situarse dentro de las acanaladuras de enclavamiento como las
acanaladuras 26. De ese modo, una vez instalado en una de las
acanaladuras de enclavamiento, el collarín 14c será retenido en el
bulón en relación de asociación con él. La lengüeta 90 se sitúa
dentro de la parte 55c de taladro interior avellanado que está en un
punto en línea con la brida 59c. Como la brida 59c no se estampa
durante la instalación, esta ubicación de la lengüeta 90 no tendrá
efecto en el llenado de las acanaladuras de enclavamiento con el
material de la caña 61c de collarín cuando se estampe. La lengüeta
90 es de una configuración generalmente triangular que se extiende
radialmente hacia dentro hasta una anchura reducida. Esto facilita
el movimiento del collarín 14c sobre el bulón y la indicación de la
lengüeta 90 sobre las crestas de las acanaladuras de enclavamiento.
Por supuesto, debe entenderse que la lengüeta 90 se podría instalar
también en el extremo opuesto del collarín 14c. La lengüeta 90 es
especialmente útil con acanaladuras de enclavamiento que sean
anulares tales como las acanaladuras 26 de la Figura 4A; sin
embargo, el collarín 14c con la lengüeta 90 se podrían usar también
con acanaladuras de enclavamiento que sean helicoidales tales como
las acanaladuras de enclavamiento helicoidales 26b de la Figura 9A
para un elemento de sujeción del tipo de impulsión interna con
bulón 12b, cuando la lengüeta 90 está situada junto a la brida
59d.
Con respecto a las acanaladuras de enclavamiento
helicoidales de las Figuras 8, 8A, 9 y 9A, se podría usar una rosca
limitada del tipo de pre-montaje o instalación tal
como el ilustrado en la patente de EE.UU. Nº 4.867.655 concedida a
Dixon, expedida el 19 de septiembre de 1989. En este caso, la rosca
de pre-montaje se forma volcando un extremo del
collarín para formar una rosca limitada que se extienda radialmente
hacia dentro. En esta construcción, el collarín con dicha rosca
limitada se puede pre-montar al bulón mediante una
operación de rosca sobre las acanaladuras de enclavamiento
helicoidales. De nuevo se podría formar dicha rosca limitada en
cualquiera de los dos extremos del collarín.
Esta construcción se muestra en el collarín
representado en la vista fragmentaria de la Figura 11. En la
descripción del collarín de la Figura 11, a los componentes
similares a componentes parecidos de los collarines 14 y 14c
mostrados en las Figuras 1 a 6 se les han dado las mismas
designaciones numéricas con la adición de la letra pospuesta
"d" y, a no ser que se indique lo contrario, son de la misma
construcción.
Mirando ahora la Figura 11, el collarín 14d
incluye una brida 59d de diámetro ensanchado con una caña cilíndrica
61d y un taladro interior pasante 65d. La caña 61d de collarín es
de una configuración cilíndrica generalmente uniforme y tiene una
parte recta 69d de caña que termina en su extremo exterior en una
parte de caña abocinada radialmente hacia fuera tal como una parte
67 de caña, que proporciona una función de retención según se ha
expuesto anteriormente. El taladro interior pasante 65d tiene una
parte recta 49d de taladro interior de diámetro generalmente
uniforme que termina en un punto próximo a la brida 59d en una parte
ensanchada avellanada 55d de taladro interior.
El collarín embridado 14d está destinado a
instalarse sobre una caña de bulón, tal como la caña 15a, 15b de
bulón con la brida 59d en acoplamiento con una superficie exterior
de una pieza de trabajo. Una parte con rosca hembra 90d de collarín
de una longitud circunferencial limitada está formada en un lugar
próximo a la parte avellanada 55d de taladro interior. La parte
roscada limitada 90d de pre-montaje, como se ha
indicado en la patente cuyo número termina en 625, anteriormente
mencionada, es de una estructura metálica formada integralmente en
la unión de la parte recta 49d de taladro interior con la parte
avellanada 55d de taladro interior. La parte roscada limitada 90d
se extiende radialmente hacia dentro una distancia suficiente para
acoplar de forma roscada las acanaladuras helicoidales de
enclavamiento tales como las acanaladuras 26a, 26b. De este modo,
una vez instalado en una de las acanaladuras de enclavamiento, el
collarín 14d se sujetará montado sobre el bulón en relación de
asociación con él con la lengüeta elástica de montaje 90. Esta
ubicación de la parte roscada limitada 90d tendrá poco o ningún
efecto sobre el llenado de las acanaladuras de enclavamiento con el
material del collarín en estampación. Por supuesto, debe entenderse
que la parte roscada limitada 90d se podría instalar también en el
extremo opuesto del collarín 14d y sustancialmente alineada con la
parte abocinada tal como 67.
La parte roscada limitada 90d puede ser de una
extensión preseleccionada para que se pueda alcanzar cierta
intensidad de fijación inicial de las piezas de trabajo
adicionalmente a sujetar al collarín 14d y a su correspondiente
bulón en una condición pre-montada con las piezas de
trabajo. Sin embargo, de acuerdo con la patente cuyo número termina
en 625, anteriormente mencionada, la rosca hembra 90d de collarín se
selecciona para ser de una extensión circunferencial y de una
resistencia a los esfuerzos cortantes limitadas, de tal manera que
el collarín 14d se pueda llevar a su posición de fijación final
prevista y estamparse al bulón por medio de la herramienta de
instalación, tal como la herramienta 48. Por tanto, la parte con
rosca hembra 90d de collarín se selecciona para que, en respuesta a
la fuerza axial relativa y en un nivel anterior a la iniciación de
la amortiguación o estampación del collarín en las acanaladuras de
enclavamiento del bulón, se cizalle o se deforme de tal manera que
el collarín 14d sea libre de desplazarse axialmente sobre el bulón y
de responder a las cargas de instalación sustancialmente de la
misma manera que un collarín sin dicha parte con rosca limitada
90d. En estas condiciones, las piezas de trabajo se pueden fijar
juntas finalmente con la misma eficacia que los elementos de
sujeción del tipo estampación anteriormente descritos. En una forma
del collarín 14d, se cree que la parte roscada limitada 90d de
collarín se podría extender durante no más de alrededor de un paso,
es decir, 360º. El collarín 14d con parte roscada limitada 98d
situada junto a la brida 59d sería especialmente útil con
acanaladuras de enclavamiento helicoidales como las acanaladuras 26b
de la Figura 9A para el elemento de sujeción del tipo de impulsión
interna con bulón 12b.
