ES2224727T3 - Los medios de union autorroscantes que forman roscas mejorados y un perno para esto. - Google Patents

Abstract

Un medio de unión de tornillo autorroscante (100, 200) con roscas autorroscantes (120 -128, 220 -228), comprendiendo: (a) una porción de cabeza (102, 202) y una porción de punta (106, 210); (b) una sección transversal principal no circular (150) con un eje (112) y una pluralidad de lóbulos radiales (154) y porciones de valle (158) entre los lóbulos radiales, teniendo dicha sección transversal (150) un atributo K no redonda el cual es una diferencia entre una dimensión radial máxima desde el eje (112) hasta una cima de un lóbulo radial (154) y una segunda dimensión radial menor desde el eje (112) hasta la más baja porción de valle (158); (c) Un paso `P¿ el cual es una distancia axial entre regiones correspondientes de roscas consecutivos (120), (d) Una porción del cuerpo principal (104, 204) del tornillo medio de unión autorroscante adyacente a la porción de cabeza (102, 202) y siendo de un diámetro predeterminado; (e) Una sección roscada ahusada (108, 206) adyacente a la porción de punta (106, 210) y de diámetro que ahusa en forma decreciente desde dicho diámetro predeterminado hacia dicha porción de punta; (f) Un primer valor de K=K1 para la porción del cuerpo principal (104, 204), y un segundo valor de K=K2 para la sección roscada ahusada (108, 206), en la cual K2>K1; (g) Una sección roscada adicional (110, 208) ubicada entre la porción del cuerpo principal (104, 204) y la sección roscada ahusada, y siendo de una longitud axial (LA, L1A) dando cabida a por lo menos un rosca (162, 230), dicha sección adicional roscada (110, 208) teniendo el mismo diámetro predeterminado al de dicha porción del cuerpo principal (104, 204) y teniendo un tercer valor de K=K3 donde K3>K1.

Description

Los medios de unión autorroscantes que forman roscas mejorados y un perno para esto.

Campo de la invención

Este invento se refiere a uniones roscadas y más particularmente a los medios de unión autorroscantes que forman roscas internamente usando un proceso de laminado.

Antecedentes de la invención

Los medios de unión autorroscantes que forman roscas por medio de la deformación con un patrón de rosca dentro de un agujero piloto, han llegado a ser cada vez más populares. Hay muchas ventajas en el uso de roscas laminadas en vez de los de diseño de roscas cortadas más tradicionales.

Un estilo muy exitoso de rosca laminada es el del medio de unión múltiple-lobulado mostrado por ejemplo, en Phipard, en las patentes de EE.UU. Números 3.195.156 y 3.918.345. Tales medios de unión son disponibles a partir de una variedad de orígenes llevando la marca registrada TRILOBULAR, ya que tienen un diseño de perno de formación de rosca de tres lóbulos.

Las Figuras 1 - 5 ilustran un perno convencional de formación de rosca tri-lobulado 10 y un medio de unión resultante (21) de acuerdo al estado de la técnica (EE.UU.: A 4042342). En la manufactura de un medio de unión roscado, se prevé primero un perno 10 con una cabeza 12, como se detalla. La cabeza 12, en este ejemplo, es una arandela de cabeza hexagonal de diseño normalizado. Sin embargo puede ser moldeada cualquier otra configuración de la cabeza que permita la introducción del medio de unión de una manera rotacional alrededor de un eje central 14. La cabeza es formada golpeando el extremo de un segmento recto de "alambre" liso usando estampas de cabezal que lo fuerza a deformarse en un extremo del alambre metálico hecho de acero u otro metal duro. Como va a ser descrito un poco mas un troquel de cabezal deforma una sección especializada ahusada formadora de rosca y de estabilización en el extremo opuesto ("la punta") de la varilla. El alambre, en el momento de la formación de la cabeza y de la punta, generalmente ya tiene una sección transversal lobulada 16 como se pone de manifiesto en la Figura 3. Cada lóbulo 18 es, en esencia, una formación "no redonda". En otras palabras, los lóbulos presentan una sección transversal excéntrica con respecto a la que de otra manera es de forma redonda. En efecto, el formación del perno, antes de la formación de la cabeza involucra el estirado de un alambre de sección transversal redonda a través de una matriz hembra lobulada para crear el cuerpo ilustrado fuera de lo redondo sobre el cuerpo principal del perno (10). El elemento liso con cabeza 10 es pasado entre un par de troqueles de formación para formar sobre él un conjunto de roscas externos 22 detallados en general en la Figura 4. Estos roscas exhiben la característica forma no redonda del perno. En general, los ápices externos 24 de cada rosca están ubicados con un diámetro externo más grande que el del perno original, ya que el material ha sido desplazado desde las depresiones de los roscas 26 hacia afuera en predeterminadas ubicaciones para formar cada ápice.

Todos los roscas tienen un paso y diámetro característicos. Debido a la forma lobulada de los roscas, la distancia radial desde el eje 14 va variando alrededor de la circunferencia. En general los medios de unión de forma lobular están provistos de diámetros y pasos normalizados, pero los lóbulos tienden a tener diámetros ligeramente más grandes que el de un rosca normalizada. Esto permite a los lóbulos conformarse con seguridad correspondientemente con los roscas internos a medida que es introducido el medio de unión autorroscante en el interior de un agujero piloto de tamaño apropiado para formar los roscas internas.

