ES2394400A1 - Method for manufacturing fixing members adapted for railway sleepers by cold forming - Google Patents
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Abstract
Method for manufacturing a fixing member (1) adapted to railway sleepers by means of a cold-forming process, which, starting from a starting piece (2) that has an external initial diameter, comprises a reduction stage for the initial diameter in a first part (2b) of the starting piece (2), and a main forging stage for a second part (2c) of the starting piece (2), subsequent to the reduction stage. The reduction in area of the initial diameter of the first part (2b) ranges approximately from 45% to approximately 65%, the main forging ratio ranging from approximately 1,25 to approximately 1,5.
Description
- SECTOR DE LA TÉCNICA SECTOR OF THE TECHNIQUE
- 5 5
- La presente invención se refiere a un método de fabricación por conformación en frío de elementos de fijación adaptados para la fijación de vías de ferrocarril a unas traviesas correspondientes. The present invention relates to a method of manufacturing by cold forming fasteners adapted for fixing rail tracks to corresponding sleepers.
- ESTADO ANTERIOR DE LA TÉCNICA PREVIOUS STATE OF THE TECHNIQUE
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- Son conocidos elementos de fijación o tirafondos, que están adaptados para fijar las vías de ferrocarril a las traviesas correspondientes, siendo dichas traviesas de madera, metálicas o de hormigón. Las traviesas pueden comprender unas vainas embebidas sobre las cuales se rosca el elemento de fijación correspondiente. Fixing elements or screws are known, which are adapted to fix the railway tracks to the corresponding sleepers, said wooden, metal or concrete sleepers being. The sleepers may comprise embedded sheaths on which the corresponding fixing element is threaded.
- 15 fifteen
- Este tipo de elementos de fijación, hechos preferentemente de acero, comprenden un cuerpo formado por un espárrago roscado y una cabeza redonda de diámetro superior al espárrago, y llave rectangular o cuadrada u otra, debiendo cumplir unos requisitos de resistencia a la tracción determinados, y otras características mecánicas, como ausencia de grietas, etcétera, definidas según norma ISO 898-1, así como de resistencia al plegado. Such fasteners, preferably made of steel, comprise a body formed by a threaded stud and a round head with a diameter greater than the stud, and a rectangular or square or other key, and must meet certain tensile strength requirements, and other mechanical characteristics, such as absence of cracks, etc., defined according to ISO 898-1, as well as resistance to folding.
- 20 25 20 25
- Los elementos de fijación se fabrican mediante un proceso de conformado en caliente o en frío a partir de una pieza de trabajo de acero de unas medidas determinadas la cual ha sido convenientemente enderezada. De modo general, la cabeza se conforma en caliente tras calentar la pieza de acero correspondiente a una temperatura superior a 800°C y una vez que la pieza de trabajo se deforma plásticamente. Posteriormente, se somete a la pieza de trabajo conformada a una operación de granallado para eliminar la cascarilla producida durante la conformación en caliente, y se reduce el diámetro del espárrago. Posteriormente, una vez finalizado el proceso de conformación, se lleva a cabo una operación de roscado en frío. The fasteners are manufactured by a hot or cold forming process from a steel workpiece of certain measures which has been conveniently straightened. In general, the head is hot formed after heating the corresponding steel part at a temperature higher than 800 ° C and once the workpiece deforms plastically. Subsequently, the workpiece is subjected to a shot blasting operation to remove the scale produced during hot forming, and the diameter of the stud is reduced. Subsequently, once the forming process is finished, a cold tapping operation is carried out.
- En algunos procesos, la pieza de trabajo es sometida a un tratamiento térmico que le confiere unas propiedades mecánicas determinadas. In some processes, the workpiece is subjected to a heat treatment that gives it certain mechanical properties.
