MX2008013278A

MX2008013278A - Tornillo roscador de alto rendimiento.

Info

Publication number: MX2008013278A
Application number: MX2008013278A
Authority: MX
Inventors: David R Price; Gary Shattuck
Original assignee: Acument Ip Llc
Priority date: 2006-04-17
Filing date: 2007-04-03
Publication date: 2008-10-28
Also published as: BRPI0711260B1; EP2007990B1; WO2007121081A3; WO2007121081A2; JP2009533635A; JP5522548B2; KR101263539B1; CA2646356A1; AU2007238300A1; PL2007990T3; KR20080110677A; EP2007990A4; BRPI0711260A2; AU2007238300B2; CA2646356C; BRPI0711260A8; US20070243043A1; ES2488414T3; EP2007990A2; US8172692B2

Abstract

Un tornillo (10) roscador que tiene una dureza superficial mínima de HRC 56. El tornillo (10) puede formar roscas en una pieza de trabajo que tiene una dureza superficial que excede a HRC 23. Un método para aplicar dureza superficial a un tornillo (10) incluye enriquecer con carbono el tornillo (10) por lo menos en un nivel de carbono de 0.48, y después enfriar bruscamente el tornillo (10). Después, el tornillo (10) se entibia de modo que la dureza superficial no excede la dureza del alma por más de 3 puntas Rockwell C, y la superficie y el alma están en una dureza Rockwell C33-C39. Subsecuentemente la punta (16) se endurece por inducción, y el tornillo se enfría bruscamente otra vez. El tornillo (10) se entibia nuevamente de modo que las roscas (18) de avance y las primeras 3-4 roscas completas (22, 24) están en una dureza mínima Rockwell C56, de preferencia a una profundidad (26) de por lo menos 0.203 mm (0.008 pulgadas) y el alma del sujetador (10) está en una dureza Rockwell C33-C39. Finalmente, se aplica un acabado.

Description

TORNILLO ROSCADOR DE ALTO RENDIMIENTO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a tornillos roscadores y métodos para formarlos, y más específicamente se refiere a un sujetador, tal como un b tornillo roscador, por lo menos una porción del cual tiene una dureza superficial mínima de HRC 56 (Dureza Rockwell Escala C) , y con un método para formar tal tornillo roscador. Actualmente, la industria recomienda que los tornillos roscadores sean capaces de formar en frío roscas en una pieza de trabajo que tiene una dureza de Rockwell C23 y menor. Como tal, los tornillos roscadores actuales son lo suficientemente duros para formar en frío roscas en tales piezas de trabajo. Sin embargo, existen algunas aplicaciones donde puede ser deseable hacer que un tornillo roscador sea capaz de formar roscas en una pieza de trabajo que tenga una dureza que excede HRC 23. Por ejemplo, después de que se forma el material de Alta Resistencia Baja a Aleación (HSLA) , tal como al perforar agujeros en el material, la dureza en y alrededor del área del agujero podría alcanzar y exceder una dureza Rockwell C40. Los tornillos roscadores convencionales no son lo suficientemente duros para formar exitosamente en frío las roscas en piezas de trabajo que exceden una dureza Rockwell C23. Por ejemplo, algunos tornillos roscadores comercialmente disponibles se procesan de modo que la punta y las primeras tres a cuatro roscas completas se encuentran en una dureza mínima Rockwell C45, y el alma del sujetador es una dureza Rockwell C33 a 39. Un tornillo roscador como éste no es lo suficientemente duro para formar en frío consistentemente las roscas en un material que excede HRC 23. Cuando se mete un tornillo roscador en el material HSLA (o cualquier otro material) que tiene una dureza de HRC 40 o mayor, se presenta el colapso de la rosca. Este colapso o deformación de las roscas, provoca falla en la unión. Cuando se forman roscas en materiales tales como acero, se requiere hacer que el sujetador tenga una dureza mucho mayor que el material en el cual se está roscando el sujetador, para poder formar las roscas adecuadamente sin colapso. Debido que los tornillos roscadores actuales no son lo suficientemente duros para formar en frío roscas en piezas de trabajo que tienen una dureza que excede HRC 23, en tales casos ha sido necesario proporcionar roscas de correlación, tal como al proporcionar una junta roscada en la pieza de trabajo (la cual requiere una operación de taladrar y golpear) , o al proporcionar tuercas de soldadura, tuercas sueltas, un refuerzo de soldadura, inserciones roscadas, o al proporcionar una característica similar o utilizar un método similar para proporcionar roscas de correlación. Estas estructuras/métodos requieren operaciones adicionales, accesorios y tiempo, que resultan en un proceso laborioso, más costoso. Como tal, existe un mercado de sujetadores capaz de formar roscas en piezas de trabajo, tal como material HSLA o cualquier otro material, el cual tenga una dureza que excede Rockwell C23. Un objeto de una modalidad de la presente invención es proporcionar un tornillo roscador por lo menos en una porción de la cual tiene una dureza superficial que es lo suficientemente elevada de modo que el tornillo roscador pueda utilizarse para formar en frío roscas en una pieza de trabajo que tiene una dureza que excede HRC 23. Otro objeto de una modalidad de la presente invención es proporcionar un tornillo roscador por lo menos en una porción de la cual tiene una dureza superficial mínima de HRC 56. Aún otro objeto de una modalidad de la presente invención es proporcionar un tornillo roscador que tenga una dureza superficial mínima de HRC 56, por lo menos a una profundidad de 0.203 mm (0.008 pulgadas), por lo menos para algunas de las roscas del tornillo. Brevemente, y de acuerdo con por lo menos uno de los objetos anteriores, una modalidad de la presente invención proporciona un tornillo roscador que tiene una cabeza y un fuste roscado que se extiende desde la cabeza.

