MX2012004567A - Sujetador de perno de remache. - Google Patents

Abstract

Se forma un sujetador tipo remache al crear simultáneamente una entalladura durante el mismo forjado que crea la cabeza y el desplazador del sujetador. Un preforma de sujetador se comprime de extremo a extremo entre los troqueles superior e inferior mediante lo cual la compresión axial de la preforma ocasiona el combado hacia afuera del vástago en su línea media. Simultáneamente, se forma un punto de extremo ahusado y una banda de interferencia tangencial proporcionada por una protuberancia de forma curvilínea en el vástago. A medida que se forma la protuberancia se crea .una entalladura entre la protuberancia y un reborde que se extiende hacia abajo desde la cabeza del sujetador. Este método de formación y el sujetador producido mediante el mismo son particularmente adecuados para la fabricación de pequeños pernos de remache que tienen un diámetro en el rango de 1.0 mm.

Description

SUJETADOR DE PERNO DE REMACHE SOLICITUD RELACIONADA Esta solicitud de patente se refiere a la solicitud de patente provisional serie número 61/254,467 titulada "Clinch Pin Fastener" (Sujetador de perno de remache) presentada el 23 de octubre de 2009, de la cual se reivindica, la prioridad mediante la presente .

CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a sujetadores que se unen a paneles metálicos por medio del flujo en frío del material de panel alrededor del sujetador. Este tipo de sujetador se refiere generalmente como un sujetador tipo remache .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los sujetadores de remache se retienen en las placas en las cuales se instalan mediante una característica desplazadora del sujetador seguida por una entalladura directamente debajo del mismo. Cuando se presiona en un orificio de tamaño apropiado, el metal del borde del orificio se fuerza por el desplazador para fluir hacia la entalladura alrededor de la circunferencia del sujetador. Cuando se fabrica un pasador remachado o tipo remache, típicamente se forjan una cabeza y un desplazador en una preforma de perno. Después la entalladura se lamina en la parte, en una operación secundaria. Frecuentemente, al mismo tiempo las roscas se laminan sobre el cuerpo del perno. Cuando no son necesarias las roscas, la entalladura aún requiere la operación secundaria, lo cual también incurre en el costo adicional de limpiar la parte. En consecuencia, existe la necesidad en la técnica de formar un sujetador tipo remache que incluya todas las características operativas necesarias sin que se requiera una operación secundaria.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN A fin de satisfacer la necesidad antes descrita en la técnica, la presente invención elimina las operaciones secundarias de formación de un sujetador tipo remache creando una entalladura durante la misma operación de forjado que crea la cabeza y el desplazador. Otras características que se forman en el presente sujetador al mismo tiempo que la entalladura, son un punto ahusado y una banda de interferencia tangencial proporcionada por una protuberancia de forma curvilínea en el vastago. La configuración de estos elementos de acuerdo con la presente invención es de primordial importancia para sujetar pernos en el rango de 1 milímetro de diámetro debido a que las características de remachado muy pequeñas requieren mantener una muy estrecha tolerancia para el diámetro y la altura del desplazador así como para el diámetro de la entalladura y los diámetros del vástago. El presente perno de remachado descrito en la presente incluye una banda de interferencia tangencial y un punto ahusado que operan juntos para guiar la parte a través de un orificio de diámetro muy pequeño en la placa unida mientras crea un ligero ajuste con apriete entre el orificio y el sujetador solamente en el diámetro de la banda de interferencia. Esto crea tensiones mínimas en la placa mientras elimina cualquier tolerancia entre la pared interior del orificio y el diámetro exterior del perno de remache.