Se podría usar una parte roscada limitada
modificada del tipo de pre-montaje o instalación en
la forma de una lengüeta metálica de un tamaño mostrado en la
Figura 10. De nuevo la lengüeta de rosca de
pre-montaje se forma volcando un extremo del
collarín para formar una parte roscada limitada que se extiende
radialmente hacia dentro en la forma de una lengüeta. En esta
construcción, el collarín con dicha parte roscada limitada se puede
pre-montar al bulón mediante una operación de roscar
sobre la acanaladuras de enclavamiento helicoidales. Dicha lengüeta
con rosca limitada se podría formar en cualquiera de los dos
extremos del collarín.
Estas construcciones se muestran en la parte de
los collarines representadas en las Figuras 11A y 11B. La Figura
11A muestra la lengüeta con rosca formada en el extremo posterior o
extremo de brida del collarín, mientras que la Figura 11B presenta
la lengüeta con rosca en la parte frontal del collarín. En la
descripción de los collarines de las Figuras 11A y 11B, a. los
componentes similares a los componentes parecidos de los collarines
14, 14c mostraos en las Figuras 1 a 6, se les han dado las misma
designaciones numéricas con la adición de la letra pospuesta
"e" para la realización de la Figura 11A y de la letra
pospuesta "f" para la realización de la Figura 11B y, a no ser
que se indique lo contrario, los collarines son de la misma
construcción.
Considerando ahora las Figuras 11A, 11B, el
collarín 14e, f incluye una brida de diámetro ensanchado tal como
59, es decir, 59e, con una caña cilíndrica 61e, f y un taladro
interior pasante 65e, f. La caña 61e, f de collarín es de una
configuración cilíndrica generalmente uniforme con un espesor de
pared generalmente uniforme y tiene una parte recta 69e, f de caña,
que termina en su extremo exterior en una parte de caña abocinada
radialmente hacia fuera tal como una parte 67 de caña, es decir, la
parte 67f de caña, que provee una función de retención como se ha
descrito anteriormente. El taladro interior pasante 65e, f tiene una
parte recta 49e, f de taladro interior de un diámetro generalmente
uniforme que termina en un lugar próximo a la brida tal como la
brida 59, es decir, 59e, en una parte ensanchada y avellanada de
taladro interior tal como 55, es decir, 55e.
El collarín embridado 14e, f está destinado a
instalarse sobre una caña de collarín, tal como la caña 15a de
collarín con la brida tal como la 59, o sea la 59e, en acoplamiento
con una superficie exterior de una pieza de trabajo. La lengüeta
90e, f de pre-montaje con parte roscada limitada es
de una estructura metálica formada integralmente en la parte 49, e,
f de taladro interior, con la lengüeta 90 e formada en la unión de
la parte recta 49e de taladro interior, con la parte avellanada 55e
de taladro interior como en la Figura 11 A, o con la lengüeta
roscada 90f formada en la unión de la parte abocinada 67f de caña y
el taladro interior recto 49f como en la Figura 11B. La lengüeta
con rosca 90e, f se extiende radialmente hacia dentro una distancia
suficiente para acoplarse de forma roscable a las acanaladuras
helicoidales de enclavamiento como las acanaladuras 26b, c. De este
modo, una vez situado en una de las acanaladuras de enclavamiento,
el collarín 14e, f se sujetará montado en el bulón correspondiente
similarmente como con la lengüeta elástica 90 de montaje. La
lengüeta 90e, f con rosca limitada es de una extensión
circunferencial y de una resistencia a los esfuerzos cortantes
limitadas de tal manera que el collarín 14e, f se pueda llevar a su
posición de fijación final prevista y estamparse al bulón por medio
de la herramienta de instalación, como la herramienta 48, en un
nivel de carga anterior a la iniciación de la amortiguación o
estampación del collarín en las acanaladuras de enclavamiento del
bulón. Por tanto, se deformará o cizallará de tal manera que, el
collarín 14e, f sea libre para desplazarse axialmente sobre el
bulón y de responder a las cargas de instalación sustancialmente de
la misma manera que un collarín sin dicha lengüeta con rosca
limitada 90e, f: En estas condiciones, las piezas de trabajo se
pueden fijar juntas finalmente con la misma eficacia que los
elementos de sujeción del tipo de estampación anteriormente
descritos.
La lengüeta roscada 90e situada en el extremo de
brida sería especialmente útil con las acanaladuras helicoidales de
enclavamiento 26b para el elemento de sujeción de impulsión interna
con bulón 12b. Sin embargo, el collarín 14f con la lengüeta
metálica 90f en el extremo exterior de la caña sería especialmente
útil con las acanaladuras helicoidales 26 de enclavamiento y de
tracción de la Figura 4A.