Por lo menos algunas de las roscas del fuste son de dureza superficial, de preferencia de una dureza superficial mínima de HRC 56, permitiendo por consiguiente que el tornillo roscador se utilice después de esto para formar en frío roscas en una pieza de trabajo que tiene una dureza superficial que excede HRC 23. Otro aspecto de la presente invención proporciona un método para formar tal tornillo roscador. El método incluye realizar un proceso de tratamiento térmico mediante el cual el tornillo se enriquece con carbono por lo menos a un nivel de carbono de 0.48, y se enfría bruscamente, tal como en aceite. Después, el tornillo se entibia para poder bajar la fragilidad y para permitir un alma más dúctil. De preferencia, la templadura es controlada de modo que la dureza superficial no excede la dureza del alma por más de 3 puntas Rockwell C. De preferencia, después de la templadura, tanto la superficie como el alma del sujetador tienen una dureza de Rockwell C33 a 39. Subsecuentemente, la punta, tal como las roscas de avance de tres a cuatro roscas completas del tornillo, se endurece por inducción y el tornillo se enfría bruscamente, tal como en agua o en un baño sintético. Después, el tornillo se entibia nuevamente a una fragilidad menor. De preferencia, esta etapa de templadura es controlada de modo que, por ejemplo, las roscas de avance y las primeras tres a cuatro roscas completas están a una dureza mínima Rockwell C56, de preferencia a una profundidad de por lo menos 0.203 mm (0.008 pulgadas), y el alma del sujetador está en una dureza Rockwell C33 a 39. Finalmente, de preferencia se aplica un acabado al sujetador. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La organización y forma de la estructura y operación de la invención, junto con objetos adicionales y ventajas de la misma, pueden entenderse mejor por referencia a la siguiente descripción, tomada junto con los dibujos anexos, donde números de referencia similares identifican elementos similares en los cuales: La Figura 1 es una vista lateral de un tipo de tornillo el cual puede tener una dureza superficial de acuerdo con una modalidad de la presente invención; la Figura 2 es un diagrama en corte transversal parcial del tornillo mostrado en la Figura 1; y la Figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra un método para fabricar un tornillo roscador de dureza superficial, donde el método es de acuerdo con una modalidad de la presente invención. Mientras la presente invención puede ser susceptible a modalidad en diferentes formas, se muestra en los dibujos, y en la presente se describirá en detalle, una modalidad de la misma con el entendimiento de que la presente descripción se considerará una ej emplificación de los principios de la invención y no se pretenderá para limitar a la invención a lo que se ilustra y describe en la presente. Un aspecto de la presente invención se refiere a un sujetador, tal como tornillo roscador, por lo menos una porción de la cual tiene una dureza superficial de HRC 56. Otro aspecto se relaciona con un método para aplicar dureza superficial a un sujetador, tal como un tornillo roscador, de modo que por lo menos una porción del cual tengan una dureza superficial de HRC 56. Mientras el método puede utilizarse junto con un amplio margen de tornillos, la Patente Norteamericana No. 3,935,785 describe un tornillo con el cual un método de acuerdo con una modalidad de la presente invención puede utilizarse, y la patente N785 se incorpora por consiguiente en la presente para referencia en su totalidad. Como se muestra en la patente ?785 y en la Figura 1 de la presente solicitud, el tornillo 10 incluye una cabeza 12 y un fuste 14 roscado que se extiende desde la cabeza 12. Cerca del extremo 16 del tornillo 10, opuesta a la cabeza 12, se encuentra una pluralidad de roscas 18 de avance que ahusan de cierta forma hasta la punta 16 del tornillo 10. Entre las roscas 18 de avance y la cabeza 12 se encuentra una pluralidad de roscas 20 completas, donde el número 22 de referencia identifica la primera rosca completa y el número 24 de referencia identifica la cuarta rosca completa. Más detalles con respecto a la forma y función de este tornillo particular pueden encontrarse en la patente ?785. Sin embargo, un ejemplo de una modalidad preferida, específica de la presente invención proporcionada como se muestra en la Figura 2, donde las roscas 18 de avance así como las tres primeras tres o cuatro roscas completas del tornillo, tienen durezas superficial en una dureza Rockwell de por lo menos HRC 56, a una profundidad (es decir, dimensión 26 identificada en la Figura 2) de por lo menos 0.203 mm (0.008 pulgadas) . De preferencia, el alma del tornillo 10 está en una dureza Rockwell C33 a 39, de modo que el tornillo 10 tiene un alma relativamente dúctil. Como se muestra en la Figura 2, la porción identificada