ES2829603T3

ES2829603T3 - Husillo roscado

Info

Publication number: ES2829603T3
Application number: ES18151775T
Authority: ES
Inventors: Björn Penz; Pascal Hutter; Marijo Zach; Patrick Renhard
Original assignee: SFS Intec Holding AG
Current assignee: SFS Group International AG
Priority date: 2018-01-16
Filing date: 2018-01-16
Publication date: 2021-06-01
Anticipated expiration: 2038-01-16
Also published as: EP3511088A1; EP3511088B1

Abstract

Husillo roscado (20, 30), con al menos una primera zona (24) esencialmente cilíndrica, que lleva una muesca de rosca (36), caracterizado porque - una pieza bruta para el husillo roscado (20, 30) está constituida de acero bainítico, - en la primera zona (24) se define una cáscara del núcleo (34) como una zona del volumen en forma de envolvente cilíndrica, que se extiende desde el diámetro del núcleo (dTG) del husillo roscado radialmente hacia dentro y posee un espesor (dK), que corresponde a la altura de la rosca (tTG), - la muesca de la rosca, medida en durezas de Vickers en los flancos de la rosca (17) es entre 3 % a 12 %, con preferencia en la media 7,5 % más dúctil que las durezas de Vickers de la cáscara del núcleo (34) promedias en un rectificado transversal.

Description

DESCRIPCIÓN

Husillo roscado

La presente invención se refiere a un componente con una rosca, en particular un husillo roscado y a la utilización de un tipo específico de acero para la fabricación de un husillo roscado

ANTECEDENTES TÉCNICOS

Una rosca es, en definición básica, una entalladura perfilada, que se extiende a modo de espiral alrededor de una pared de un componente, formada cilíndrica o similar a un cilindro, en una línea helicoidal cerrada (hélice). Un husillo se entiende en este caso como componente cilíndrico, con una rosca exterior de la misma forma. La contra parte adaptada a ello es una tuerca con una forma de rosca, con relación a la profundidad de la rosca y paso de rosca de diseño complementario.

Se conocen en el estado de la técnica numerosas formas de la rosca, tamaños de la rosca y aplicaciones. Un caso especial de un sistema de husillo y tierca es un mecanismo de rosca esférica, en el que la rosca interior y la rosca exterior están configuradas como muescas de semicáscara y en el espacio intermedio entre el husillo y la tuerca circulan bolas.

Los sistemas de husillo y tuerca y los mecanismos de rosca esférica se emplean en muchas aplicaciones técnicas, con frecuencia también para convertir un movimiento giratorio en un movimiento lineal. Como tales, se emplean sistemas de husillo y tuerca y mecanismos de rosca esférica también en sistemas de freno de vehículos, donde se emplean como sustitución para cilindros de freno hidráulicos o en paralelo con los sistemas de freno como elemento de activación de sistemas de servofrenos.

ESTADO DE LA TÉCNICA

El documento DE102015221842 muestra una pieza de engranaje con una primera zona de soporte cilíndrica.

Las figuras 1 y 2 muestran algunas magnitudes de determinación básicas para la caracterización de roscas. En cada caso se muestra una sección longitudinal axial a través de una sección de rosca. La figura 1 muestra una rosca regular o bien rosca en punta. La distancia de dos pasos de rosca (entalladuras de la rosca) corresponde al gradiente ^srg(RG representa la rosca regular). La profundidad de la rosca se designa con tRG, el ángulo de los flancos se designa con aRG. La característica 11 designa un diente de la rosca, el flanco de la rosca se identifica con 12. El fondo de la rosca 13 y la punta de la rosca 14 son también decisivos para el diámetro del núcleo o bien para el diámetro exterior de la rosca. La figura 2 muestra una rosca trapezoidal, las variables características están identificadas con el sufijo RG para la rosca trapezoidal, Debido a la forma trapezoidal de un diente de la rosca 16, la punta de la rosca 19 está configurada plana con una anchura bTG. La referencia 18 designa de nuevo el fondo de la rosca y 17 se refiere al flanco de la rosca. Los tipos de rosca mostrados de forma ejemplar en las figuras 1 y 2 se representan de forma idealizada, de un paso y simétrico. Sin embargo, los dibujos no limitan la invención.