Como se ha indicado anteriormente, la
configuración de la cavidad de estampación ayuda en la provisión de
la retención prevista al mismo tiempo que promueve el flujo uniforme
radialmente hacia dentro del material de la caña de collarín tal
como la caña 61 durante la estampación. Una forma modificada de
yunque de estampación y cavidad de estampación, especialmente útil
con la modalidad de elemento de sujeción a instalarse con
acanaladuras helicoidales externas de enclavamiento y de tracción,
como se han mostrado en las Figuras 8 y 8A o con acanaladuras
internas de tracción como se ha mostrado en las Figuras 9 y 9A con
acanaladuras de enclavamiento tales como en la Figura 9A. El
yunque de estampación y la cavidad de estampación modificados se
muestran en las Figuras 13 y 13A, En la descripción del yunque de
estampación de las Figuras 13, 13A, a los componentes similares a
componentes parecidos del yunque de estampación 47 de la realización
de las Figuras 1, 2 y 4 se les ha dado la misma designación
numérica con la adición de la letra "g" pospuesta, y, a no ser
que se indique lo contrario, son generalmente de la misma
construcción. Así, el yunque de estampación 47g tiene una sección
56g de yunque de estampación que tiene una cavidad de estampación
57g con una parte recta de alivio 92 de taladro interior de un
diámetro sustancialmente uniforme en su extremo interior. Una parte
68g de acometida en el extremo exterior de la cavidad de
estampación 57g se extiende radialmente hacia dentro hasta la parte
recta y corta 70g de taladro interior de estampación. La parte de
acometida 68g es de una forma generalmente arqueada y está unida a
la parte de estampación 70g relativamente corta y radialmente recta
que define el mínimo diámetro de estampación Dag. El extremo de
acometida exterior 68 se curva radialmente hacia fuera de la misma
manera que el extremo arqueado de acometida 68 del yunque 47 para
proveer inicialmente un contacto lineal esencialmente
circunferencial con la superficie de extremo radialmente exterior
de la parte abocinada de caña de collarín tal como la parte 67 del
collarín 14. Véase Figura 13. Por tanto, el extremo arqueado 68g de
acometida trabaja igual que el extremo de acometida 68 con la parte
abocinada 67 de caña de collarín que se extiende radialmente hacia
fuera para acoplarse a la curvatura del extremo arqueado 68g con el
fin de ayudar a la provisión de una distancia mínima de acometida,
tal como la distancia dd de la Figura 4, y al mismo tiempo para
promover una intensidad prevista de retención. La línea de contacto
de la parte abocinada de caña de collarín tal como la 67 estaba en
un punto sobre el extremo arqueado 68g que definía también un ángulo
relativamente poco profundo tal como el ángulo Ac de la Figura
4.
La cavidad 57g de yunque está provista de la
parte recta de alivio 92 de cavidad de un diámetro sustancialmente
uniforme Dag' que es un poco mayor que el diámetro Dag. En el
presente invento, la parte recta 92 de taladro interior de la
cavidad de estampación 57g, tiene una longitud axial suficiente para
solapar la caña 61 de collarín, está en una relación de holgura y
no se acopla al retorno elástico de la parte estampada radialmente
hacia dentro de la caña 61 de collarín. El diámetro de estampación
Dag para la parte de estampación 70g es igual al diámetro Da para
la parte de estampación 70 del yunque 47. Por tanto, la máxima
cantidad de estampación se realiza mediante la parte de estampación
70g relativamente corta y axialmente recta que, en una forma para
instalar un elemento de sujeción de 1,59 cm (5/8 de pulgada) tenía
alrededor de 0,254 cm (0,100 pulgadas) de longitud. Al mismo
tiempo, el diámetro Dag para el elemento de sujeción de 1,59 cm (5/8
de pulgada) era de 2,385 cm (0,939 pulgadas) con un diámetro de
alivio que era de alrededor de 2,474 cm (0,974 pulgadas).
No obstante, la parte corta y recta de
estampación 70g está unida a la parte recta 92 de taladro interior
por una parte de unión 94 de alivio estrechada progresivamente que
se extiende axialmente hacia atrás y radialmente hacia fuera
formando un pequeño ángulo Ag de alrededor de 5º con respecto al eje
central de la cavidad de estampación 57g'. El pequeño ángulo de la
parte de unión 94 estrechada progresivamente provee una distribución
gradual sobre un área relativamente grande del material del
collarín que ha retornado elásticamente después de la estampación y
es adyacente a la parte recta de estampación 70g. Por tanto, se cree
que el citado ángulo reducido de inclinación y la mayor área de
distribución de carga inhiben la formación de un volumen grande de
retorno elástico del material de collarín cerca del extremo interior
de la parte de estampación 70g, y de ese modo facilita la retirada
de la sección 56g de yunque de estampación del collarín estampado y
la eliminación del material del collarín que ha retornado
elásticamente después de la estampación sin formación de escamas o
extracción de recubrimiento del collarín. Además, el yunque 47g de
estampación puede realizar la operación de estampación en cargas
de estampación reducidas.
Como se ha indicado, el yunque 47g, debido a sus
pequeñas cargas de estampación, es especialmente útil con elementos
de sujeción que tengan collarines, tal como el collarín 14, y
bulones que tengan acanaladuras de enclavamiento 26a de la Figura
8A para un bulón 12a, que funcionan también como acanaladuras de
tracción para impulsión externa y acanaladuras de enclavamiento 26b
de la Figura 9A para un bulón 12b que tenga impulsión interna. El
yunque de estampación 47g tiene una parte roscada 96 de caña para
facilitar su fijación y retirada de un alojamiento de yunque como
el 54. Al mismo tiempo, la superficie exterior 74 puede formarse
irregularmente para ayudar a dichas fijación y retirada.
Las Figuras 14, 15, 16 y 16A hasta 16D ilustran
una herramienta 200 (mostrada parcialmente) con el yunque 47g para
configurar el elemento de sujeción con bulones 12a que tienen
acanaladuras combinadas de enclavamiento y tracción 26a para
impulsión externa, mientras que las Figuras 16 y 17 ilustran una
herramienta 300 (mostrada parcialmente) con el yunque 47g para
configurar el elemento de sujeción con bulones 12b que tienen
acanaladuras de enclavamiento 26b y acanaladuras helicoidales de
tracción 77 para impulsión interna. En la realización mostrada en
las Figuras 14, 15, 16 y 16A hasta 16D y en la realización de las
Figuras 17 y 18, a los componentes que son similares a componentes
parecidos que se hayan descrito anteriormente se les ha dado la
misma designación numérica y, a no ser que se indique lo
contrario, se puede considerar que son esencialmente iguales. Las
herramientas de instalación de las dos realizaciones descritas
pueden ser similares en estructura y funcionamiento a la descrita
en la patente cuyo número termina en 755, anteriormente mencionada,
y por tanto se han omitido los detalles de las mismas en aras de la
simplicidad.