En otras palabras, a medida que el medio de unión 21 (Figuras 4 y 5) es girado en el sentido de las agujas del reloj, los lóbulos engranan en la pared interior del agujero piloto (no mostrado) y comienzan a desplazar material dentro del agujero piloto. El medio de unión roscado 21 está provisto de una zona específica de estabilización 30 teniendo roscas de estabilización 32, y una zona de formación de rosca 33 con roscas correspondientes formadoras de rosca 34 correspondientes. La zona de estabilización 30 como se detalla en las Figuras 1 y 2 tiene un diámetro reducido, permitiéndole ajustarse dentro de un agujero piloto no roscado de una manera relativamente perpendicular. La zona de formación de rosca 33 tiene forma ahusada inclinada con un diámetro que aumenta linealmente entre la zona de estabilización y la de diámetro pleno del cuerpo principal 20. Observe que la zona de estabilización de rosca 30 tiene una sección mas alta no redonda que la del cuerpo principal 20. Esto está claro en la vista desde el extremo de la Fig. 2. La zona de formación de rosca 33 también tiene una configuración más alta no redonda que la de diámetro pleno del cuerpo principal 20. En un ejemplo la forma no redonda de la zona de formación de rosca gradualmente ahusa hacia atrás desde la más grande no redonda adyacente a la zona de estabilización hacia la más baja no redonda que define el diámetro pleno del cuerpo principal 20. Y en otro ejemplo preferido habitualmente, la zona de formación de rosca puede definir un perfil aproximadamente constante de configuración alta no redonda a lo largo de su completa longitud axial, que hace transición por pasos en cuerpo principal dentro de la característica baja no redonda. En relación con uno y otro ejemplo, obsérvese la diferencia entre la forma alta no redonda en el extremo de la sección de estabilización (Fig. 2) y la sección transversal en el cuerpo principal (Fig. 3).

A medida que un medio de unión es introducido dentro de un agujero piloto sin roscar, los roscas de la zona de formación de rosca 34 se encuentran inicialmente con los costados del agujero. Estos roscas presentan un diámetro externo creciente y una configuración mas alta no redonda. Así los lóbulos son capaces de aplicar una presión gradualmente creciente, para la formación de la rosca, al agujero piloto hasta que cada rosca interno formado es contactado por el primer rosca de diámetro pleno 40. Esta primera rosca de diámetro pleno 40 tiene el perfil no redondo del resto del cuerpo principal. Él provee la formación final de cada rosca en el agujero piloto hacia la forma deseada.

En general, para conformar propiamente un rosca se requiere varios "golpes" de estampa de los lóbulos subyacentes del medio de unión. Este proceso es, en esencia, similar al formación de una forma en un metal dúctil hecha por el martillo de un herrero. Para completar el proceso es necesario conformar un número suficiente de roscas. Para hacer que el proceso vaya más rápido, es deseable una configuración alta no redonda la cual concentra la fuerza de los golpes. El uso de una configuración alta no redonda de los roscas de diámetro pleno dentro del principal, reduce sustancialmente la intensidad del momento de torsión que debe ser aplicado para formar los roscas. Sin embargo, este momento de torsión bajo se paga caro, ya que resulta en menor material restante en contacto con los roscas internos una vez que se han formado. De aquí es más probable que ocurran fallas en tal sistema medio de unión. Tal falla, en general, fractura, resulta de una fuerza de tracción axial o, cuando se usan tuercas más gruesas. También, ya que el área de la sección transversal del medio de unión varía con el cuadrado del radio, el uso de una configuración más alta no redonda de la sección transversal resulta en una significativa reducción del área de la sección transversal, la cual disminuye la tensión límite de falla del medio de unión. De aquí que los tornillos autorroscantes generalmente usen una dimensión no redonda que es un compromiso entre el valor óptimo para la eficiencia del formación de rosca y el valor óptimo para la resistencia a la rotura.

Los intentos anteriores para equilibrar una sección deseada más alta no redonda con la resistencia al fallo están descritos en la patente de EE.UU. Nº 4040328 para Muenchinger. Esta patente provee un punto de zona ahusada sobre el medio de unión con roscas de estabilización que tienen una sección mas alta no redonda que la del cuerpo del medio de unión. Sin embargo, el no redondeo de los roscas de estabilización es, en efecto, significativamente mayor que el de los roscas de formación pleno. Esta es una estructura menos eficiente, ya que los roscas de estabilización y de formación de rosca están cargados con virtualmente todo el trabajo de formación, mientras que el primer rosca de diámetro pleno tiene la sección mas baja no redonda, lo cual es ineficiente para el propósito de la formación de rosca.

Es por lo tanto un objetivo de este invento proveer un perno medio de unión, y medio de unión internamente roscado formado a partir del mismo que muestre un par de formación de rosca relativamente bajo, y que a la vez mantenga en el uso buena resistencia a la rotura, en compromiso con una tuerca u otro agujero roscado.

Resumen de la invención

Este invento supera las desventajas del estado de la técnica al proveer un perno, y un medio de unión correspondiente con una sección transversal que define una serie de lóbulos, y que tiene una sección axial adicional conformadora de rosca entre la sección ahusada lobulada formadora de rosca y el cuerpo principal lobulado de diámetro pleno del perno. Esta sección adicional formadora de rosca es también sustancialmente de diámetro pleno y muestra una sección transversal de lóbulos con unos roscas de forma más alta no redonda que aquellos del cuerpo principal del perno. La sección adicional de formación de rosca tiene una longitud axial de aproximadamente un paso de rosca, proveyendo de ese modo un rosca adicional de diámetro pleno de forma alta no redonda hacia delante de (en una dirección de la cabeza a la punta) los roscas del cuerpo principal. Los lóbulos del rosca adicional formador de rosca están ubicados en un diámetro pleno al igual que los roscas adyacentes del cuerpo principal, pero tienen una presión de contacto más alta debido a que hay menos material en contacto con los roscas internos que están siendo conformados. Y así el rosca adicional de diámetro pleno formador de rosca aplica mas presión para la formación de rosca que la que podría ser aplicada por un rosca convencional del cuerpo principal en la misma posición axial.