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- En el documento JP5318018A se describe un método de fabricación de un elemento de fijación roscado, que comprende una etapa de conformado en frío, después de una etapa previa de enfriamiento y endurecimiento por temple bajo la JP5318018A describes a method of manufacturing a threaded fastener, which comprises a cold forming stage, after a previous stage of quenching and hardening under tempering.
- cabeza y bajo el espárrago a roscar, y posteriormente se conforma la rosca, de modo que se previene la fractura retardada controlando la generación de tensiones internas. head and under the stud to be threaded, and subsequently the thread is formed, so that delayed fracture is prevented by controlling the generation of internal stresses.
- 5 1 O 5 1 O
- El documento US 3,877,281 divulga un método para fabricar elementos de fijación de alta resistencia que tienen unas características mecánicas que evitan la aparición del fenómeno de rotura retardada sin deformación plástica debido a la fragilización del acero. Para ello, describen un método en el cual inicialmente, se conforma en frío una pieza de partida reduciendo la sección transversal en al menos un 10%. Posteriormente, se calienta rápidamente hasta una temperatura desde 450° C hasta la correspondiente al punto de transformación A1. Posteriormente, se conforma en caliente proporcionando la geometría de la cabeza, y posteriormente se enfría dicha cabeza mediante aire. US 3,877,281 discloses a method for manufacturing high strength fixing elements that have mechanical characteristics that prevent the occurrence of the delayed breakage phenomenon without plastic deformation due to the embrittlement of steel. To do this, they describe a method in which initially, a starting piece is cold formed by reducing the cross section by at least 10%. Subsequently, it is rapidly heated to a temperature from 450 ° C to that corresponding to transformation point A1. Subsequently, it is hot formed by providing the geometry of the head, and subsequently said head is cooled by air.
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- Por otra parte, en el documento US 4,682,381 se describe un método de fabricación de conformado en frío en el cual partiendo de una pieza de trabajo cilíndrica se somete a una primera operación en la cual se conforma una primera parte cuadrada adaptada para recibir la herramienta de montaje del elemento de fijación a la traviesa correspondiente, y un espárrago. En una segunda etapa, se reduce el diámetro del espárrago, manteniéndose la geometría de la primera parte sustancialmente igual. En una tercera etapa, la parte superior del espárrago es comprimida para formar un collar entre la primera parte cuadrada y la parte inferior del espárrago, y por último, en una cuarta etapa se rosca la parte inferior del espárrago. On the other hand, in US 4,682,381 a cold forming method is described in which, starting from a cylindrical workpiece, it is subjected to a first operation in which a first square part adapted to receive the tool is formed. mounting of the fixing element to the corresponding crossbar, and a stud. In a second stage, the diameter of the stud is reduced, keeping the geometry of the first part substantially the same. In a third stage, the upper part of the stud is compressed to form a collar between the first square part and the lower part of the stud, and finally, in a fourth stage the lower part of the stud is threaded.
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- Este tipo de procesos requieren de una etapa de tratamiento térmico, dado que no se alcanzan los requisitos mecánicos mínimos establecidos para su uso en vías férreas, lo cual implica alargar el proceso de fabricación, complicarlo más al añadir una etapa de tratamiento térmico que requiere de unos controles específicos. This type of process requires a thermal treatment stage, since the minimum mechanical requirements established for use on railways are not reached, which implies lengthening the manufacturing process, complicating it further by adding a thermal treatment stage that requires Specific controls
- EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN EXHIBITION OF THE INVENTION
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- El objeto de la invención es el de proporcionar un método de fabricación de un elemento de fijación adaptado para la fijación de traviesas de ferrocarril según se define en las reivindicaciones. The object of the invention is to provide a method of manufacturing a fixing element adapted for fixing railway sleepers as defined in the claims.