con el número 28 de referencia tiene un área endurecida por inducción mínima en HRC 56 min., mientras la porción identificada con el número 30 de referencia tiene un área de dureza por inducción máxima en HRC 56 min. La porción identificada con el número 32 de referencia es un área endurecida, enfriada bruscamente y entibiada, que tiene una dureza superficial dentro de 3 puntas HRC del alma. La Figura 3 ilustra un método el cual es de acuerdo con una modalidad de la presente invención, y el método puede utilizarse para formar un tornillo 10 roscador tal como se muestra en las Figuras 1 y 2. El método estipula que, por ejemplo, un alambre formado de acero 4037 o una aleación similar se proporciona, y el alambre se estira en una máquina para encabezar en frío. El material puede ser una aleación de acero, análisis de grado AISI C4037 con una composición de: 0.35-0.40 por ciento de carbono; 0.70-0.90 por ciento de manganeso, 0.040 por ciento máximo de azufre; 0.035 por ciento máximo de fósforo; 0.20-0.35 por ciento de silicio y 0.20-0.30 por ciento de molibdeno, normalmente especificado como acero recocido esteroide de grano fino, desoxidado. Desde luego, otro material puede utilizarse mientras que quede totalmente dentro del alcance de la presente invención. Una vez que se completa el encabezado en frío, las roscas se forman en el tornillo. Estas etapas son convencionales y bien conocidas . Una vez que se forma el tornillo, un proceso de tratamiento térmico de acuerdo con una modalidad de la presente invención se realiza. En el proceso de tratamiento térmico, el tornillo se enriquece con carbono utilizando un proceso controlado, en un horno de calidad, de modo que el tornillo obtiene por lo menos un nivel de carbono 0.48. El enriquecimiento con carbono permite que la superficie del sujetador se endurezca mucho más que el material base. Específicamente, el tornillo puede dejarse en el horno durante 90 minutos mientras el horno está en 871.111-926.677 grados Centígrados (1600-1700 grados Fahrenheit). La atmósfera del horno de preferencia es controlada en un potencial de 0.6 a 0.7 por ciento de carbono (sin nitruración) . De preferencia, la profundidad (es decir, la dimensión 26 en la Figura 2) de la zona restaurada con carbono es de por lo menos 0.203 mm (0.008 pulgadas). De preferencia, la dureza superficial después de la templadura (en la temperatura seleccionada para el requerimiento del alma) , no excede la dureza del alma por más de 3 puntas equivalentes Rockwell C (30 Vickers) . Un incremento de la dureza superficial equivalente de 1 a 2 Rockwell C (10-20 Vickers) puede ser un objetivo en la selección de parámetros del horno. Un probador de microdureza puede emplearse para medir la dureza y profundidad de la zona restaurada de carbono, para poder ayudar a establecer los parámetros del horno . Una vez que el tornillo se enriquece con carbono, el tronillo se enfria bruscamente, tal como en aceite en 60-71.111 grados Centígrados (140-160 grados Fahrenheit). Después del enfriamiento brusco, el tornillo se entibia, tal como durante 90 minutos a una temperatura de 454.444-510 grados Centígrados (850-950 grados Fahrenheit), para poder reducir la fragilidad y permitir un alma más dúctil en el sujetador. De preferencia, esta etapa es controlada de modo que la dureza superficial no excede la dureza del alma por más de 3 puntas Rockwell C. En esta punta, de preferencia, la superficie y el alma del sujetador están a una dureza Rockwell C33 a 39. Subsecuente, la punta del tornillo, tal como las roscas 18 de avance y las primeras tres a cuatro roscas completas, se endurece por inducción, donde las roscas de avance del sujetador se alimentan momentáneamente en la influencia de un campo eléctrico tal como para calentar por inducción las roscas a la temperatura de endurecimiento (aproximadamente 898.889-954.444 grados Centígrados (1650-1750 grados Fahrenheit ) ) . El tornillo después de esto se enfría bruscamente en forma inmediata, tal como en una aspersión de agua o viz a viz un baño sintético. Subsecuentemente, el tornillo se entibia, tal como a 148.889 grados Centígrados (300 grados Fahrenheit) durante un mínimo de una hora, para poder reducir la fragilidad. Esta etapa de templadura junto con la etapa de enriquecimiento con carbono previa de preferencia se combina efectivamente para permitir que las roscas de avance y las primeras tres a cuatro roscas completas estén en una dureza mínima de Rockwell C56, de preferencia una profundidad de por lo menos 0.203 mm (0.008 pulgadas), y el alma del sujetador está en una dureza Rockwell C33 a 39. Mientras diferentes temperaturas de templadura y duraciones pueden utilizarse, de preferencia la temperatura es lo suficientemente baja para mantener la punta en una dureza mínima de Rockwell C56. Finalmente, de preferencia se aplica un acabado al sujetador.