El invento en su forma amplia reside en un tornillo virgen autorroscante y en un tornillo medio de unión autorroscante con roscas autorroscantes y del tipo de tener una porción de cabeza y una porción de punta; una sección transversal principal no circular con un eje y una pluralidad de lóbulos radiales y porciones de valles entre los lóbulos radiales, dicha sección transversal teniendo un atributo K no redonda el cual es una diferencia entre la dimensión radial máxima desde el eje a un pico de un lóbulo radial y una segunda dimensión radial menor desde el eje hasta la porción más baja de la porción de valle; un paso "P" el cual es una distancia axial entre regiones correspondientes de roscas consecutivos; una porción del cuerpo principal del tornillo autorroscante adyacente a la porción de la cabeza y siendo de un diámetro predeterminado; una sección ahusada formadora de rosca adyacente a la porción de la punta y de diámetro que ahusa adelgazándose desde dicho diámetro predeterminado hacia dicha porción de la punta con un primer valor K predeterminado para la porción del cuerpo principal, y un segundo valor de K para la sección ahusada formadora de rosca, siendo dicho segundo valor de K más grande que dicho primer valor predeterminado de K, una mejora comprendiendo una sección adicional formadora de rosca ubicada entre la porción del cuerpo principal y la sección ahusada formadora de rosca, y siendo de longitud axial capaz de dar cabida para por lo menos un rosca, teniendo dicha sección adicional formadora de rosca el mismo diámetro predeterminado al de dicha porción de cuerpo principal y teniendo sustancialmente el mismo valor de K que el de la sección ahusada conformadora de rosca.

El invento también enseña un método de conformar un perno medio de unión roscado usando un troquel de cabezal siendo el perno liso del tipo de tener (i) una porción de cabeza y porción de punta, (ii) una sección transversal no circular con un eje y una pluralidad de lóbulos radiales espaciados circunferencialmente y porciones de valles entre los lóbulos radiales, dicha sección transversal no circulares teniendo un atributo K no redonda el cual es una diferencia entre una primera dimensión radial máxima medida desde el eje al pico de un lóbulo radial y una segunda dimensión radial menor medida desde el eje a la mas baja porción de valle, dicho método comprendiendo el uso de una cavidad de troquel de formación incluyendo paredes para conformar una porción de cuerpo principal del tornillo medio de unión virgen adyacente a la porción de cabeza y siendo de un diámetro predeterminado; una sección ahusada formadora de rosca adyacente a la porción de punta y de un diámetro que ahusa adelgazándose desde dicho diámetro predeterminado hacia dicha porción de punta; teniendo dicha cavidad del troquel un primer valor predeterminado de K para la porción del cuerpo principal, y un segundo valor de K para la sección ahusada de formación de rosca, siendo dicho segundo valor de K más grande que dicho primer valor predeterminado de K, dicha cavidad de troquel incluyendo una sección adicional formadora de rosca ubicada entre la porción del cuerpo principal y la sección ahusada de formación de rosca y siendo de longitud axial capaz de tener cabida para por lo menos un rosca, dicha sección adicional de formación de rosca teniendo el mismo diámetro predeterminado al de dicha porción de cuerpo principal y teniendo sustancialmente el mismo valor de K que en la sección ahusada de formación de rosca, incluyendo en el método el paso de usar una posición selectiva de una espiga de golpeteo que detiene el movimiento lineal del perno más allá de un predeterminado punto axial durante el formación, siendo la espiga de golpeteo construida y colocada para dejar al descubierto selectivamente y revelar una sección de formación de estabilización de la cavidad del troquel de formación axialmente en dirección hacia delante de una parte de la cavidad del troquel que moldea la sección ahusada de formación de rosca, la sección de estabilización de formación de la cavidad del troquel siendo construida y colocada para conformar una sección lisa de estabilización con un diámetro máximo de lóbulo de estabilización más bajo que el diámetro máximo del lóbulo del cuerpo principal.

También se enseña en esta sobre un perno medio de unión que tiene una sección transversal tomada a través de un eje, que define por lo menos tres lóbulos y tres valles entre ellos, teniendo los lóbulos un diámetro máximo de lóbulo con respecto al eje y los valles teniendo un diámetro máximo de valle con respecto al eje, siendo el diámetro máximo de lóbulo más grande que el diámetro máximo del valle, y una relación entre ellos siendo definida por una dimensión no redonda, el perno comprendiendo una sección del cuerpo principal extendiéndose en una dirección axial desde una cabeza de accionamiento hacia la punta, teniendo la sección del cuerpo principal valles del cuerpo principal con un valle del cuerpo principal de diámetro máximo y lóbulos del cuerpo principal con un diámetro máximo de lóbulo del cuerpo principal y definiendo entre ellos una sección del cuerpo principal de dimensión no redonda; una sección ahusada formadora de rosca ubicada hacia delante, tomada en la dirección axial hacia la punta, de la sección del cuerpo principal, teniendo la sección ahusada formadora de rosca, en cada punto axial a lo largo, sección ahusada de valles de formación de rosca con un diámetro máximo de valle ahusado de formación de rosca y lóbulos de valle ahusados formadores de rosca con un diámetro máximo ahusado de lóbulo formador de rosca y definiendo entre ellos una sección ahusada formadora de rosca de dimensión no redonda, la dimensión no redonda de la sección del cuerpo principal siendo más baja que la dimensión no redonda de la sección ahusada formadora de rosca; y una sección formadora de rosca de diámetro pleno ubicada axialmente entre la sección del cuerpo principal y la sección ahusada formadora de rosca, teniendo la sección formadora de rosca de diámetro pleno valles de diámetro pleno de la sección de formación de rosca con un diámetro máximo de valle formador de rosca de diámetro pleno y lóbulos de valle formadores de rosca de diámetro pleno con un diámetro máximo de lóbulo formador de rosca de diámetro pleno y definiendo entre ellos una sección formadora de rosca de diámetro pleno de dimensión no redonda en donde el diámetro máximo del lóbulo formador de rosca de diámetro pleno es aproximadamente igual al diámetro máximo del lóbulo del cuerpo principal y la dimensión no redonda formadora de rosca de diámetro pleno es más alta que la dimensión no redonda del cuerpo principal, por lo cual los lóbulos de la sección formadora de rosca de diámetro pleno ejerce una más alta presión formadora de rosca que los lóbulos de la sección del cuerpo principal.