La fabricación en serie de husillos roscados se realiza actualmente a través de la transformación de una pieza bruta de material adecuado, por ejemplo de acero. El material de partida es a menudo alambre con diámetro correspondiente, que se endereza recto y se corta a la medida adecuada. A través de la transformación en frío, en particular la laminación de roscas, se conforma la rosca en la pieza bruta. Con frecuencia, se mecanizan todavía los extremos del husillo roscado a través de transformación en frío o por medio de mecanización por arranque de virutas, por ejemplo para facilitar una transmisión de la fuerza a otros elementos de la máquina u ofrecer superficies para cojinetes.

Es evidente que el material de partida o bien la pieza bruta no tiene que presentar con preferencia una resistencia demasiado alta del material, para mantener reducidas las fuerza que deben aplicarse durante la transformación en frío. Por lo tanto, a menudo se emplean aceros con textura de ferrita/perlita (por ejemplo, 34Cr4), que han sido pre tratados a través de recocido sobre cementita esférica (GKZ). La caída de la dureza que se produce en este caso mejora la capacidad de transformación o bien la capacidad de mecanización por arranque de virutas.

Es un hecho conocido que a través de la solidificación en frío que se produce durante la transformación en frío se eleva de nuevo la resistencia del material. Para llevar la pieza de trabajo a la dureza final deseada, a pesar de todo es habitual realizar un tratamiento en caliente, normalmente a través de endurecimiento por conversión o endurecimiento en vacío. De esta manera se endurecen también zonas de la pieza de trabajo no transformadas en frío.

En este caso, en general, es un inconveniente que para el proceso de endurecimiento deben calentarse los componentes transformados, aquí la tuerca de husillo, con alto gasto de energía y de aparatos y a continuación deben enfriarse rápidamente. Para evitar modificaciones no deseadas de la sustancia del material, en parte es necesario realizar el proceso de recocido en vacío o bajo gas protector. El proceso de enfriado rápido se realiza a menudo en aceite, lo que requiere una limpieza posterior costosa de los componentes. Además, a través del calentamiento y el enfriamiento rápido de los componentes, no siempre se puede garantizar la estabilidad de la medida.

Por lo tanto, en los últimos años se ha propuesto cada vez más utilizar aceros bainíticos, que presentan, por una parte, una resistencia de partida mayor y, por otra parte, pueden alcanzar después de la transformación en frío también sin tratamiento con calor siguiente, una resistencia final Rm de 800 a 1000 MPa o más. Las máquinas y herramientas utilizadas deben estar diseñadas, sin embargo, de forma correspondiente para poder transformar la elevada rigidez básica del material de partida.

En la fabricación de acero por encima de 900°C, un acero típico pobre en carbono está constituido totalmente de austenita. Por debajo de aproximadamente 700°C, la austenita es termodinámicamente inestable y en condiciones de equilibrio (es decir, con refrigeración lenta) formará, entre otros, perlita - una estructura característica más o menos laminar de ferrita y cementita /Fe3C), en donde esto depende también de la composición química del acero. La austenita, que se refrigera muy rápidamente, puede formar martensita sin ningún tipo de difusión de carbono. Esta fase de no-equilibrio se puede formar sólo a bajas temperaturas, de manera que la porción de fases depende sólo del grado de la refrigeración por debajo de la temperatura inicial crítica de la martensita.

La vainita ocupa, con respecto al mecanismo de aparición y la morfología de la textura, una zona entre la fase de perlita y la fase de martensita mencionadas anteriormente (tal vez entre 200 a 600°C). La vainita se forma a partir de la austenita en forma de agregados de ferrita-carburo no laminar. Existe una serie de diferentes texturas bainíticas, cuya forma de configuración depende de la composición del acero y de la temperatura de la formación. A menudo se distingue todavía entre la llamada vainita inferior, que se forma a temperaturas próximas a la temperatura inicial de la martensita, y la vainita superior, que se forma a temperaturas más elevadas. Una clasificación posible / más exacta de la textura bainítica en función del contenido de carbono de los aceros se puede realizar de acuerdo con EUR 21245 (Informa final 2005).