Refiriéndose a las Figuras 14, 15, 16 y 16A
hasta 16D, se ha mostrado una herramienta 200 para instalar el
elemento de sujeción 10a que incluye el bulón 12a y el collarín
14a. El bulón 12a incluye una cabeza ensanchada 22a y una caña 15a
de bulón destinada a alojarse en una aberturas alineadas 16a y 17a
practicadas en las piezas de trabajo 18a y 20a, respectivamente,
como se muestra en las Figuras 14 y 15 o en unas aberturas alineadas
16a' y 17a' practicadas en las piezas de trabajo más gruesas 18a' y
20a', respectivamente, como se ha mostrado en las Figuras 16 y 16A
hasta 16D. El collarín 14a es idéntico al collarín 14.
La herramienta 200 comprende un miembro 202 de
tuerca rotatoria o de guardacabos roscado que tiene unas roscas
internas 204 de agarre dimensionadas para acoplarse de forma roscada
a las acanaladuras helicoidales de enclavamiento y tracción 26a. La
herramienta 200 incluye el miembro 47g de yunque anular con la
cavidad de estampación 57g que recibe al miembro de tuerca 202. El
miembro de yunque 47g está unido a un alojamiento exterior 208 de
yunque por medio de la parte roscada 96 con el miembro de yunque
47g destinado para el movimiento axial con respecto al miembro de
tuerca 202 y al vástago sensor 206, que se describe más
adelante.
La Figura 14 presenta la herramienta 200
relativa al elemento de sujeción 10a antes de iniciarse la
instalación. La Figura 15 muestra la herramienta 200 después que el
miembro de tuerca 202 se ha roscado hasta una posición
predeterminada en las acanaladuras de enclavamiento 26a y que la
herramienta 200 se haya accionado para causar que el yunque 47g se
desplace axialmente hacia delante con respecto al miembro de tuerca
202 para aplicar una fuerza axial relativa entre el bulón 12a y el
collarín 14a que desplaza la cavidad de estampación 57g de yunque
axialmente para sobreacoplarse radialmente a la caña 61g de collarín
con el fin de estampar el material del collarín radialmente al
interior de las acanaladuras de enclavamiento y de tracción 26a del
bulón 12a. Una vez que se ha completado la etapa de estampar, se
invierte el sentido de la fuerza axial relativa entre el yunque 47g
y el miembro de tuerca 202, por lo que la caña estampada 61g de
collarín es expulsada de la cavidad 57g de yunque. El miembro de
tuerca 202 se hace rotar ahora en sentido contrario para retirarlo
de las acanaladuras de tracción acopladas 26a, y se ha completado
la instalación.
Según se ha indicado anteriormente, las bajas
cargas de estampación para el elemento de sujeción 10a permiten el
acoplamiento roscado de un número mínimo de acanaladuras de
enclavamiento helicoidales 26a por las roscas de agarre 204 del
miembro de tuerca 202. Esto permite que la caña 15a de bulón sea de
una longitud mínima. Los flancos de acoplamiento 210 de las roscas
204 que se acoplan con los flancos traseros 66a de acanaladura de
enclavamiento forman un ángulo Ataa que es sustancialmente igual al
ángulo Ata de los flancos 66a de acanaladura de enclavamiento
(véase Figura 16B). Sin embargo, los flancos 210 de las roscas 204
son radialmente más largos que los flancos 66a de acanaladura de
enclavamiento y se extienden radialmente hacia dentro pasados los
flancos 66a para acoplarse al fondo 72a de acanaladura de
enclavamiento sustancialmente en un punto en línea con la línea L
de plano de la Figura 8A. Así, como se ve en las Figuras 16A y 16B,
los flancos 210 de las roscas 204 inicialmente no están acoplados
totalmente contra los flancos 66a de acanaladura de enclavamiento.
Sin embargo, como la fuerza axial relativa aumenta durante la
estampación, el fondo 72a se deformará a lo largo de la línea L del
plano hasta que los flancos 210 de las roscas 204 se acoplen con los
flancos 66a de acanaladura de enclavamiento. Esto provee una
holgura adicional entre el extremo del miembro de tuerca 202 y el
extremo exterior de la caña 61a de collarín. Por tanto, en las
condiciones de agarre máximo, en las que las piezas de trabajo
tales como las piezas de trabajo 18a, 20a tienen un máximo espesor
total, se puede evitar la extrusión hacia atrás desde la
estampación de la caña 61a de collarín. Esto entonces ayuda a evitar
un enclavamiento apretado de las roscas 204 del miembro de tuerca
202 con los flancos 66a de acanaladura de enclavamiento por la
fuerza contra el miembro de tuerca 202 que podría causar dicho
acoplamiento. De ese modo, la distancia axial fd de los flancos 210
de las roscas 204 desde los flancos 66a de acanaladura de
enclavamiento cuando están inicialmente acoplados en la línea L del
plano se selecciona para que sea mayor que la cantidad de extrusión
hacia atrás de la caña 61a de collarín de estampación. En una forma
del elemento de sujeción de un diámetro nominal de 1,59 cm (5/8 de
pulgada) la distancia fd se seleccionó para que fuese de alrededor
de 0,25 cm (0,010 pulgadas).
Esto puede verse en las Figuras 18, y 16A hasta
16D. Así, la Figura 16 muestra una condición en la que las piezas
de trabajo 18 a y 20 a' tienen un espesor máximo total t1aa.