En una materialización alternativa, el perno puede incluir la sección más alta no redonda arriba descrita sobre un perno que incluye una sección ahusada, pero no una sección sustancial de estabilización hacia delante de esta. En cada una de las materializaciones de arriba, la sección adicional formadora de rosca tiene un valor no redonda definido por el factor K de no redonda (definido un poco más adelante en esta) igual aproximadamente a 0,2 -0,3 veces el paso relativo de rosca mientras que los roscas no redonda del cuerpo principal son mantenidos a un factor K de aproximadamente 0,05 - 0,15 veces el paso relativo de rosca.

Un perno teniendo la formación de roscas como se describió arriba y secciones del cuerpo principal puede ser conformado para incluir selectivamente ya sea una sección de estabilización o una punta que comienza en la sección ahusada proveyendo a un troquel de cabezal con una espiga de golpeteo en el cual la espiga de golpeteo puede ser posicionada para ocupar o dejar al descubierto parte de una cavidad interna de un troquel de formación que se ajusta al tamaño y la forma de la sección de estabilización.

Breve descripción de los dibujos

La descripción precedente y otros objetos y ventajas del invento van a ser más claros con referencia a la siguiente descripción de ejemplos de materializaciones como la ilustrada por los dibujos en los cuales:

Fig. 1, ya descrita, en una vista lateral de un perno medio de unión autorroscante conformado por laminado de a cuerdo al estado de la técnica;

Fig. 2, ya descrita, es una vista frontal desde el extremo del medio de unión de Fig. 1;

Fig. 3, ya descrita, es una sección transversal del perno medio de unión tomada a lo largo de la línea 3-3 de Fig. 1;

Fig. 4, ya descrita, es una vista de costado seccionada de un ejemplar de patrón de rosca moldeada del perno de Fig. 1;

Fig. 5, ya descrita, es una vista más detallada de las secciones de estabilización y de formación de rosca del medio de unión de Fig. 4;

Fig. 6 es una vista de costado de un perno medio de unión autorroscante conformado por laminado de acuerdo a una materialización de este invento;

Fig. 7 es una vista de costado de un ejemplar de patrón de rosca moldeada sobre el perno medio de unión de Fig. 6;

Fig. 8 es una vista de costado de un perno medio de unión autorroscante conformado por laminado de acuerdo a una materialización alternativa de este invento;

Fig. 9 es una vista de costado de un ejemplar de patrón de rosca moldeada sobre el perno de Fig. 8;

Fig. 10 es una sección transversal de un perno medio de unión típico, ilustrando un sistema para la medición de una configuración no redonda,

Fig. 11 es un corte de la disposición de un troquel de cabezal para producir un perno de acuerdo a una materialización de este invento; y

Fig. 12 es un corte de la disposición del troquel de cabezal de la Fig. 11 para producir un perno de acuerdo a una materialización alternativa de este invento.

Descripción detallada

La Fig. 6 ilustra un perno medio de unión de acuerdo a una materialización preferida de este invento. El perno 100 incluye una cabeza de accionamiento 102 teniendo cualquier forma adecuada deseable. Como se ha descrito arriba, la cabeza puede ser moldeada sobre el elemento liso usando estampas de cabezal u otro método aceptable. El perno 100 está formado preferiblemente de metal templado tal como acero de carbón bajo-medio. El endurecimiento final es logrado generalmente en forma de tratamiento por calor, endurecimiento por cementado, inducción magnética, baño de nitruro, y por el estilo después que ha sido completado el formación final de la rosca sobre el perno.

El perno en esta materialización incluye tres lóbulos separados como aquellos mostrados con referencia a Figuras 1-5. Si se desea, pueden ser usados más lóbulos. Se ha encontrado, sin embargo, que son óptimos tres lóbulos. Cuando se usan más lóbulos, es preferible que el número de lóbulos sea impar.

El perno 100 incluye un cuerpo principal 104, una sección de estabilización 106, una sección ahusada de formación de rosca 108 y una sección única adicional de formación de rosca 110. La longitud de cada sección, 104, 106, 108 y 110 (LM, LS, LT, y LA, respectivamente) del perno es definida en esta preferiblemente en términos del número de longitudes normalizadas de pasos que pueden ser aplicados a las secciones respectivas del perno medio de unión a medida que es conformado.

A modo de antecedente, un medio de unión lobulado puede ser conformado de acuerdo con las enseñazas de Phipard, hijo, Patente de EE.UU. número 3.918.345, (ver, por ejemplo, Fig. 5 en esta) usando un par de troqueles de formación que son trasladados en direcciones opuestas predeterminadas en el cual un elemento liso con cabeza se pasa entre ellos. Los troqueles de formación incluyen estrías lineales para adaptarse a las formas de los roscas y están puestas a un espacio apropiado de paso de rosca uno de otro. Generalmente, los troqueles conformadores definen superficies curvadas o angularmente inclinadas que ahusan una hacia la otra cerca del extremo del perno (opuesto a la cabeza), conformándose con la zona ahusada y de estabilización de formación de rosca del perno seleccionado. Durante el formación, los troqueles son llevados primero a una compresión de deformación permanente por contacto con el perno, un troquel contactando un lóbulo, y el otro contactando un valle opuesto sobre el perno tri-lobulado y de tres valles. Los roscas son comprimidos en los puntos internos de contacto en este momento. A medida que el troquel móvil pasa por un troquel estacionario, el perno es rotado entre ellos con su eje central 112 definiendo una trayectoria oscilante. Esta oscilación corresponde a la rotación del perno alrededor de sus lóbulos. Los troqueles mantienen un espacio constante a medida que ellos se mueven, moldeando un patrón de rosca de una predeterminada profundidad (basadas sobre el grado de separación radial del troquel) sobre la superficie del perno. Observe que, durante la manufactura del medio de unión, puede existir un ligero grado insuficiente de llenado o un sobrellenado de roscas dado el espaciado simétrico de los troqueles. Este subllenado/sobrellenado, que ocurre principalmente en las secciones de estabilización y de formación de rosca del medio de unión, no afecta apreciablemente el funcionamiento del medio de unión.