Más específicamente, el solicitante ha inventado un sujetador metálico unitario que tiene la cabeza más superior que es el diámetro más grande del sujetador. Un reborde se extiende axialmente hacia abajo inmediatamente bajo la cabeza e incluye una superficie desplazadora inferior anular para desplazar el material en el cual se instala el sujetador. Un vástago en forma de barril se encuentra ubicado inmediatamente bajo la superficie desplazadora y forma el límite superior de una entalladura ubicada en la unión del vástago y el reborde. Una superficie arqueada ahusada divergente hacia afuera de una porción superior del vástago se extiende hacia abajo desde la entalladura. El vástago en forma de barril tiene una protuberancia en la línea media que forma una banda de interferencia a lo largo de la superficie del vástago y que es el diámetro más grande del vástago. Extendiéndose hacia abajo desde la banda de interferencia se encuentra una superficie convergentemente ahusada del vástago que se extiende hacia abajo hacia un extremo inferior del suj etador .

El método para formar el sujetador antes descrito comprende el forjado en frío de un preforma de sujetador que tiene una cabeza, un reborde y un vastago de diámetro reducido. La preforma está comprimida de extremo a extremo entre un troquel superior y un troquel inferior mediante lo cual la compresión axial de la preforma ocasiona el abultamiento hacia afuera del vástago en su línea media. Continúa la compresión hasta forman una entalladura entre la superficie anular del reborde y la protuberancia. El troquel inferior incluye una cavidad en forma de cono que tiene un ángulo de superficie lateral divergente de 30° y una superficie de presión inferior que incluye una proyección centrada que se extiende hacia arriba. La longitud del vástago de la preforma de sujetador se encuentra dentro de un rango seleccionado de relación de esbeltez de tal manera que dicho sujetador se abulta cuando se forma y no se deforma durante la etapa de compresión de la preforma de sujetador.

En una modalidad, la presente invención se utiliza para formar un ensamblaje de partes que incluye un panel que tiene una abertura y una placa ubicada en relación frente a frente con el panel. La placa tiene una abertura en alineación con la abertura del panel . El vástago del sujetador se fija rígidamente a la placa por medio del flujo en frío del material de la placa hacia la entalladura ocasionado al presionar la superficie desplazadora · del reborde contra la placa a medida que dicho sujetador pasa a través de dicha abertura de panel y hacia la abertura de la placa .

Como tal, los expertos en la técnica apreciarán que la concepción sobre la cual se basa esta descripción puede utilizarse fácilmente como base para el diseño de otras estructuras, métodos y sistemas para llevar a cabo los diversos propósitos de la presente invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una- vista isométrica inferior derecha del sujetador de remache de la invención.

La Figura 2 es una vista diagramática en dos partes de la operación de forjado utilizada para crear la invención.

La Figura 3 es una vista seccional lateral en dos partes que muestra la secuencia antes y después de la instalación de la invención.

La Figura 4 comprende una vista seccional en elevación frontal en dos partes de la invención que muestra una secuencia de instalación.

DESCRIPCIÓN DE LA MODALIDAD PREFERIDA Con referencia ahora a la Figura 1, el presente perno de remache es una parte metálica forjada que tiene una cabeza 11, un reborde desplazador 13 y una entalladura 15 que recibe un flujo en frío de metal de la placa en la cual se presiona la parte. Éste incluye además una punta ahusada 16 y una banda de interferencia circunferencial 18 a lo largo del diámetro más grande de su vástago en forma de barril . Como se describirá adicionalmente más adelante, todas las características de este perno se crean en una operación de formación. Típicamente, esta parte se utiliza para sujetar dos hojas de material entre sí. Un panel superior puede estar cautivo debajo de la cabeza del perno mientras que el cuerpo del perno se remacha en la placa inferior.