Un acero que se puede adquirir en el mercado como Swissbain-7MnB8 (número de material 1.5519) es un acero microaleado con titanio, vanadio y niobio con bajo contenido de carbono. De esta manera posee una textura bainítica libre de cementita con porciones de textura de martensita y austenita. El documento EUR 21245 de 2005, el informe final del Proyecto EU "technical steel research" - "Quantitative structure-property relationships for complex bainitic microstructures" designa estos aceros pobres en carbono (C inferior a 0,10 %) también como “Bainita Granular”.

El cometido de la presente invención es proponer un husillo roscado para el empleo en sistemas de tuerca y husillo, o bien un mecanismo de rosca esférica, que mejora el estado de la técnica, en particular permite una alta rigidez final con una fabricación al mismo tiempo simplificada.

DESCRIPCION DE LA INVENCION

La invención parte de un acero bainítico o bien de un acero con textura bainítica, cura rigidez de partida Rm está en el estado estirado como alambre típicamente en 700 a 900 MPa, es decir, bien por encima de 20-30 % sobre un material de partida (acero transformado en frío) de acuerdo con el estado de la técnica. Este acero bainítico se transforma en un procedimiento de transformación conocido, en principio, de acuerdo con al estado de la técnica, en un husillo roscado, lo que se puede realizar a través de prensado por extrusión o bien laminación.

Como se conoce, en la transformación plástica de metales (transformación en frío, transformación masiva en frío) por debajo de la temperatura de recristalización del material tiene lugar una solidificación en frío, que eleva continuamente la rigidez del material y reduce la ductilidad. El experto en la técnica parte de que en zonas con alto grado de transformación, la rigidez resultante es más alta que en zonas con grado de transformación más reducido. Una medición de la rigidez se puede realizar, por ejemplo con la verificación conocida de la dureza de Vickers en la superficie del componente. No obstante, la dureza de un material no está estrictamente relacionada en sí con la rigidez de un material, en particular en componentes transformados en frío. En el presente caso, sin embargo, tiene sentido una verificación de la dureza de Vickers porque de esta manera se puede medir de una forma selectiva la dureza de la superficie requerida en husillos roscados. Con un rectificado transversal o longitudinal se pueden determinar, además, sin problemas los valores de la dureza del material también a partir del interior del componente, lo que permite, por ejemplo, representar una curva de la dureza sobre la sección transversal.

En contra de la enseñanza en el estado de la técnica, se ha mostrado que en la fabricación de un husillo roscado, en particular de un husillo roscado trapezoidal, la máxima dureza no se alcanza en la zona del diente de la rosca, donde tiene lugar el máximo grado de transformación. Mediciones en el flanco de la rosca han dado como resultado valores, que son inferiores que en el fondo de la rosca. Puesto que según la invención el husillo roscado se realiza sin tratamiento térmico / endurecimiento siguiente, se mantienen estas propiedades y dan como resultado un husillo roscado con nuevas propiedades ventajosa: como se representa de forma esquemática en la figuras 4, en la zona media 32 de un husillo roscado 30, es decir, en un volumen alrededor del eje longitudinal central 33 del componente, se obtiene en gran medida o bien se eleva la rigidez del material básico, pero considerada sobre todo el husillo, será, sin embargo, mínima. En la zona marginal, más exactamente en una zona del volumen desde el diámetro del núcleo dTG del husillo roscado (fondo de la rosca) hacia dentro (= cáscara del núcleo 34), los valores de la dureza alcanzan un máximo. En la zona (del volumen) del diente de la rosca o bien de la muesca de la rosca 36, medidos en el flanco de la rosca, la dureza alcanza valores entre estos dos extremos.