El medio de unión finalizado que se muestra en Fig. 7 incluyendo las roscas incluirán un conjunto de roscas del cuerpo principal 120 que son básicamente parejos en paso y diámetro. Los roscas de estabilización 122, los cuales son generalmente 1½ - 3 pasos en longitud (longitud LS), son menores en diámetro. Los roscas de formación de rosca 124, 126 y 128, mostrados aquí como tres roscas distintos que cada uno se incrementa en diámetro ajustándose al aumento de diámetro del ahusamiento desde el extremo frontal 130 del medio de unión hacia la cabeza 102. Generalmente están provistos en esta materialización (longitud LT) dos o tres roscas de formación. En una materialización alternativa, se provee tres - cuatro roscas de formación (o más). Como se ha observado arriba, las secciones de estabilización y de formación de rosca del perno 106 y 108, respectivamente, y los roscas correspondientes 122, 124, 126 y 128 definen una sección no redonda que es más grande que la del cuerpo principal 104 y sus roscas 120. Esto es, como se ha observado arriba, deseable reducir el momento de torsión requerido de formación de rosca cuando el medio de unión es introducido dentro de un agujero piloto no roscado. Con referencia otra vez a Phipard, hijo, Patente 345 de EE.UU., se ha descrito una técnica para definir lo fuera dé lo redondo en un perno medio de unión multilobulado. Esta técnica de medición está detallada en general en la Fig. 10. El bosquejo de sección transversal 150 del perno corresponde a un polígono de un número impar de vértices. En este caso este es un triángulo. El triángulo está circunscrito alrededor del eje central 112. Los segmentos curvos individuales que forman el contorno 150 están particularmente definidos de acuerdo a convenciones conocidas descritas, por ejemplo, en las patentes Phipard observados arriba. Las definiciones de la forma del contorno están también disponibles en una variedad de literatura relativa a medios de unión TRILOBULAR™ disponible en Research Enginering and Manufacterig, Inc. de Middletown, Rhode Island, EE.UU.. Se muestra una circunferencia 152 circunscribiendo cada ápice o esquina 154 del contorno 150. Este es para el perno un círculo de diámetro máximo. Este está centrado alrededor del eje 112. Otro círculo 156 también centrado alrededor del eje 112 contacta el valle mas internamente ubicado 158 desde el contorno 150 con respecto al eje 112. El diámetro del circulo exterior 152 está indicado como C. La distancia entre un ápice 154 y un valle opuesto 158 está indicado como D. La diferencia entre C y D está indicada como la dimensión de valor K. K es en esencia la magnitud de la dimensión no redonda inherente en una sección transversal dada del perno.

Refiriendo otra vez a las Figura 6 y 7 el cuerpo principal 104 está provisto con una dimensión K que es relativamente baja, siendo 0,05 - 0,15 veces el paso relativo P de la rosca. Por otra parte, la dimensión no redonda de la sección formadora de rosca 108, y los roscas relacionados 124, 126 y 128 están definidos por un K de aproximadamente 0,20 - 0,30 veces el paso P de la rosca. De acuerdo a esta materialización, la sección adicional formadora de rosca 110, la cual tiene una longitud axial LA de aproximadamente una longitud (P) del paso mantiene la dimensión no redonda de la porción adyacente 160 de la sección ahusada 108 de formación de rosca. En otras palabras, un rosca 162 está definido en la sección 110 que tiene un valor relativamente alto no redonda o K igual 0,20 - 0,30 veces el paso P de la rosca del medio de unión. Está expresamente contemplado, sin embargo que, la sección 110 puede tener una longitud axial suficiente para tener cabida sobre ella dos o más roscas de diámetro pleno formadores de rosca, de acuerdo a una materialización alternativa de este invento. Los diámetros de los lóbulos de esta rosca son sustancialmente los mismos a aquellos de los roscas del cuerpo principal adyacente. Por lo tanto la zona 110 presenta un perfil conformador de diámetro pleno para los roscas internos, pero así lo hace a una intensidad de presión más alta, ya que, está en contacto con los roscas internos una menor área en cada lóbulo del rosca 162 en la zona adicional 110. Por supuesto puede haber ligeras variaciones en diámetro entre el rosca 162 y los roscas 120 del cuerpo principal, pero el rosca es suficientemente cercano en diámetro como para ser calificado como un rosca de diámetro pleno con respecto a los roscas 120 de diámetro pleno del cuerpo principal. El rosca vecino adyacente 170 entre los roscas 120 del cuerpo principal tiene una dimensión no redonda reducida abruptamente con un K igual a 0,05 - 0,15 en esta materialización. Suministrando un rosca adicional 162 que tiene la dimensión alta no redonda descrita arriba, con un diámetro exterior que es esencialmente el mismo que los de los roscas 120 del resto del cuerpo principal, se reduce sustancialmente el momento de torsión necesario para conformar una rosca en un agujero piloto. En vez de tener la zona de transición formadores de rosca inmediatamente dentro de una zona de forma baja no redonda del cuerpo principal, el rosca 162 actúa como un rosca de transición de diámetro pleno que aún mantiene una presión alta de contacto para la formación final de roscas a diámetro pleno. Por lo tanto, cuando los roscas 120 del cuerpo principal finalmente alcanzan los roscas internos recientemente conformados del agujero piloto, no son requeridos ejercer una presión de formación demasiado alta por sí mismos.