Un aspecto de la presente invención proporciona un sujetador en por lo menos una porción de la cual tiene una dureza superficial mínima de 56 HRC. Por ejemplo, el sujetador podría ser un tornillo roscador tal como se muestra en la Patente Norteamericana No. 3,935,785, donde las roscas de avance y las primeras tres o cuatro roscas completas c tienen una dureza superficial mínima de 56 HRC. Como tal, el tornillo puede utilizarse para formar en frío las roscas en una pieza de trabajo que tiene una dureza que excede 23 HRC, tal como el material HSLA o cualquier otro material que tenga una dureza de 40 HRC o más. Otro aspecto de la presente invención proporciona un método para aplicar dureza superficial por lo menos en una porción del sujetador, tal como el tornillo roscador mostrado en la Patente Norteamericana No. 3,935,785, de modo que por lo menos una porción del tornillo tiene una dureza superficial mínima de 56 HRC. Por ejemplo, las roscas de avance y las primeras tres o cuatro roscas completas tienen una dureza superficial mínima de 56 HRC, por lo que el tornillo puede utilizarse para formar en frío roscas en una pieza de trabajo que tiene una dureza que excede 23 HRC, tal como el material HSLA o cualquier otro material que tenga una dureza de 40 HRC o más. Aún otro aspecto de la presente invención proporciona un producto mediante el proceso, específicamente un sujetador formado al utilizar el proceso descrito en lo anterior . Mientas modalidades de la presente invención se muestran y describen, se visualiza que aquellos con experiencia en la técnica pueden visualizar varias modificaciones de la presente invención sin apartarse del espíritu y alcance de la descripción. Por ejemplo, mientras se describe en lo anterior que la dureza superficial puede efectuarse con respecto a las roscas de avance y las primeras tres o cuatro roscas de avance, la dureza superficial puede implementarse con respecto a más o menos roscas mientras permanecen completamente dentro del alcance de la presente invención. Adicionalmente, mientras la descripción anterior específicamente discute el material HSLA, la presente invención puede utilizarse para formar roscas en otro material además del material HSLA.