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- El método de fabricación es un proceso de conformado en frío, en el que partiendo de una pieza de partida que tiene un diámetro exterior determinado, se obtiene un elemento de fijación con las propiedades mecánicas requeridas sin la necesidad de un tratamiento térmico del elemento de fijación, posterior al proceso de conformado en frío. Por otro lado, se evita la cascarilla que se produce durante los procesos de The manufacturing method is a cold forming process, in which, starting from a starting piece that has a determined outside diameter, a fixing element with the required mechanical properties is obtained without the need for a heat treatment of the fixing element , after the cold forming process. On the other hand, the scale that occurs during the processes of
- conformado en caliente conocidos. De este modo, se simplifica y optimiza el proceso, acortándose el número de etapas y consecuentemente, el tiempo de fabricación de dicho elemento de fijación. known hot forming. In this way, the process is simplified and optimized, shortening the number of stages and consequently, the manufacturing time of said fixing element.
- 5 5
- Para ello, el método de fabricación comprende una etapa en la que se realiza un reducción en área de una primera parte de la pieza de partida entre aproximadamente un 45% hasta aproximadamente un 65%, y una etapa de recalcado principal posterior de una segunda parte de la pieza de partida, siendo la relación de recalcado desde, aproximadamente, 1,25 hasta, aproximadamente, 1 ,50. For this, the manufacturing method comprises a stage in which a reduction in area of a first part of the starting piece is made between about 45% to about 65%, and a subsequent main overhaul stage of a second part of the starting piece, the stress ratio being from about 1.25 to about 1.50.
- 1 O 1 o
- Estas y otras características y ventajas de la invención se harán evidentes a la vista de las figuras y de la descripción detallada de la invención. These and other features and advantages of the invention will become apparent in view of the figures and the detailed description of the invention.
- DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
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- Las Fig. 1 a 5 muestran una pieza de partida en las diferentes fases de un método de fabricación por conformación en frío de un elemento de fijación según la invención. Figs. 1 to 5 show a starting piece in the different phases of a cold forming method of a fixing element according to the invention.
- La Fig. 6 muestra un proceso de roscado al que es sometida la pieza de partida, posterior al proceso de conformación en frío mostrado en las Fig. 1 a 5, para dar lugar a una primera realización del elemento de fijación. Fig. 6 shows a threading process to which the starting piece is subjected, after the cold forming process shown in Figs. 1 to 5, to give rise to a first embodiment of the fixing element.
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- La Fig. 7 muestra una etapa mostrado en las Fig. 1 a 5. adicional del proceso de conformación en frío Fig. 7 shows a stage shown in Figs. 1 to 5. additional of the process from conformation in cold
- La Fig. 8 muestra un proceso de roscado al que es sometida la pieza de partida, posterior a la etapa adicional mostrada en la Fig. 7, para dar lugar a una segunda realización del elemento de fijación. Fig. 8 shows a threading process to which the starting piece is subjected, after the additional stage shown in Fig. 7, to give rise to a second embodiment of the fixing element.
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- La Fig. 9 es una vista en detalle de la orientación de las fibras del elemento de fijación mostrado en las Fig. 6 y 8. Fig. 9 is a detailed view of the fiber orientation of the fixing element shown in Figs. 6 and 8.
- DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
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- El elemento de fijación 1, mostrado en las figuras 6 y 8, obtenido según el método de fabricación de la invención está adaptado para la fijación de una vía de ferrocarril a una traviesa correspondiente, ambas vía y traviesa no representadas en las figuras. The fixing element 1, shown in figures 6 and 8, obtained according to the manufacturing method of the invention is adapted for fixing a railroad track to a corresponding crossbar, both track and crossbar not shown in the figures.
- El elemento de fijación 1 de la invención es un elemento roscado que cumple los The fixing element 1 of the invention is a threaded element that meets the
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- requisitos determinados en la norma ISO 898-1, preferentemente, para las clases de calidad 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8. Dicho elemento de fijación 1 ha sido conformado a partir de una pieza de trabajo o material de partida 2 de acero, que en función de las características finales deseadas puede necesitar un recocido previo al conformado. requirements determined in ISO 898-1, preferably for quality classes 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.8. Said fixing element 1 has been formed from a work piece or starting material 2 of steel, which depending on the desired final characteristics may require annealing prior to forming.