Se hace referencia ahora a Figuras 8 y 9 las cuales muestran un perno medio de unión y el medio de unión roscado resultante de acuerdo a una materialización alternativa. A diferencia de la materialización mostrada en Figuras 6 y 7, la materialización detallada en Figuras 8 y 9 no incluye una sección de estabilización. En algunas aplicaciones, una sección de estabilización no es necesaria ni deseable. La Fig. 8, particularmente, muestra un perno medio de unión 200 teniendo una cabeza moldeada 202 sobre él de una forma y tamaño predeterminados. El perno incluye un cuerpo principal 204 que tiene una longitud L1M; también se muestra una sección ahusada de formación de rosca 206 que tiene una longitud L1T y una sección adicional 208 dispuesta axialmente entre la sección ahusada formadora de rosca 206 y la sección del cuerpo principal 204. La sección adicional tiene una longitud axial L1A. Está también representada una porción de punta relativamente pequeña 210 [generalmente 0,25 mm a 0,36 mm (0,010 - 0,015 pulgada) en longitud axial. Este es un exceso de material desplazado durante el proceso de formación de la punta en el troquel de cabezal y no es significativo a la estructura definida en esta como está descrita arriba. En particular la punta frecuentemente sirve como un indicador que muestra si la sección total del troquel de cabezal ha sido llenada durante la manufactura del perno. La longitud axial del cuerpo principal 204 varía dependiendo de la longitud deseada del medio de unión. Como se muestra en la Fig. 9, están definidos sobre el cuerpo principal una serie de roscas 220 del cuerpo principal usando el proceso de formación de los roscas en el troquel descrito arriba. El aspecto K de no redonda para estos roscas es aproximadamente 0,05 - 0,15 veces el paso P1. También son formados tres roscas conformadores de rosca 224, 226 y 228 diametralmente crecientes. Sus aspectos K no redonda, como se ha definido arriba, son iguales a 0,20 - 0,30 veces P1. La longitud L1T de la sección ahusada conformadora de rosca es suficiente, como se ha ilustrado, para proporcionar aproximadamente tres roscas sobre ella. Finalmente el rosca 230 adicional conformador de rosca formado sobre la sección adicional 208 tiene el aspecto K alto no redonda igual a 0,20 - 0,30 veces P1, y proporciona la transición desde la conformadora de rosca de diámetro pleno hacia los roscas del cuerpo principal. La longitud L1A de la sección adicional, es, por supuesto, suficiente para proporcionar como mínimo un paso de rosca.

La formación de un perno terminado (100) detallado en las Figuras 5 y 6 puede ser consumada como se muestra en Fig. 11. Se muestra un troquel duro de cabezal 300. Él define una cavidad de un troquel de formación 302 dentro del cual es colocado el material liso del medio de unión en la forma de una pieza cortada de alambre o varilla 304 de predeterminado tamaño. La cavidad del troquel 302 es un agujero dimensionado que se amolda a la forma deseada del perno finalizado. La cavidad del troquel 302 tiene paredes laterales de un grosor y dureza suficiente para asegurar que no ocurra la deformación de la cavidad del troquel 302 a medida que se introduzca en su interior una pieza de alambre o varilla para ser deformada plásticamente para obtener la forma del perno. La sección transversal de la cavidad del troquel 302 (no mostrada), por supuesto, define tres o más lóbulos como se ha descrito arriba. La sección del alambre o varilla usada para conformar el perno puede también incluir tres o más lóbulos amoldables. El alambre o varilla generalmente tiene una sección transversal que se adapta a la forma deseada del cuerpo principal para que así le quede un formación mínimo a la porción del cuerpo principal del perno. En general, el troquel 300 es formado de acuerdo a técnicas convencionales, usando materiales conocidos y tamaño dimensionado para el grosor de las paredes laterales, etc.

La finalización del formación de un perno medio de unión frecuentemente ocurre después de varios golpes aplicados por un martinete o estampa 305 (mostrado en transparente). Las estampas son preferiblemente accionadas por un impulsor mecánico potente (no mostrado) que golpea al perno bajo gran presión ( ver flecha 307) para causar el formación a la vez de la cabeza del perno y las formas internas del mismo, simultáneamente. Pueden ser usadas progresivamente varias estampas de diferentes formas y/o troqueles de cabezal durante la formación del perno y su cabeza, cada uno con una forma que se amolda más progresiva y cercanamente a la de la cabeza de accionamiento 102 del perno finalizado. En este ejemplo, aquella cabeza de accionamiento 102 toma la forma de una arandela hexagonal convencional de forma de cabeza como se muestra arriba. Las herramientas/estampas usadas en esta son consideradas convencionales.

La cavidad del troquel 302 define las distintas formas de las secciones del perno de acuerdo a cada una de las materializaciones de este invento. La cavidad del troquel 302 define una serie de secciones conformadas que moldean las secciones respectivas del perno medio de unión finalizado a través de deformaciones plásticas a medida que es introducida inicialmente la varilla o alambre en el interior de la cavidad del troquel por la estampa 305. Cada una de las secciones definen una sección transversal multilobulada teniendo la deseada configuración no redonda como se ha discutido arriba. Las secciones de la cavidad del troquel incluyen una prolongada sección del cuerpo principal de la cavidad del troquel 306 para rodear al correspondiente cuerpo principal del perno adyacente a la abertura de la cavidad del troquel. La sección vecina de diámetro pleno de rosca de alto valor no redonda formador de rosca 312 teniendo un valor alto no redonda está ubicada en el interior de la sección 306 del cuerpo principal de la cavidad del troquel. Igualmente la sección ahusada formadora de rosca de la cavidad del troquel 312 y la sección de estabilización de la cavidad del troquel 316 están cada una ubicadas un poco más en el interior, respectivamente. Durante el proceso de formación, la varilla o alambre está asentado internamente tan lejos como pueda hacerlo. Éste generalmente se asienta sobre el frente de la sección formadora de rosca de diámetro pleno 312. Cada golpe de la prensa o prensas causa que la punta de la varilla o alambre se deforme dentro de la siguiente sección hacia delante a medida que es introducido un poco más en el interior de la cavidad del troquel. Una espiga de golpeteo actúa para parar el movimiento e impide avanzar internamente el movimiento del perno dentro de la cavidad del troquel 302. Esta espiga está formada de un material endurecido de acuerdo a un proceso conocido. Ella se puede mover axialmente internamente y externamente (flecha doble 348) bajo la fuerza de un impulsor mecánico (no mostrado) de diseño conocido. La espiga de golpeteo incluye un mecanismo que puede ser trabado en una posición (no mostrada) de manera de mantenerla firmemente en su posición cuando está actuando para parar el movimiento como se muestra en las figuras 11 y 12. Cuando se saca el perno de la cavidad del troquel 302, la espiga es trasladada hacia la abertura frontal de la cavidad una distancia suficiente como para expulsar al perno. El perno puede entonces ser transferido por técnicas conocidas a otra cavidad para lo que resta de formación o a un mecanismo de roscado o máquina para formar los roscas.