Entonces en este caso, antes de la estampación, el miembro de
tuerca 202 se acopla con el extremo abocinado 67a de la caña 61a de
collarín. A partir de las Figuras 16A y 16B se puede ver que, en
esta condición de pre-estampación, las crestas 212
de las roscas de tracción 204 están acopladas con los fondos 72a
generalmente en un punto en línea con la línea L de plano. Este es
un acoplamiento suficiente para facilitar el roscado libre inicial
del miembro de tuerca 202 en las acanaladuras helicoidales de
enclavamiento 26a. Suponiendo que, cuando el miembro de tuerca 202
está acoplado de ese modo con el extremo abocinado 67a de la caña
61a de collarín, el vástago sensor 206 detecta un acoplamiento
roscado suficiente, entonces se iniciará la acción de estampación.
Esto resultará en un aumento de la fuerza axial relativa aplicada
entre el miembro de tuerca 202 y el miembro 47g de yunque de
estampación para estampar la caña 61a de collarín en las
acanaladuras de enclavamiento 26a. Cuando esto ocurre, las roscas de
tracción 204 deformarán el material acoplado del fondo 72a hasta
que los flancos 210 de rosca de tracción se muevan a su
acoplamiento con los flancos 66a de acanaladura de enclavamiento
Ello desplazará al extremo del miembro de tuerca 202 fuera de su
acoplamiento con el extremo de la caña 61a de collarín una distancia
suficiente de tal manera que, a pesar del movimiento hacia atrás
del material de la caña 61a de collarín que resulta de la
extrusión hacia delante y hacia atrás durante la estampación,
existirá aún un espacio intermedio entre los extremos confrontantes
del miembro de tuerca 202 y la caña estampada 61a de collarín. Esto
se puede ver mejor en las Figuras 16C y 16D, donde, en la Figura
16C, la línea de trazos 214 muestra la ubicación
pre-estampada del extremo de la caña 61a de
collarín, mientras que la línea llena muestra su ubicación después
del movimiento de extrusión tras la estampación, dejando todavía
una holgura cd. La magnitud de la holgura cd podría variar con las
tolerancias dimensionales normales. Ahora, tras la terminación de la
operación, con los flancos 210 del miembro de tuerca 202 que no
están fijados forzadamente contra los flancos 66 a de las
acanaladuras de enclavamiento 26 a, el miembro de turca 202 se
puede desenroscar fácilmente de las acanaladuras helicoidales de
enclavamiento 26a. A este respecto, se puede ver que la ubicación
axialmente descentrada del punto más profundo hp del fondo 7a
facilita la ubicación prevista de las roscas de tracción 204 dentro
de los fondos 72a con las crestas 212 generalmente en línea con la
línea L de plano. A este respecto, deberá entenderse que se ha
realizado un acoplamiento algo similar de las crestas de roscas de
tracción con los fondos, tales como los fondos 72 de las
acanaladuras de enclavamiento 26 formadas helicoidalmente de la
Figura 4A. Sin embargo, debido a la formación uniforme de los
fondos 72 y a la profundidad relativamente pequeña con respecto a
los flancos 66, dichas estructuras eran sensibles a las variaciones
de tolerancias dimensionales, al desgaste y a fenómenos análogos, y
por ello estaban ocasionalmente sometidas a fallos, y además
requerían procedimientos de fabricación muy costosos para mantener
tolerancias apretadas. Asimismo, con dichas estructuras de la
técnica anterior, con el fin de evitar dicha inmovilización en una
condición de máximo agarre, el extremo del miembro de tuerca se
podría situar más allá en la cavidad de estampación en una
distancia mayor desde el extremo de la cavidad de estampación para
evitar el acoplamiento del extremo del miembro de tuerca con el
extremo de la caña del collarín. Esto, sin embargo, requeriría que
la longitud del miembro de bulón fuese mayor para que fuesen
accesibles más acanaladuras de tracción para su acoplamiento por el
miembro de tuerca en una condición de máximo agarre. En el presente
invento, esta separación nd entre el extremo del miembro de tuerca
202 y el extremo del yunque de estampación 47g s puede minimizar
debido a la estructura exclusiva de las acanaladuras de
enclavamiento 26a que provee tolerancias significativas para
acomodar el acoplamiento del miembro de tuerca 202 con la caña 61a
de collarín (véase Figura 16A).
Refiriéndose a las Figuras 17 y 18, se ha
mostrado una herramienta 300 para instalar el elemento de sujeción
10b que incluye el bulón 12b y el collarín 14b. El bulón 12b incluye
una cabeza ensanchada 22b y una caña 15b de bulón destinada a
alojarse en una aberturas alineadas 16b y 17b practicadas en las
piezas de trabajo 18b y 20b, respectivamente. El collarín 14b es
idéntico al collarín 14.
La herramienta 300 de las Figuras 17 y 18
comprende un miembro 302 de eje de rotación roscado que tiene unas
roscas externas 304 dimensionadas para acoplarse de forma roscable a
las acanaladuras helicoidales internas 77 de tracción. La
herramienta 300 incluye el miembro de yunque anular 47g con la
cavidad de estampación 57g que aloja al miembro de husillo 302. El
miembro de yunque 47g está unido a un alojamiento exterior 208 de
yunque por medio de la parte roscada 96 con el miembro de yunque 47g
destinado para el movimiento axial con respecto al miembro de
husillo 302 y al vástago sensor 306, que se describe más
adelante.
La Figura 17 muestra la herramienta 300
relativa al elemento de sujeción 10b antes de la iniciación de la
instalación. La Figura 18 presenta la herramienta 300 después que el
miembro de husillo 302 se ha roscado hasta una posición
predeterminada en el interior de las acanaladuras de tracción 77 y
la herramienta 300 se ha accionado para causar que el yunque 47g se
mueva axialmente hacia delante con respecto al miembro de husillo
302 para aplicar una fuerza axial relativa entre el bulón 12b y el
collarín 14 que mueve la cavidad de estampación 57g del yunque
axialmente para sobreacoplar en dirección radial a la caña 61g de
collarín con el fin de estampar el material del collarín
radialmente en las acanaladuras de enclavamiento 26b del bulón 12b.