La figura 4 muestra esto con un diagrama de la dureza, que muestra de forma esquemática los niveles de la dureza N0 a N3 y su asociación en el husillo roscado. N0 designa el nivel de partida, la dureza básica o bien la rigidez básica del material en el estado de partida no transformado. N1 designa el nivel de la dureza en la zona media 32, N2 designa la dureza en la cáscara del núcleo 34 y N3 designa el nivel de la dureza en la muesca de la rosca 36. Esta representación es puramente esquemática y no muestra valores absolutos o distancias relativas.

Se entiende por sí mismo que la cáscara del núcleo 34 no posee ningún límite afilado hacia la zona media 32 o bien hacia la muesca de la rosca 36, sino que son pasos continuos. En el transcurso de una limitación debe aplicarse, por lo tanto, como cáscara del núcleo 34 aquella zona cilíndrica, concéntrica del volumen, que partiendo desde el fondo de la rosca posee radialmente hacia dentro un espesor dK. Se ha mostrado que dK = tro describe muy bien las relaciones físicas. Con otras palabras, la cáscara del núcleo 34 de un husillo roscado dado es (medida radialmente) tan fuerza como la altura de la rosca. En la cáscara del núcleo 34 los valores de la dureza del husillo dado alcanzan un máximo.

En todas las indicaciones en esta descripción, donde se comparan valores entre sí y/o se ponen en relación, se entiende por sí mismo que se comparan entre sí en cada caso valores medios de varias muestras en significado estático. Se conoce en el estado de la técnica que los valores de medición, aquí los valores de medición de la dureza según Vickers, se dispersan y que, por lo tanto, se pueden extraer mediciones individuales. Sin embargo, esto no perjudica la fuerza expresiva de la invención y no representa ninguna deficiencia para la aplicación práctica. Por lo tanto, un husillo roscado de acuerdo con la invención posee una zona de material en forma de envolvente cilíndrica medible más endurecida, la cáscara del núcleo 34. Está concéntricamente alrededor de la zona media 32 más dúctil. La muesca de la rosca 36 propiamente dicha es más dura que el material de partida y la zona media 32, pero es más dúctil que la cáscara del núcleo 34. A este respecto se ha mostrado que la diferencia en los valores de la dureza entre la cáscara del núcleo 34 y la zona media 32 no está marcada siempre con la misma intensidad. En el caso de un husillo con una rosca “alta” tre en comparación con el diámetro del núcleo dTG, la zona media está solidificada más dura que en el caso de un husillo, en el que el núcleo más grueso lleva una rosca baja.

Un husillo roscado de acuerdo con la invención posee varias ventajas. Un husillo roscado 30 del tipo presentado puede derivar mejor a través de su estructura las fuerzas que aparecen en el funcionamiento que un husillo fabricado de una manera clásica con estructura endurecida continua. La cáscara del núcleo cilíndrica concéntrica deriva las fuerzas en virtud de su dureza alta, y a mismo tiempo el componente en su conjunto es más elástico que un componente en forma de barra duro homogéneo. Además, la rebaja de la rosca solidificada en frío frente al material de partida a través de transformación en frío no tiene que derivar las cargas que se producen, puesto que éstas pueden ser absorbidas en gran medida por la cáscara del núcleo.

Estas diferentes durezas o bien rigideces se consiguen de acuerdo con la invención porque sólo se aplican procesos de transformación en frío sobre la pieza bruta y después de la fabricación del husillo roscado no debe seguir ningún proceso de endurecimiento. Por proceso de endurecimiento se entienden en este caso los procedimientos técnicos habituales conocidos, con los que se modifica la textura de la pieza bruta a través de tratamiento térmico para conseguir una rigidez mayor. La solidificación en frío propiamente dicha no se entiende en este caso como proceso de endurecimiento, sino como parte del proceso de transformación en la fabricación.