Claims

REIVINDICACIONES 1. Un tornillo roscador configurado para formar en frío roscas en una pieza de trabajo que tiene una dureza superficial que excede HRC 23, el tornillo roscador caracterizado por una cabeza y un fuste roscado que se extiende desde la cabeza, donde por lo menos algunas de las roscas del fuste tienen una dureza superficial de por lo menos HRC 56, por lo que permite que el tornillo roscador se utilice para formar en frió roscas en la pieza de trabajo que tiene una dureza superficial que excede HRC 23. 2. El tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fuste roscado comprende roscas de avance cerca de un extremo del tornillo, opuestas a la cabeza. 3. El tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque las roscas de avance se ahusan al extremo del tornillo. 4. El tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque una pluralidad de roscas completas en el fuste roscado, dispuestas entre las roscas de avance y la cabeza del tornillo. 5. El tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque las roscas de avance y por lo menos tres de las roscas completas del tornillo tienen una dureza superficial de por lo menos HRC 56, una profundidad de por lo menos 0.203 IM (0.008 pulgadas). 6. El tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque un alma del tornillo tiene una dureza en el margen de Rockwell C33 a 39. 7. El tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque una primera porción del tornillo cerca del extremo del tornillo, tiene un área endurecida por inducción mínima en HRC 56 min., y una segunda porción del tornillo tiene un área endurecida por inducción máxima en HRC 56 min. 8. El tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque una tercera porción de tornillo tiene una dureza superficial dentro de 3 puntas HRC del alma. 9. Un método para formar un tornillo roscador el cual se configura para formar en frío roscas en una pieza de trabajo que tiene una dureza superficial que excede HRC 23, el método caracterizado al proporcionar un alambre formado de acero; estirar el alambre en una máquina de encabezado en frío; formar las roscas en el alambre para formar un tornillo; realizar un proceso de tratamiento térmico en el tornillo, al enriquecer con carbono el tornillo, y las roscas de avance de endurecimiento por inducción y por lo menos tres roscas completas del tornillo, de modo que el tornillo roscador tiene una cabeza y fuste roscado que se extiende desde la cabeza, y por lo menos algunas de las roscas del fuste tengan una dureza superficial de por lo menos HRC 56. 10. El método para formar un tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque al enfriar bruscamente y entibiar el tornillo después del enriquecimiento con carbono, el tornillo y antes de la inducción endurecen las roscas de avance y por lo menos tres roscas completas del tornillo. 11. El método para formar un tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque al enfriar bruscamente y entibiar el tornillo después de la inducción, endurece las roscas de avance y por lo menos tres roscas completas del tornillo. 12. El método para formar un tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la etapa de enriquecimiento con carbono, el tornillo comprende dejar el tornillo en un horno durante 90 minutos mientras el horno está a 871.111-926.667 grados Centígrados (1600-1700 grados Fahrenheit) mientras controla la atmósfera del horno en un potencial de 0.6 a 0.7% de carbono, donde una profundidad de una zona restaurada con carbono del tornillo es de por lo menos 0.203 mm (0.008 pulgadas) . 