La Fig. 12 ilustra el troquel 300 configurado para conformar un perno (200) de acuerdo a la materialización detallada en las Figuras 8 y 9. Este perno es sustancialmente similar en tamaño y forma al perno (100) descrito arriba. Sin embargo, él omite una sección de estabilización en su frente. Como se ha descrito arriba, la espiga de golpeteo puede ser desplazada selectivamente (flecha doble 348) hacia la abertura frontal y alejándose de ella de la cavidad del troquel 302. Por lo tanto, la espiga de golpeteo puede ser desplazada por su impulsor para ocupar selectivamente el área de la sección de estabilización de la cavidad del troquel 316. La espiga de golpeteo 330 tiene ventajosamente una sección trasversal que coincide con la de la cavidad. Para crear un perno 100 de acuerdo a las figuras 6, 7 y 11, la espiga de golpeteo es posicionada aproximadamente 1½ - 3 longitudes del paso en dirección hacia delante de la sección ahusada formadora de rosca 314. Esto permite al extremo frontal de la varilla o alambre 340 ser introducido plenamente en el interior de la sección de estabilización de la cavidad del troquel 316. A la inversa cuando la sección 316 es ocupada por la espiga de golpeteo 330, su cara frontal provee una detención que impide que se forme la sección de estabilización, creando el perno finalizado alternativo (200). La espiga de golpeteo 330 puede ser desplazada selectivamente a cada una de estas posiciones de parada (Fig. 11 o Fig. 12). Pueden ser provistos mecanismos apropiados de traba para sujetar la espiga 330 en cualquiera de las posiciones de paradas descritas arriba.

Lo precedente ha sido una descripción detallada de las materializaciones preferidas de este invento. Varias modificaciones y adiciones pueden ser hechas sin apartarse del alcance de este invento. Por ejemplo, el perno puede incluir un poco más de formación y de secciones de estabilización, además de la sección de formación de diámetro pleno detallada en esta. Una variedad de otras técnicas puede ser usada para conformar pernos cabezas de accionamiento y patrones de rosca incluyendo troqueles envolventes, herramientas cortantes, o troqueles de laminación. Finalmente, el perfil de rosca representado en ésta es de una configuración convencional triangular/rectilínea. Está expresamente contemplado que un perno de acuerdo a este invento pueda ser provisto con cualquier clase de perfil de rosca incluyendo un perfil curvado/radio, un perfil acopado, un perfil trapezoidal o un perfil cuadrado/Acme. Además, mientras está especificados hasta aquí un rango de factores K para no redonda para varias secciones del perno, está expresamente contemplado que estos valores pueden ser variados para aplicaciones que tienen requerimientos particulares de tamaño, forma y material. El factor K exacto puede ser determinado para aplicaciones parecidas usando datos basados sobre ensayos físicos y experimentos sobre medios de unión conformados con un conjunto dado de propiedades. Por consiguiente esta descripción quiere significar ser tomada solamente como una manera de ejemplo, y no limitar de otra forma el alcance de este invento.

Claims (20)

1. Un medio de unión de tornillo autorroscante (100, 200) con roscas autorroscantes (120 -128, 220 -228), comprendiendo:

(a)

una porción de cabeza (102, 202) y una porción de punta (106, 210);

(b)

una sección transversal principal no circular (150) con un eje (112) y una pluralidad de lóbulos radiales (154) y porciones de valle (158) entre los lóbulos radiales, teniendo dicha sección transversal (150) un atributo K no redonda el cual es una diferencia entre una dimensión radial máxima desde el eje (112) hasta una cima de un lóbulo radial (154) y una segunda dimensión radial menor desde el eje (112) hasta la más baja porción de valle (158);

(c)

Un paso "P" el cual es una distancia axial entre regiones correspondientes de roscas consecutivos (120),

(d)

Una porción del cuerpo principal (104, 204) del tornillo medio de unión autorroscante adyacente a la porción de cabeza (102, 202) y siendo de un diámetro predeterminado;

(e)

Una sección roscada ahusada (108, 206) adyacente a la porción de punta (106, 210) y de diámetro que ahusa en forma decreciente desde dicho diámetro predeterminado hacia dicha porción de punta;

(f)

Un primer valor de K=K_{1} para la porción del cuerpo principal (104, 204), y un segundo valor de K=K_{2} para la sección roscada ahusada (108, 206), en la cual K_{2}>K_{1};

(g)

Una sección roscada adicional (110, 208) ubicada entre la porción del cuerpo principal (104, 204) y la sección roscada ahusada, y siendo de una longitud axial (LA, L_{1}A) dando cabida a por lo menos un rosca (162, 230), dicha sección adicional roscada (110, 208) teniendo el mismo diámetro predeterminado al de dicha porción del cuerpo principal (104, 204) y teniendo un tercer valor de K=K_{3} donde K_{3}>K_{1}.

2. El medio de unión de la reivindicación 1 en el cual K_{3}=K_{2}.

3. El medio de unión de la reivindicación 1 incluyendo una sección de estabilización (106) en dicha porción de punta, dicha sección de estabilización teniendo una sección transversal no circular similar a la sección transversal de la porción del cuerpo principal (104, 204) y teniendo un diámetro no más grande que el más pequeño diámetro de la sección roscada ahusada (108, 206).

4. El medio de unión de la reivindicación 3 donde dicha sección de estabilización (106), tiene un valor de K sustancialmente el mismo al de K_{2}.

5. El medio de unión de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en donde:

K_{1} está situada en el rango 0,05 P a 0,15 P,

K_{2} está situada en el rango 0,2 P a 0,3 P, y

K_{3} está situada en el rango 0,2 P a 0,3 P

6. El medio de unión de la reivindicación 1 comprendiendo además una sección de estabilización (106) teniendo lóbulos en una sección de estabilización (154) con lóbulo de estabilización de diámetro máximo más pequeño que el lóbulo de diámetro máximo del cuerpo principal ubicado axialmente hacia delante de la sección roscada ahusada (108).