Una evaluación de los valores de la dureza según Vickers para un husillo roscado de acuerdo con la invención ha sido normalizada, para garantizar la posibilidad de comparación, de manera que las durezas de partida del material no transformado se ha establecido con 100. De esta manera, se asegura también que el tamaño de la fuerza de ensayo en la medición de la dureza de Vickers no tenga ninguna importancia, con tal que exista la posibilidad de comparación de los valores entre sí. Los valores normalizados se muestran en la Tabla siguiente:

N3, muesca de la rosca 36 | 122

En una forma de realización preferida, se puede realizar un husillo roscado de acuerdo con la invención también con anchuras de oscilación más estrechas para N¹, N², N³, a saber, /- 4,5%, /- 3% y /- 3%.

En otro tipo de consideración, se pueden describir los niveles de la dureza del husillo roscado de la invención también en relación entre sí, siendo seleccionada a continuación la dureza normalizada de la cáscara del núcleo 34 con relación a 100 %.

La muesca de la rosca 36, calculada en durezas de Vickers, es entre 3 % a 12 %, con preferencia en la media de 7,5 % más dúctil que la cáscara del núcleo 34.

La zona media 32, calculada en durezas de Vickers, es entre 7 % a 19 %, con preferencia en la media de 13 % más dúctil que la cáscara del núcleo 34.

Los valores de la dureza del husillo roscado en la zona media 32 son con relación a la dureza de partida del acero bainítico (antes de la transformación) entre 7 % y 23 % más altos que las durezas del material de partida bainítico. En una forma de realización preferida, se selecciona como acero bainítico el tipo de acero 7MnB8.

En una forma de realización del husillo roscado de acuerdo con la invención, el diámetro exterior Dtg de un husillo roscado trapezoidal 88 mm con un diámetro del núcleo dTG de 6,2 mm. La profundidad de la rosca tre era, por lo tanto, 0,9 mm. El ángulo de los flancos de la rosca aTG se seleccionó en el presente caso en 30°. El gradiente stg es 1,5 mm.

En el presente ejemplo de realización, la relación entre bTG y tre es aproximadamente 2 : 3. El comportamiento descrito con diferentes durezas se puede ajustar sobre una zona amplia entre 1:3 y 3:1.

En formulación alternativa, la invención se puede describir como utilización de un acero bainítico para la fabricación de un husillo roscado 20 o bien 30. Una pieza bruta de acero bainítico se transforma a través de un proceso de transformación en frío de una o varias etapas en un husillo roscado 20, de manera que la muesca de la rosca 36, calculada n durezas de Vickers, es entre 3 % a 12 %, con preferencia en la media en 7,5 %, más dúctil que la cáscara del núcleo 34. Además, la zona media 32, calculada en durezas de Vickers, es entre 7 % y 19 %, con preferencia en el término medio 13 % más dúctil que la cáscara del núcleo 34.

Como se ha descrito anteriormente, esta utilización incluye que la fabricación del husillo roscado se consigue simplemente a través de procesos de transformación en frío sin proceso de endurecimiento siguiente del husillo roscado 20. Además, el husillo roscado puede presentar al menos otra zona 22, 26 con una superficie, cuya dureza de Vickers se desvía de la dureza en la primera zona 24.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La figura 1 muestra una sección longitudinal a través de la zona próxima a la superficie de una rosca regular.

La figura 2 muestra una sección longitudinal a través de la zona próxima a la superficie de una rosca trapezoidal. La figura 3 muestra de forma esquemática un husillo roscado con diferentes zonas con diferentes zonas de dureza. La figura 4 muestra una sección transversal esquemática a través de un husillo roscado, a lo largo de la línea indicada a través del detalle S en la figura 2.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Las figuras 1 y 2 muestran formas de roscas y sus características y ya se han explicado anteriormente en la sección del estado de la técnica.

La figura 3 muestra de forma esquemática un husillo roscado 20 con diferentes zonas 22, 24, 26. Con ello se entienden secciones de un componente, que pueden presentar diferentes funciones, tamaños y propiedad de las superficies. Una primera zona 24 presenta, por ejemplo, una rosca 28, mientras que otra zona 26 presenta un contorno exterior cilíndrico. En una tercera zona 22 se indica una forma simétrica rotatoria, por ejemplo un ataque de la fuerza.