13. El método para formar un tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque por el enfriamiento brusco y el entibiado del tornillo después del enriquecimiento con carbono, el tornillo y antes de la inducción endurecen las roscas de avance y por lo menos tres roscas completas del tornillo, en donde la etapa de enfriar bruscamente el tornillo comprende enfriar bruscamente el tornillo en aceite en 60-71.111 grados Centígrados (140-160 grados Fahrenheit) . 14. El método para formar un tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el enfriamiento brusco y el entibiado del tornillo después del enriquecimiento con carbono del tornillo y antes de la inducción, endurecen las roscas de avance y por lo menos tres roscas completas del tornillo, donde la etapa de entibiar el tornillo comprende entibiar el tornillo durante 90 minutos a una temperatura de 454.444-510 grados Centígrados (850-950 grados Fahrenheit) , donde la dureza superficial del tornillo no excede la dureza del alma por más de 13 puntas Rockwell C, donde la superficie y el alma del tornillo están en una dureza Rockwell C33 a 39. 15. El método para formar un tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la etapa de endurecimiento por inducción de las roscas de avance y por lo menos cuatro roscas completas del tornillo comprende alimentar momentáneamente el tornillo en la influencia de un campo eléctrico de forma tal que caliente por inducción las roscas en una temperatura de endurecimiento de 898.889- 954.444 grados Centígrados (1650-1750 grados Fahrenheit). 16. El método para formar un tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el enfriamiento brusco y el entibiado del tornillo después del endurecimiento por inducción de las roscas de avance y por lo menos tres roscas completas del tornillo, donde la etapa de entibiado comprende entibiar el tornillo en 148.889 grados Centígrados (300 grados Fahrenheit) durante un mínimo de 1 hora, bajando por consiguiente una fragilidad del tornillo, donde la etapa de entibiado y la etapa de enriquecimiento con carbono permiten que las roscas de avance y por lo menos las primeras tres roscas completas estén en una dureza mínima Rockwell C56, a una profundidad de por lo menos 0.203 mm (0.008 pulgadas), y el alma del sujetador esté en una dureza Rockwell C33 a 39. 17. El método para formar un tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque el enfriamiento brusco y el entibiado del tornillo después del endurecimiento por inducción de las roscas de avance y por lo menos tres roscas del tornillo, donde la etapa de entibiado y la etapa de enriquecimiento con carbono permiten que las roscas de avance y por lo menos tres de las primeras roscas completas estén en una dureza Rockwell 656 mínima, a una profundidad de por lo menos 0.203 mm (0.008 pulgadas), y el alma del sujetador está en una dureza Rockwell C33 a 39. 18. El método para formar un tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque al proporcionar el alambre comprende un acero de aleación, análisis de grado AISI C4037, con una composición de: 0.35-0.40 por ciento de carbono; 0.70-0.90 por ciento de manganeso, 0.040 por ciento máximo de azufre; 0.035 por ciento máximo de fósforo; 0.20-0.35 por ciento de silicio y 0.20-0.30 por ciento de molibdeno. 19. El método para formar un tornillo roscador de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la etapa de enriquecimiento con carbono del tornillo comprende enriquecer con carbono el tornillo de modo que el tornillo obtenga por lo menos un nivel de carbono de 0.48.