Ahora con referencia a la Figura 2, el presente sujetador se forma utilizando equipo de forjado en frío muy conocido que incluye un troquel superior 21 y un troquel inferior 23 como se muestra. La cabeza y el desplazador se forman primero como en cualquier operación de formación de cabeza para la creación de un perno o tornillo estándar. Como se muestra en esta figura, el cuerpo del sujetador se forma entonces comprimiendo el perno entre su cabeza y la punta. El troquel inferior 23 incluye una herramienta en forma de cono 26 que se utiliza para formar el cuerpo de vástago 25. La herramienta tiene un ángulo incluido de 30 grados para su fácil liberación de la parte. Como se representa en la ilustración inferior, la herramienta de formación se presiona sobre el extremo de la parte ocasionando que ésta forme una protuberancia 18 sobre la herramienta. El diámetro original del perno permanece relativamente constante en la interfaz del perno y el desplazador, que por tanto se convierte en el diámetro 15 menor de la entalladura.

Durante la operación de formación es crítico que el diámetro y la longitud del perno ocasionen que el sujetador se produzca en compresión y no se combe. Se diseña esta condición utilizando la relación de esbeltez: S = Le/r en donde S es la relación de esbeltez, Le es la longitud efectiva de la columna del vastago, y r es el radio de rotación. Para un cilindro simple: r = D/4 en donde D es el diámetro de vástago del perno antes de la forja.

El proceso de formación del perno de unión puede modelarse como una columna con el extremo de cabeza fijado y el extremo libre fijo. Para esta situación: Le = .707 x L en donde L es la longitud real del perno desde abajo de la cabeza hasta el extremo.

La relación crítica de esbeltez se define como: Scr = V(2 x n2 x ?)/(s7) en donde: Scr es la esbeltez crítica E es el módulo de elasticidad para un material dado, y s? es el límite de elasticidad para un material dado.

Se mantiene la longitud del perno de tal manera que su relación de esbeltez "S" sea menor que la relación crítica de esbeltez "Scr" . Esta condición garantiza que el perno se combe cuando se forme y no se deforme durante el proceso.

Un segundo diseño disponible para este perno es la proporción del volumen del desplazador al volumen de la entalladura. Para un máximo desempeño de extracción es mejor llenar completamente la entalladura del sujetador. Para lograr esto, el diámetro y la altura de la porción incrustada del desplazador se ajustan para hacer que la proporción de volumen "VR" del (volumen del desplazador) / (volumen de la entalladura) sea mayor que 1. El volumen del desplazador es un cilindro simple con un orificio en el mismo, y como tal su volumen es fácil de calcular como: disp = (n x h) x (r2 - rh2) , en donde "r" es el radio del desplazador, rh es el radio del orificio de la instalación, y "h" es la altura incrustada del desplazador. La configuración de la entalladura puede aproximarse como un triángulo circulado para calcular su volumen, pero un volumen más preciso puede derivarse utilizando métodos de modelado por gráficas o por computadora. Este método de formación es particularmente adecuado para pequeños pernos de remache que tienen un diámetro en el rango de 1.0 mm.

Refiriéndose ahora a la Figura 3, cuando se forma totalmente el presente perno de remache tiene una cabeza 11, un desplazador 13, una entalladura 15, una banda de interferencia 18 y una punta ahusada 16. El propósito de la cabeza es retener el panel 10 de cualquier material en una placa metálica 12, con mucho de la manera en que la cabeza de un clavo o un tornillo retienen cualquier cosa que esté sujetando. Como se muestra en el lado "posterior" de esta ilustración, el desplazador se coloca directamente debajo de la cabeza del sujetador y consiste de dos secciones. Como se representa en esta figura, la primera sección del desplazador comprende la porción directamente bajo la cabeza hacia el punto en donde se une la placa. Por tanto, existe una porción del desplazador que no se presiona la placa. Esta porción del desplazador permanece dentro del panel superior 10 que se une y esta muy cercanamente a la misma altura que el grosor del panel superior. Como lo representa la ilustración "posterior" , la porción inferior del desplazador 14 es la porción que se presiona en la placa 12 y desplaza el material hacia la entalladura directamente debajo de la misma. El material que fluye hacia la entalladura está atrapado por arriba de la banda de interferencia 18 del sujetador para retener el sujetador en la placa.