Una vez que se ha completado la etapa de estampar, se invierte el
sentido de la fuerza axial relativa entre el yunque 47g y el
miembro de husillo 302, por lo cual la caña estampada 61g del
collarín es expulsada de la cavidad 57g del yunque. El miembro de
husillo 302 gira ahora en sentido contrario para retirarlo de las
acanaladuras internas acopladas de tracción 77, y la instalación se
ha terminado.
Asimismo, como se ha indicado en la patente cuyo
número termina en 755, anteriormente mencionada, las herramientas
200 y 300 se podrían construir para proveer una carga reducida para
la extracción de las piezas de trabajo 18a, 20a y 18a', 20a' si se
detecta un número mínimo de acanaladuras de tracción 26a acopladas
por la tuerca 202 o de acanaladuras de tracción 77 acopladas por el
miembro de husillo 302. La magnitud de acoplamiento roscado entre
la tuerca 202 o el miembro de husillo 302 y las acanaladuras de
tracción 26a, 77 se puede determinar por la activación de un
vástago sensor 206 o de un vástago sensor hueco 306 destinado a
acoplarse al extremo exterior de la caña 15a, 15b de bulón. De ese
modo, la magnitud de desplazamiento axial del vástago sensor 206,
306 por el acoplamiento con la caña 15a, 15b del bulón proveerá una
indicación de la magnitud de acoplamiento roscado.
Por tanto, la herramienta 200, 300 se puede
construir de tal manera que la operación de estampación o de
tracción conjunta no se intente hasta que el sistema se haya
asegurado de que la tuerca 302 o el miembro de husillo 302 se ha
roscado una distancia suficiente en las acanaladuras 26a, 77 para
resistir adecuadamente las cargas axiales impuestas por la
estampación y/o por la operación preliminar de tracción de la pieza
de trabajo.
Las herramientas 200, 300 se podrían construir
también de tal manera que, a no ser que ocurra la tracción de las
piezas de trabajo y/o la acción de estampar dentro de un tiempo
preseleccionado, la tuerca 202 o el miembro de husillo 302 se
desenroscarán de las acanaladuras de tracción 26a, 77 sin aplicación
de una fuerza axial relativa de tracción al elemento de sujeción
10a, 10b. Véase la patente cuyo número termina en 755.
Hay que hacer notar que, cuando la herramienta
200 se ha construido con la propiedad de extracción de espacio
intermedio, la construcción relativa de las acanaladuras de tracción
26a y de las roscas de agarre 204 del miembro de tuerca 202 asegura
que los flancos de acoplamiento 210 de las roscas 204 estén
espaciados de los flancos 66 de las acanaladuras de acoplamiento,
por lo cual la distancia axial fd se mantendrá sustancialmente en
respuesta a la carga axial para la extracción del espacio intermedio
entre las piezas de trabajo.
Por tanto, la construcción del presente invento
proveerá un sistema de sujeción que incluye un elemento de sujeción
que tiene unas características previstas de tracción y fatiga con
respecto a los elementos de sujeción convencionales del tipo de
estampación al mismo tiempo que se instalan en cargas
sustancialmente reducidas que permiten el uso de herramientas de
instalación significativamente livianas. Simultáneamente, esta
construcción proveerá también un nivel convenientemente elevado de
precarga retenida en la unión sujeta. Además, como se ha indicado,
aunque se han definido ejemplos de elementos de sujeción del
presente invento con referencia a ciertos tamaños específicos, es
decir, diámetros nominales, los conceptos se pueden extender
fácilmente a elementos de sujeción en un amplio intervalo de
diámetros nominales.
Aunque será evidente que las realizaciones
preferidas del invento descritas se han calculado bien para cumplir
los objetos anteriormente especificados, se comprenderá que el
invento es susceptible a modificaciones, variaciones y cambios sin
apartarse del alcance apropiado del invento.
Claims (14)
1. Un sistema de sujeción que incluye un
elemento de sujeción (10) en dos piezas para sujetar juntas una
pluralidad de piezas de trabajo (18 y 20) y una herramienta de
instalación (48) para instalar el elemento de sujeción (10) y cuyo
elemento de sujeción (10) incluye un miembro de bulón (12) y un
collarín tubular (14) y teniendo dicho collarín (14) una caña (61)
de collarín generalmente recta destinada a ser estampada en unas
acanaladuras de enclavamiento (26) en dicho miembro de bulón (12) en
respuesta a una fuerza axial relativa de carga de estampación
aplicada entre dicho miembro de bulón (12) y dicho collarín (14) por
dicha herramienta de instalación (48) y que provee una intensidad
prevista de carga de fijación sobre las piezas de trabajo (18 y 20)
en respuesta a una intensidad predeterminada de carga de
estampación,
cuyo miembro de bulón (12) tiene una caña
alargada (15) de bulón destinada a situarse en una abertura alineada
(16 y 17) practicada en las piezas de trabajo (18 y 20) y que
termina por un extremo en una cabeza alargada (22) destinada a
acoplarse a una superficie en un lado (23) de las piezas de trabajo
(18) y por su extremo opuesto en una parte acanalada destinada a
extenderse pasada una superficie opuesta en el lado opuesto de las
piezas de trabajo (18 y 20), cuya parte acanalada comprende una
parte de enclavamiento (25) que tiene una pluralidad de dichas
acanaladuras de enclavamiento (26) definidas por unas acanaladuras
de bulón que se extienden circunferencialmente y en relación de
asociación con unos resaltes (60) de bulón que terminan en unas
crestas (71) de bulón, cuyas acanaladuras de bulón tienen un fondo
alargado (62) con un contorno generalmente suave, cuya caña (61) de
collarín está destinada a ser estampada en dichas acanaladuras de
enclavamiento (26), por lo cual la piezas de trabajo (18 y 20) se
sujetan juntas para definir la unión sujeta, cuyo collarín (14)
cuando está estampado tiene unas acanaladuras y unos resaltes de
collarín que entrelazan dichas acanaladuras y resaltes (60) de
bulón,
teniendo dicha herramienta de instalación (48)
un miembro de yunque (56) con una cavidad de estampación (57) que
tiene una parte de estampación eficaz de garganta destinada a
sobreacoplarse a dicha caña (61) de collarín para de ese modo
estamparlo radialmente hacia dentro en dicha acanaladura de
enclavamiento (26),
cuya caña (61) de collarín tiene un volumen
predeterminado de material que generalmente es mayor que el volumen
disponible definido por dicha parte de estampación eficaz de
garganta y por la parte confrontante de dichas acanaladuras de
enclavamiento (26) en las que se estampa dicha caña (61) de collarín
y con el material de dicha caña (61) de collarín que no se acopla
totalmente a dicho fondo (62) durante la estampación y por tanto no
llena completamente dichas acanaladuras de enclavamiento (26)
después de la estampación, siendo dicha caña (61) de collarín de
longitud suficiente para proveer un número predeterminado de dichos
resaltes de collarín acoplados con un número correspondiente de
dichas crestas (71) de bulón,
teniendo dicha caña (61) de collarín un taladro
interior pasante (65) que tiene un diámetro de taladro interior con
respecto al diámetro de cresta de dichas crestas (71) de bulón para
proveer una holgura mínima antes de la estampación, por lo que se
minimiza la fuerza axial relativa para la estampación,
caracterizado porque dichas acanaladuras
de bulón son anchas y tienen una anchura eficaz Wg con respecto a
la anchura eficaz Wc de las crestas (71) con una relación de Wc/Wg
no mayor de alrededor de 0,30.