La figura 4 muestra un husillo roscado trapezoidal en la sección transversal a lo largo de la línea S indicada en la figura 2. En la vista en planta superior a través de la sección transversal, la característica 36 designa la muesca de la rosca en la vista lateral, el flanco de la rosca es visible en 38 en el plano de corte. La zona media 32 del husillo roscado 30 es un volumen (parcial), agrupado alrededor del eje medio central 33, del husillo roscado. El volumen 34 en forma de casquillo (cáscara del núcleo) es, visto en la geometría, un volumen de envolvente cilíndrica concéntrico al eje medio 33.

Las características de la invención publicadas en la descripción anterior, en los dibujos así como en las reivindicaciones pueden ser esenciales para la realización de la invención tanto individualmente como también en cualquier combinación discrecional, pero técnicamente conveniente o bien ventajosa.

LISTA DE SIGNOS DE REFERENCIA

10 Rosca regular (RG) / rosca de punta

11, 16 Diente de la rosca

12, 17 Flanco de la rosca

13, 18 Fondo de la rosca

14, 19 Punta de la rosca

15 Risca trapezoidal (TG)

20 Tuerca de husillo

23 Tercera sección

24 Primera sección

26 Segunda sección

28 Rosca

30 Husillo roscado

32 Zona media

33 Eje longitudinal central o bien eje medio

34 Cáscara del núcleo

36 Muesca de la rosca

38 Flanco de la rosca en el plano de corte

Claims

REIVINDICACIONES

1. Husillo roscado (20, 30), con al menos una primera zona (24) esencialmente cilindrica, que lleva una muesca de rosca (36), caracterizado porque

• una pieza bruta para el husillo roscado (20, 30) está constituida de acero bainítico,

• en la primera zona (24) se define una cáscara del núcleo (34) como una zona del volumen en forma de envolvente cilíndrica, que se extiende desde el diámetro del núcleo (dTG) del husillo roscado radialmente hacia dentro y posee un espesor (dK), que corresponde a la altura de la rosca (tre),

• la muesca de la rosca, medida en durezas de Vickers en los flancos de la rosca (17) es entre 3 % a 12 %, con preferencia en la media 7,5 % más dúctil que las durezas de Vickers de la cáscara del núcleo (34) promedias en un rectificado transversal.

2. Husillo roscado (20, 30) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque

• se define una zona media cilíndrica (32), que se extiende desde un eje longitudinal central (33) del husillo roscado (30) hasta una zona del núcleo,

• cuyas durezas de Vickers son entre 7 % a 19%, con preferencia en la media 13 % más bajas que las de la cáscara del núcleo (34).

3. Husillo roscado (20, 30) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque los valores de la dureza del husillo roscado en la zona media (32) con relación a una dureza de partida del acero bainítico son entre 7 % y 23 % más altos que las durezas de un material de partida bainítico.

4. Husillo roscado (20, 30) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque dichas durezas se consiguen simplemente a través de procesos de transformación en frío sin procedo de endurecimiento siguiente o bien final del husillo roscado.

5. Husillo roscado (20, 30) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dicho acero es 7nB8.

6. Husillo roscado (20, 30) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el husillo roscado lleva una rosca regular.

7. Husillo roscado (20, 30) de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el husillo roscado lleva una rosca trapezoidal.

8. Husillo roscado (20, 30) de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la relación entre la anchura del diente roscado (bTG) y la profundidad de la rosca (tre) esté entre 1:3 y 3:1.

9. Utilización de una pieza bruta de acero bainítico en un proceso de transformación en frío de una o varias etapas para la fabricación de un husillo roscado (20, 30) según las reivindicaciones 1 a 8.

10. Utilización de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizada porque la zona media (32), calculada en durezas de Vickers, es entre 7 % a 19 %, con preferencia en la media 15 % más dúctil que la cáscara del núcleo (34).