Ahora con referencia a la Figura 4, se muestra una aplicación específica en donde el perno de remache de la invención se emplea para unir tres elementos, un panel superior 31, una hoja intermedia 33 y una placa inferior 35. La hoja intermedia 33 se retiene entre el panel superior y la placa inferior cuando el perno se remacha en la placa inferior. La instalación apropiada del presente perno de remache requiere primero de la preparación del panel, la hoja y la placa que van a unirse. La placa inferior 35 debe tener un orificio, en este caso un orificio sin salida 34 que sea igual o ligeramente menor que el diámetro de la banda de interferencia 18 del sujetador. El panel superior 31 debe tener un orificio que sea ligeramente más grande que el diámetro del desplazador 30 y el grosor del panel debe ajustarse a la altura del desplazador.

Este ensamblaje se crea como sigue. Con el panel, la hoja y la placa apropiadamente preparados, la placa inferior 35 se coloca primero sobre un yunque, la hoja y el panel superior se colocan sobre la placa inferior con · los orificios de instalación alineados. La punta ahusada del sujetador 36 se coloca entonces a través del orificio en el panel superior y parcialmente en el orificio 34 en la placa inferior. Finalmente, se utiliza un perforador plano 38 para presionar contra la cabeza 37 del sujetador conduciéndolo hacia abajo dentro del orificio hasta que el lado inferior de la cabeza del sujetador hace contacto con el panel superior 31 como se muestra en la ilustración inferior. La altura del desplazador 30 se dimensiona de tal manera que la entalladura 41 se llene con el flujo en frío del material proveniente de la placa inferior 35 a medida que el lado inferior de la cabeza hace contacto con el panel superior. La fuerza adicional que se carga contra la cabeza después del contacto aprieta adicionalmente la unión.

En consecuencia, lo anterior se considera solamente como ilustrativo de los principios de la invención. Además, ya que a los expertos en la técnica se les ocurrirán fácilmente numerosas modificaciones y cambios, no se desea limitar la invención a la construcción y operación exactas mostradas y descritas, y por consiguiente, puede hacerse uso de todas las modificaciones y equivalentes adecuados, que caigan dentro del alcance de la invención.

Claims (16)

REIVINDICACIONES

1. Un sujetador de metal unitario que comprende: una cabeza más superior, siendo dicha cabeza el diámetro más grande del sujetador; un reborde que se extiende axialmente hacia abajo desde y ubicado inmediatamente debajo de dicha cabeza, incluyendo dicho reborde una superficie desplazadora anular inferior para desplazar el material en el cual se instala dicho sujetador; un vastago uniforme en forma de barril no representado ubicado inmediatamente debajo de dicha superficie desplazadora; una entalladura ubicada en la unión de dicho vástago y dicho reborde, estando dicha entalladura limitada en la parte superior por dicha superficie desplazadora y en la parte inferior por una superficie arqueada ahusada divergente hacia afuera de una porción superior del vástago; y se describe además que la longitud del vástago del sujetador se encuentra dentro de una relación de esbeltez seleccionada menor a V(2 x p2 x E) / (s y) , en donde E es el módulo de elasticidad, y s? es el límite de elasticidad para el material de vástago.

2. El sujetador de la reivindicación 1, en donde dicho vástago en forma de barril incluye además una protuberancia en la línea media sobre la superficie de dicho vástago que tiene una banda de interferencia circunferencial, siendo dicha banda el diámetro más grande de dicho vástago.

3. El sujetador de la reivindicación 2, en donde dicho vástago incluye además una porción inferior convergentemente ahusada que se extiende hacia abajo desde dicha protuberancia hacia un extremo inferior del sujetador.

4. El sujetador de la reivindicación 3, en donde el diámetro de dicha banda de interferencia es menor que el diámetro de dicho reborde .