2. El sistema de sujeción de la reivindicación
1, con dicha mínima holgura que provee una holgura radial Rc con
respecto a dicho diámetro de cresta Du de dichas crestas (71) de
2Rc/Du x 10^{2} entre alrededor de 1,0 hasta alrededor de 4,0
para dicho miembro de bulón (12) de dicho elemento de sujeción (10)
que varía en diámetro nominal desde alrededor de 1,27 cm (1/2
pulgada) hasta alrededor de 1,91 cm (3/4 de pulgada).
3. El sistema de sujeción de la reivindicación
1, con el número de dichas crestas (71) de bulón llevando desde 2,8
hasta alrededor de 5,5 por cm (7 hasta alrededor de 14 por pulgada)
para dicho miembro de bulón (12) de dicho elemento de sujeción (10)
variando en diámetro nominal desde alrededor de 1,27 cm (1/2
pulgada) hasta alrededor de 1,91 cm (3/4 de pulgada).
4. El sistema de sujeción de la reivindicación
1, cuyo miembro de bulón (12) se ha construido de un material
ferroso que tiene una resistencia máxima a la tracción de como
mínimo alrededor de 827,4 MPa (120 KSI) y cuyo collarín (14) se ha
construido de un material ferroso que tiene una resistencia máxima a
la tracción de al menos alrededor de 413,7 MPa (60 KSI).
5. El sistema de sujeción de la reivindicación
1, con el número de dichas crestas (71) de bulón que varía desde
entre 2,8 hasta alrededor de 5,5 por cm (7 hasta alrededor de 14 por
pulgada) para dichos miembros de bulón (12) de dicho elemento de
sujeción (10) variando en diámetro nominal desde alrededor de 1,27
cm (1/2 pulgada) hasta alrededor de 1,91 cm (3/4 de pulgada),
cuyo miembro de bulón (12) se ha construido de
un material ferroso que tiene una resistencia máxima a la tracción
de al menos alrededor de 827 MPa (120 KSI) y cuyo collarín (14) se
ha fabricado de un material ferroso que tiene una resistencia
máxima a la tracción de al menos alrededor de 413,7 MPa (60
KSI).
\newpage
6. El sistema de sujeción de la reivindicación
1, con dicha caña (61) de collarín, dichas acanaladuras de
enclavamiento (26) y dicha cavidad de estampación que proveen una
carga final de fijación sobre las piezas de trabajo (18 y 20) que
es de alrededor de un 160% de la carga de estampación.
7. El sistema de sujeción de la reivindicación
1, con dicha holgura mínima que provee una holgura radial Rc con
respecto a dicho diámetro Du de cresta de dichas crestas (71) de
bulón, de 2Rc/Du x 10^{2} entre alrededor de 1,9 hasta alrededor
de 4,0 y con el número de dichas crestas (71) de bulón que varía
entre 2,8 hasta alrededor de 5,5 por cm (7 hasta alrededor de 14
por pulgada) para dicho miembro de bulón (12) de dicho elemento de
sujeción (10) que tiene un diámetro nominal desde alrededor de 1,91
cm (3/4 de pulgada).
8. El sistema de sujeción de la reivindicación 1
con el número de dichas crestas (71) de bulón que varía desde entre
2,8 hasta alrededor de 5, 5 por cm (7 hasta alrededor de 14 por
pulgada) para dicho miembro de bulón (12) de dicho elemento de
sujeción (10) y dicha holgura mínima que provee una holgura radial
Rc con respecto a dicho diámetro du de cresta de dichas crestas
(71) de bulón de 2 RC/Du x 10^{2} entre alrededor de 2,5 hasta
alrededor de 3,8 para dicho miembro de bulón (12) de dicho elemento
de sujeción (10) variando en diámetro nominal desde alrededor de
1,27 cm (1/2 pulgada) hasta alrededor de 1,91 cm (3/4 de
pulgada),
cuyo miembro de bulón (12) se ha fabricado de un
material ferroso que tiene una resistencia máxima a la tracción de
al menos alrededor de 827,4 MPa (120 KSI) y con dicho collarín (14)
que se ha fabricado de un material ferroso que tiene una
resistencia máxima a la tracción de como mínimo alrededor de 413,7
MPa (60 KSI).