- 1 O 1 o
- La pieza de trabajo 2 tiene una composición química, en cifras de porcentaje en peso, de C :5 0,40%, y Mn :5 1 ,60%, siendo la composición preferente de C<0,20%, y Mn:51 %. Además, la pieza de trabajo 2 comprende, en cifras de porcentaje en peso, Si :5 0,55%, P :5 0,035%, y S :5 0,035%, siendo el porcentaje en peso de carbono equivalente :5 0,45%, calculado según la formula ASTM A-706 en la cual se establece que el carbono equivalente es: Workpiece 2 has a chemical composition, in percentage figures by weight, of C: 5.40%, and Mn: 5, 60%, with the preferred composition of C <0.20%, and Mn: 51% In addition, workpiece 2 comprises, in percentage figures by weight, Si: 5 0.55%, P: 5 0.035%, and S: 5 0.035%, the percentage by weight of carbon being equivalent: 5 0.45 %, calculated according to the ASTM A-706 formula in which it is established that the equivalent carbon is:
- %C + %Mn/6 + %Cu/40 + %Ni/20 + %Cr/10-%Mo/50-%V/10 % C +% Mn / 6 +% Cu / 40 +% Ni / 20 +% Cr / 10-% Mo / 50-% V / 10
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- El elemento de fijación 1 obtenido según el método de fabricación de la invención, comprende una primera parte o espárrago 2b que bien puede estar roscado a lo largo de toda su longitud, tal y como se muestra en la figura 6, o bien roscado parcialmente, tal y como se muestra en la figura 8, y una segunda parte o cabeza 2c adaptada para la fijación de la traviesa. The fixing element 1 obtained according to the manufacturing method of the invention, comprises a first part or stud 2b that can either be threaded along its entire length, as shown in Figure 6, or partially threaded, as shown in figure 8, and a second part or head 2c adapted for fixing the crossbar.
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- El elemento de fijación 1 se obtiene a partir de la pieza de trabajo 2 mediante un proceso de conformado en frío, mostrado en las figuras 1 a 5 y figura 7, seguido de un proceso de roscado mostrado en las figuras 6 y 8, no requiriendo de etapas de tratamiento térmico posteriores a dicho proceso de conformado. The fixing element 1 is obtained from the workpiece 2 by a cold forming process, shown in figures 1 to 5 and figure 7, followed by a threading process shown in figures 6 and 8, not requiring of heat treatment stages after said forming process.
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- En primera etapa, mostrada en la figura 1, se proporciona la pieza de trabajo 2 que se obtiene a partir de un alambre que es enderezado y posteriormente cortado a la medida deseada. La pieza de trabajo 2, sustancialmente cilíndrica, tiene la composición química arriba descrita, y un diámetro inicial 01. In the first stage, shown in Figure 1, the workpiece 2 is provided which is obtained from a wire that is straightened and subsequently cut to the desired size. The substantially cylindrical workpiece 2 has the chemical composition described above, and an initial diameter 01.
- 30 30
- En una segunda etapa, mostrada en la figura 2, la primera parte 2b de la pieza de trabajo 2 es sometida a una reducción de área transversal entre aproximadamente un 45% hasta aproximadamente un 65% del área inicial, siendo el diámetro reducido 02 el diámetro exterior final después de la reducción, manteniéndose la segunda parte o cabeza 2c sustancialmente sin modificaciones geométricas. En una realización preferente, la reducción de área de la primera parte 2b será de entre aproximadamente 50% y aproximadamente 55%. In a second stage, shown in Figure 2, the first part 2b of the workpiece 2 is subjected to a cross-sectional reduction between about 45% to about 65% of the initial area, the reduced diameter 02 being the diameter final exterior after reduction, keeping the second part or head 2c substantially without geometric modifications. In a preferred embodiment, the area reduction of the first part 2b will be between about 50% and about 55%.