5. El método de fabricación mediante forjado en frío un sujetador de metal autoestable que comprende: proporcionar un preforma de sujetador que tiene una cabeza, un reborde, un vástago sólido de diámetro reducido y un extremo inferior plano en ese orden de arriba abajo; comprimir de extremo a extremo la preforma de sujetador entre un troquel superior y un troquel inferior, que incluye una cavidad de troquel con una superficie de presión en su parte inferior y una proyección que se extiende hacia arriba orientada coaxialmente con dicho sujetador, mediante lo cual la compresión axial de la preforma ocasiona el combado hacia afuera del vástago en la línea media del mismo y el ahusamiento simultáneo hacia adentro del vástago desde dicha línea media hasta el extremo inferior; y continuar dicha compresión hasta formar una entalladura continuamente entre la protuberancia y el reborde .

6. El método de la reivindicación 5, en donde dicha protuberancia es una superficie arqueada en la parte media de dicho vastago.

7. El método de la reivindicación 5, en donde dicho troquel inferior incluye una cavidad en forma de cono para recibir dicha preforma de sujetador.

8. El método de la reivindicación 7, en donde dicha cavidad en forma de cono tiene un ángulo de la superficie lateral divergente de 30°.

9. El método de la reivindicación 5, en donde la longitud del vastago de la preforma de sujetador se encuentra dentro de un rango de relación de esbeltez seleccionado de tal manera que dicho sujetador se comba cuando se forma y no se deforma durante la etapa de compresión de la preforma de suj etador .

10. Un ensamblaje que incluye el sujetador de la reivindicación 1 que comprende: un panel que tiene una abertura; y una placa localizada en relación frente a frente detrás de dicho panel, teniendo dicha placa una abertura de placa en alineación con la abertura de dicho panel en donde el vástago de dicho sujetador se fija rígidamente a dicha placa por medio del flujo en frío del material de placa en la entalladura causado al presionar dicha superficie desplazadora contra dicho panel a medida que dicho sujetador se pasa a través de dicha abertura de panel y después hacia dicha abertura de placa.

11. El ensamblaje de la reivindicación 10, en donde dicha protuberancia del vástago de sujetador proporciona un ajuste con apriete con dicha placa.

12. El ensamblaje de la reivindicación 10, en donde dicha abertura de placa es un orificio sin salida.

13. El ensamblaje de la reivindicación 11, en donde el ajuste con apriete es entre la banda de interferencia sobre dicha protuberancia del vástago y una pared interior de dicha abertura de placa.

14. El método de fabricación mediante forjado en frío de un sujetador de metal autoestable que comprende: proporcionar un preforma de sujetador que tiene una cabeza, un reborde, un vástago sólido de diámetro reducido y un extremo inferior plano en ese orden de arriba abajo; comprimir de extremo a extremo la preforma de sujetador entre un troquel superior y un troquel inferior, mediante lo cual la compresión axial de la preforma ocasiona el combado hacia afuera del vástago en la línea media del mismo y el ahusamiento simultáneo hacia adentro del vástago desde dicha línea media hasta el extremo inferior; y continuar dicha compresión hasta formar una entalladura continuamente entre la protuberancia y el reborde. Estando la preforma de sujetador dentro de una relación de esbeltez seleccionada menor a V(2 x p2 x E)/(0y), en donde E es el módulo de elasticidad, y 0y es el límite de elasticidad para el material de la preforma, de tal manera que dicho sujetador se comba cuando se forma y no se deforma durante la etapa de compresión de la preforma de sujetador.

15. El método de la reivindicación 5, en donde dicha cavidad de troquel inferior incluye una superficie de presión circular en su parte inferior y una proyección que se extiende hacia arriba orientada coaxialmente con dicha preforma de sujetador.

16. El método de la reivindicación 15, en donde el sujetador es un perno de remache que tiene un diámetro de aproximadamente 1.0 mm .