9. El sistema de sujeción de la reivindicación
1, con dicha parte acanalada de dicha caña (15) de bulón que termina
en dicho extremo opuesto en una posición de tracción (41) unida a
dicha parte de enclavamiento por una acanaladura de cuello frágil
(40), cuya acanaladura de cuello frágil (40) define la sección más
débil de dicha parte acanalada y destinada a fracturarse en una
carga axial relativa mayor que la carga de estampación,
cuya parte de tracción (41) tiene una pluralidad
de acanaladuras de tracción (44) definidas por crestas de tracción
y acanaladuras de tracción (44) destinadas a ser agarradas por los
dientes de las mordazas de dicha herramienta de instalación
(48),
estando el diámetro de dicha cresta de
tracción entre un 70% hasta alrededor de un 80% del diámetro de
dichas crestas de acanaladura de enclavamiento para dicho miembro
de bulón (12), variando en diámetro nominal desde alrededor de 1,27
cm (1/2 pulgada) hasta alrededor de 1,91 cm (3/4 de pulgada).
10. El sistema de sujeción de la reivindicación
1, cuya caña (61) de collarín tiene una parte recta de caña que
termina en su extremo exterior en una parte (67) de caña abocinada
radialmente hacia fuera, cuya parte abocinada (67) de caña es
generalmente de un espesor de pared uniforme que generalmente es
igual que el espesor de pared de dicha parte recta (69) de caña,
teniendo dicha parte abocinada (67) de caña sus superficies
radialmente interior y exterior estrechadas progresivamente con
dicha superficie interior estrechada progresivamente en un ángulo
mayor, con respecto al eje de dicho miembro de bulón (12), que dicha
superficie exterior.
11. El sistema de sujeción de la
reivindicación 1, con dicha superficie radialmente interior
estrechándose progresivamente en un ángulo de alrededor de 15º y
dicha superficie exterior estrechándose progresivamente en un
ángulo de alrededor de 5º.
12. El sistema de sujeción de la
reivindicación 1, con dichas crestas (71) de bulón que tienen una
anchura eficaz Wc de las crestas con respecto a la anchura eficaz
Wg de las acanaladuras de bulón con una relación de Wc/Wg de entre
alrededor de 0,150 hasta alrededor de 0,30 para dicho miembro de
bulón (12) de dicho elemento d sujeción (10) variando en diámetro
nominal desde alrededor de 1,27 cm (1/2 pulgada) hasta alrededor de
1,91 cm (3/4 de
pulgada).
pulgada).
13. Un método para un elemento de sujeción
(10) en dos piezas para sujetar juntas una pluralidad de piezas de
trabajo (18 y 20) y una herramienta de instalación (48) para
instalar el elemento de sujeción (10) y con el elemento de
sujeción(10) incluyendo un miembro de bulón (12) y un
collarín (14) y con dicho collarín (14) teniendo una caña (61) de
collarín destinada a ser estampada en unas acanaladuras de
enclavamiento (26) en dicho miembro de bulón (12) en respuesta a
una fuerza axial relativa o a una carga de estampación aplicadas
entre dicho miembro de bulón (12) y dicho collarín (14) por dicha
herramienta de instalación (48) y que provee una intensidad
prevista de carga de fijación sobre las piezas de trabajo (18 y 20)
en respuesta a una intensidad predeterminada de carga de
estampación, cuyo método comprende:
formar dicho miembro de bulón (12) para que
tenga una caña alargada (15) destinada a situarse en unas aberturas
alineadas (16 y 17) practicadas en las piezas de trabajo (18 y 20) y
que termina en un extremo en una cabeza ensanchada (22) y en su
extremo opuesto en una parte acanalada que comprende una pluralidad
de dichas acanaladuras de enclavamiento (26) definidas por
acanaladuras de bulón que se extienden circunferencialmente y en
relación de asociación con unos resaltes (60) de bulón que terminan
en unas crestas (71) de bulón, proveer dicha herramienta de
instalación (48) de un yunque (56) de estampación, que tiene una
parte de estampación eficaz de garganta,
\newpage
estampar dicha caña (61) de collarín en el
interior de dichas acanaladuras de enclavamiento (26) mediante
dicha parte de estampación eficaz de garganta de dicho yunque (56)
de estampación, por lo que las piezas de trabajo (18 y 20) se
sujetan juntas para definir una unión sujeta,
cuya caña (61) de collarín se selecciona para
que sea de longitud suficiente para proveer un número
predeterminado de dichos resaltes de collarín acoplados con un
número correspondiente de dichos resaltes (60) de bulón para tener
una resistencia máxima combinada a la tracción,
cuyo volumen predeterminado de material de dicha
caña (61) de collarín no se acopla totalmente a dicho fondo durante
la estampación, y por tanto no llena completamente dichas
acanaladuras de enclavamiento (26) después de la estampación,
estando formada dicha caña (61) de collarín con una longitud
suficiente para proveer un número predeterminado de dichos resaltes
de collarín acoplados con un número correspondiente de dichas
crestas de bulón,
cuya caña (61) de collarín está formada con un
taladro interior pasante que tiene un diámetro de taladro interior
con respecto al diámetro de cresta de dichas crestas de bulón para
proveer una holgura mínima antes de la estampación, por lo que se
minimiza la fuerza axial relativa para la estampación, y en el que
dichas acanaladuras de bulón son anchas y tienen una anchura eficaz
Wg con respecto a la anchura eficaz Wc de las crestas con una
relación de Wc/Wg no mayor que alrededor de 0,30.
14. El método de la reivindicación 13, que
comprende además las etapas de formar dichas acanaladuras de bulón
para que sean anchas y tengan una profundidad radial definida por la
relación de: (h/Du) x 10^{2}, donde h es dicha profundidad radial
y Du es el diámetro tal como se define por dichas crestas (71) de
bulón y con dicha profundidad h seleccionada con respecto a dicho
diámetro Du de cresta para proveer un resultado a dicha relación no
mayor que alrededor de 4, y formar dichas acanaladuras de bulón para
que tengan un contorno ancho y suave del fondo,y formar un
collarín tubular.
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