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- En una tercera etapa, mostrada en la figura 3, la pieza de trabajo 2 es sometida a una operación de recalcado secundario tanto de la primera parte 2b, siendo el diámetro 03 el diámetro exterior de la primera parte 2b después de la operación de In a third stage, shown in Figure 3, the workpiece 2 is subjected to a secondary upsetting operation of both the first part 2b, the diameter 03 being the outer diameter of the first part 2b after the operation of
- recalcado secundario, como de la segunda parte 2c, siendo el diámetro 04, el diámetro exterior de la segunda parte 2c después de la operación de recalcado secundario. secondary upsetting, as of the second part 2c, the diameter 04 being the outer diameter of the second part 2c after the secondary upsetting operation.
- 5 5
- En una cuarta etapa, mostrada en la figura 4, se realiza una reducción de una parte 3 de la cabeza 2c, conformando una geometría preferentemente rectangular, aunque pudiera ser cuadrada, u otras geometrías posibles, estando dicha parte 3 adaptada para recibir una herramienta de montaje determinada. In a fourth stage, shown in Figure 4, a reduction of a part 3 of the head 2c is performed, forming a preferably rectangular geometry, although it could be square, or other possible geometries, said part 3 being adapted to receive a tool of determined assembly.
- 1 O 1 o
- En una quinta etapa, mostrada en la figura 5, se somete a la cabeza 2c a una operación de recalcado principal, siendo la relación de recalcado principal, la relación entre el diámetro final 05 de la cabeza 2c después del recalcado principal y el diámetro inicial 01 de la pieza de trabajo 2 de partida. La relación de recalcado principal es entre, aproximadamente, 1 ,25 hasta, aproximadamente, 1 ,5, siendo la relación de recalcado principal preferente entre, aproximadamente 1 ,25 y aproximadamente 1 ,35. In a fifth stage, shown in Figure 5, the head 2c is subjected to a main upsetting operation, the main overhang ratio being the ratio between the final diameter 05 of the head 2c after the main overhang and the initial diameter 01 of work piece 2 starting. The main highlighting ratio is between about 1.25 to about 1.5, the preferred main highlighting ratio being between about 1.25 and about 1.35.
- 15 fifteen
- Por otra parte, también se somete al espárrago 2b a una operación de recalcado auxiliar, siendo el diámetro 06 el diámetro final del espárrago 2b tras la etapa de recalcado auxiliar, y se conforma una punta 4 en el extremo libre del espárrago 2b, en caso de que ésta sea necesaria. On the other hand, the stud 2b is also subjected to an auxiliary upsetting operation, the diameter 06 being the final diameter of the stud 2b after the auxiliary upsetting step, and a tip 4 is formed at the free end of the stud 2b, in case that this is necessary.
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- En el caso de que el elemento de fijación 1 comprenda el espárrago 2b totalmente roscado, el proceso de conformado en frío termina en esta quinta etapa, siendo sometida la pieza de trabajo 2 a una etapa final de roscado, mostrada en la figura 6, dando lugar a una primera realización del elemento de fijación 1. In the event that the fixing element 1 comprises the fully threaded stud 2b, the cold forming process ends in this fifth stage, the workpiece 2 being subjected to a final threading stage, shown in Figure 6, giving place to a first embodiment of the fixing element 1.