7. El medio de unión de la reivindicación 6 en donde la sección de estabilización (106) incluye por lo menos dos roscas (122) ubicados sobre ella.

8. El medio de unión de la reivindicación 1 incluyendo por lo menos tres lóbulos radiales con porciones de valle correspondientes entre ellos.

9. Un medio de unión de perno roscado (100, 200), comprendiendo:

(a)

una porción de cabeza (102, 202) y una porción de punta (106, 210);

(b)

una sección transversal principal no circular (150) con un eje (112) y una pluralidad de lóbulos radiales (154) y porciones de valles (158) entre los lóbulos radiales, dicha sección transversal (150) teniendo un atributo K no redonda el cual es una diferencia entre una dimensión radial máxima desde el eje (112) hasta una cima de un lóbulo radial (154) y una segunda radial de menor dimensión desde el eje (112) hasta la porción más baja de valle (158);

(c)

una porción de cuerpo principal (104, 204) del medio de unión de perno roscado adyacente a la porción de cabeza (102, 202) y siendo de un diámetro predeterminado;

(d)

una sección ahusada formadora de rosca (108, 206) adyacente a la porción de la punta (106, 210) y de diámetro que ahusa decreciendo desde dicho diámetro predeterminado hacia dicha porción de la punta.

(e)

un primer valor de K=K_{1} para la porción del cuerpo principal (104, 204), y un segundo valor de K=K_{2} para sección ahusada formadora de rosca (108, 206), en la cual K_{2}>K_{1};

(f)

una sección adicional formadora de rosca (110, 208) ubicada entre la porción del cuerpo principal (104, 204) y la sección ahusada formadora de rosca, teniendo dicha sección adicional formadora de rosca (110, 208) el mismo diámetro predeterminado al de dicha porción del cuerpo principal (104, 204) y teniendo un tercer valor de K=K_{3} donde K_{3}>K_{1}.

10. El medio de unión de perno roscado de la reivindicación 9 en el cual K_{3}=K_{2}.

11. El medio de unión de perno roscado de la reivindicación 9 incluyendo una sección de estabilización (106) en dicha porción de punta, teniendo dicha sección de estabilización una sección transversal no circular similar a la sección transversal de la porción del cuerpo principal (104, 204) y teniendo un diámetro no más grande que un diámetro más pequeño de la sección ahusada formadora de rosca (108, 206).

12. El medio de unión de perno roscado de la reivindicación 11 donde dicha sección de estabilización (106) tiene un valor de K sustancialmente el mismo de K_{2}.

13. El medio de unión de perno roscado de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12 en donde:

K_{1} está situada en el rango 0,05 P a 0,15 P,

K_{2} está situada en el rango 0,2 P a 0,3 P; y

K_{3} está situada en el rango 0,2 P a 0,3 P

14. El medio de unión de perno roscado de la reivindicación 9 comprendiendo además una sección de estabilización (106) teniendo sección de estabilización de lóbulos (154) con un lóbulo de estabilización de diámetro máximo más pequeño que el lóbulo de diámetro máximo del cuerpo principal ubicado axialmente hacia delante de la sección ahusada formadora de rosca (108).

15. El medio de unión de perno roscado de la reivindicación 9 incluyendo por lo menos tres lóbulos radiales con porciones correspondientes de valle entre ellos.

16. Un troquel de cabezal (300) para conformar el medio de unión de perno roscado de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 15 teniendo una cavidad del troquel (302) teniendo un perfil de la sección transversal que se ajusta a la forma de la porción del cuerpo principal (104, 204), la sección ahusada formadora de rosca (108, 206) y la sección adicional formadora de rosca (110, 208) del perno medio de unión de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 15.

17. El troquel de cabezal de la reivindicación 16 incluyendo además:

Una espiga de golpeteo posicionada selectivamente (330) que detiene el movimiento lineal del perno (100, 200) más allá de un predeterminado punto axial dentro de una cavidad (302) del troquel de cabezal (300) durante el formación, siendo la espiga de golpeteo construida y colocada para descubrir y revelar selectivamente una sección de estabilización conformadora de la cavidad del troquel (316) en dirección axialmente hacia delante de una parte (314) de la cavidad del troquel (302) que forma la sección ahusada formadora de rosca, siendo la sección de estabilización conformadora de la cavidad del troquel (316) construida y dispuesta para conformar una sección de estabilización lisa con lóbulo de estabilización de diámetro máximo más bajo que el lóbulo del cuerpo principal de diámetro máximo.

18. Un método de conformación del medio de unión de perno roscado (100,200) de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 15 comprendiendo los pasos:

Introducir un trozo de alambre o varilla en el interior de la cavidad de un troquel (302) que tiene un perfil de sección transversal que se ajusta a la forma de la porción del cuerpo principal (104, 204), la sección ahusada formadora de rosca (108, 206) y la sección adicional formadora de rosca (110, 208) de un perno medio de unión de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 15, para deformar plásticamente el alambre o varilla; y

Conformar la porción de cabeza (102, 202) usando una estampa conformada y/o troquel de cabezal

19. El método de la reivindicación 18 además incluyendo el paso de:

Colocar una espiga de golpeteo (330) en una ubicación predeterminada dentro de la cavidad del troquel (302) correspondiente al extremo de la sección adicional de la formación de rosca de un medio de unión de perno roscado para ser conformado en su interior, para impedir un desplazamiento del alambre o varilla internamente un poco mas dentro de la cavidad del troquel durante el paso de introducción; y

Expulsar mecánicamente el medio de unión de perno roscado de la cavidad del troquel (302) golpeando el extremo de la espiga de golpeteo para distanciarlo del medio de unión de perno roscado conformado

20. El método de la reivindicación 18 o la reivindicación 19 cuando depende de la reivindicación 11 en la cual la espiga de golpeteo está posicionada dentro de la cavidad del troquel para determinar una longitud de sección de estabilización (106) en la porción de punta del perno conformado