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- Por el contrario, si el elemento de fijación 1 comprende el espárrago 2b parcialmente roscado, el proceso de conformado en frío comprende una sexta etapa, mostrada en la figura 7, en la cual un segmento 2d del espárrago 2b es sometida a una reducción de diámetro exterior, siendo reducido el diámetro final 06 del espárrago 2b después de la etapa de recalcado auxiliar a un diámetro previo de rosca 08. Posteriormente, se realiza una operación de roscado sobre el segmento 2d del espárrago 2b, tal y como se muestra en la figura 8, dando lugar a una segunda realización del elemento de fijación 1. On the contrary, if the fixing element 1 comprises the partially threaded stud 2b, the cold forming process comprises a sixth stage, shown in Figure 7, in which a segment 2d of the stud 2b is subjected to a reduction in diameter outside, the final diameter 06 of the stud 2b being reduced after the auxiliary highlighting stage to a previous thread diameter 08. Subsequently, a threading operation is performed on the segment 2d of the stud 2b, as shown in the figure 8, resulting in a second embodiment of the fixing element 1.
- En ambos casos, el roscado se lleva a cabo mediante una operación de laminación en frío o en caliente, por métodos conocidos en el estado de la técnica, conformando mediante laminación la rosca adecuada. In both cases, the threading is carried out by means of a cold or hot rolling operation, by methods known in the state of the art, forming the appropriate thread by rolling.
- 35 35
- El elemento de fijación 1 obtenido según este método de fabricación tiene una resistencia mínima a la tracción según ISO 898-1, tanto en ensayos de tracción sin The fixing element 1 obtained according to this manufacturing method has a minimum tensile strength according to ISO 898-1, both in tensile tests without
- cuña, como en ensayos de tracción con cuña, rompiéndose siempre el elemento de fijación por la zona roscada y no en la unión de la cabeza 2c con el espárrago 2b. wedge, as in wedge tensile tests, the fixing element always breaking through the threaded area and not at the junction of the head 2c with the stud 2b.
- 5 5
- Por otro lado, el elemento de fijación 1 mostrado en la figura 6 y el mostrado en la figura 8 soportan respectivamente un primer plegado de hasta 15° del segmento 2b y un primer plegado de hasta 15° del segmento 2d roscado del espárrago 2b con respecto a dicho espárrago 2b, sin que aparezcan roturas, grietas o fisuras, y un segundo plegado de hasta 30° sin que aparezcan roturas. On the other hand, the fixing element 1 shown in Figure 6 and the one shown in Figure 8 respectively support a first folding of up to 15 ° of the segment 2b and a first folding of up to 15 ° of the threaded segment 2d of the stud 2b with respect to to said stud 2b, without any breakage, cracking or cracking, and a second folding up to 30 ° without breaking.
- 1 O 1 o
- Además, la orientación de fibras es óptima, tal y como se muestra en la figura 9. Por lo tanto el elemento de fijación 1, cumple con los requisitos exigidos por la norma 8981 para las calidades 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8 y 6.8. In addition, the fiber orientation is optimal, as shown in Figure 9. Therefore, the fixing element 1 meets the requirements demanded by standard 8981 for qualities 3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8 and 6.8.
Claims (8)
- 7. 7.
- Método de fabricación de un elemento de fijación según la reivindicación 6, en donde la composición química de la pieza de partida (2) comprende, preferentemente, en cifras de porcentaje en peso C :5 0,20%, y Mn :5 1%. Method of manufacturing a fixing element according to claim 6, wherein the chemical composition of the starting piece (2) preferably comprises figures in weight percentage C: 5.20%, and Mn: 5 1% .
- 8. 8.
- Método de fabricación de un elemento de fijación según cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 7, en donde la pieza de partida (2) comprende además en cifras de porcentaje en peso Si :5 0,55%, P :5 0,035%, y S :5 0,035%. Method of manufacturing a fixing element according to any of claims 6 or 7, wherein the starting piece (2) further comprises in percentage weight figures Si: 5 0.55%, P: 5 0.035%, and S : 5 0.035%.
- 9. 9.
- Elemento de fijación caracterizado porque está fabricado según el método de fabricación definido según cualquiera de las reivindicaciones anteriores. Fixing element characterized in that it is manufactured according to the manufacturing method defined according to any of the preceding claims.
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