SUJECION DE BAJA CARGA DE ESTAMPACION Y SISTEMA DE SUJECION.

Un sistema de sujeción que incluye un elemento de sujeción (10) en dos piezas para sujetar juntas una pluralidad de piezas de trabajo (18 y 20) y una herramienta de instalación (48) para instalar el elemento de sujeción (10) y cuyo elemento de sujeción (10) incluye un miembro de bulón (12) y un collarín tubular (14) y teniendo dicho collarín (14) una caña (61) de collarín generalmente recta destinada a ser estampada en unas acanaladuras de enclavamiento (26) en dicho miembro de bulón (12) en respuesta a una fuerza axial relativa de carga de estampación aplicada entre dicho miembro de bulón (12) y dicho collarín (14) por dicha herramienta de instalación (48) y que provee una intensidad prevista de carga de fijación sobre las piezas de trabajo (18 y 20) en respuesta a una intensidad predeterminada de carga de estampación,

cuyo miembro de bulón (12) tiene una caña alargada (15) de bulón destinada a situarse en una abertura alineada (16 y 17) practicada en las piezas de trabajo (18 y 20) y que termina por un extremo en una cabeza alargada (22) destinada a acoplarse a una superficie en un lado (23) de las piezas de trabajo (18) y por su extremo opuesto en una parte acanalada destinada a extenderse pasada una superficie opuesta en el lado opuesto de las piezas de trabajo (18 y 20), cuya parte acanalada comprende una parte de enclavamiento (25) que tiene una pluralidad de dichas acanaladuras de enclavamiento (26) definidas por unas acanaladuras de bulón que se extienden circunferencialmente y en relación de asociación con unos resaltes (60) de bulón que terminan en unas crestas (71) de bulón, cuyas acanaladuras de bulón tienen un fondo alargado (62) con un contorno generalmente suave, cuya caña (61) de collarín está destinada a ser estampada en dichas acanaladuras de enclavamiento (26), por lo cual la piezas de trabajo (18 y 20) se sujetan juntas para definir la unión sujeta, cuyo collarín (14) cuando está estampado tiene unas acanaladuras y unos resaltes de collarín que entrelazan dichas acanaladuras y resaltes (60) de bulón,

teniendo dicha herramienta de instalación (48) un miembro de yunque (56) con una cavidad de estampación (57) que tiene una parte de estampación eficaz de garganta destinada a sobreacoplarse a dicha caña (61) de collarín para de ese modo estamparlo radialmente hacia dentro en dicha acanaladura de enclavamiento (26),

cuya caña (61) de collarín tiene un volumen predeterminado de material que generalmente es mayor que el volumen disponible definido por dicha parte de estampación eficaz de garganta y por la parte confrontante de dichas acanaladuras de enclavamiento (26) en las que se estampa dicha caña (61) de collarín y con el material de dicha caña (61) de collarín que no se acopla totalmente a dicho fondo (62) durante la estampación y por tanto no llena completamente dichas acanaladuras de enclavamiento (26) después de la estampación, siendo dicha caña (61) de collarín de longitud suficiente para proveer un número predeterminado de dichos resaltes de collarín acoplados con un número correspondiente de dichas crestas (71) de bulón,

teniendo dicha caña (61) de collarín un taladro interior pasante (65) que tiene un diámetro de taladro interior con respecto al diámetro de cresta de dichas crestas (71) de bulón para proveer una holgura mínima antes de la estampación, por lo que se minimiza la fuerza axial relativa para la estampación,

caracterizado porque dichas acanaladuras de bulón son anchas y tienen una anchura eficaz Wg con respecto a la anchura eficaz Wc de las crestas (71) con una relación de Wc/Wg no mayor de alrededor de 0,30

Sujeción de baja carga de estampación y sistema de sujeción.

El presente invento se refiere a un sistema de sujeción que incluye elementos de sujeción en dos piezas para estampar y más particularmente a elementos de sujeción para estampar tipo tracción con el presente invento destinado a una construcción en la que se reducen las cargas axiales relativas o de tracción o relativas requeridas para estampar el elemento de sujeción permitiendo el uso de herramientas de instalación más livianas y más pequeñas al mismo tiempo que proporciona un elemento de sujeción que tiene una resistencia mecánica preseleccionada y un peso y unas dimensiones convenientes.

El presente invento se refiere a elementos de sujeción para estampar de dos piezas o pernos de enclavamiento generalmente del tipo ilustrado en la patente de EE.UU. Nº 2.531.048 concedida a Buck, expedida el 21 de noviembre de 1950, y en la patente de EE.UU. Nº 3.215.024 concedida a Brilmyer y colaboradores expedida el 2 de noviembre de 1965;existen oras numerosas variaciones de elementos de sujeción tipo de estampar tales como la patente de EE,UU, Nº 3.915.053 concedida a J. RUC, expedida el 28 de octubre de 1075, patente de EE.UU. Nº 4.472.096 concedida a J. Ruhl y R. Dixon, expedida el 18 de septiembre de 1984, y patente de EE.UU. Nº 5.090.852 concedida a R. Dixon, expedida el 25 de febrero de 1992. La patente de EE.UU. Nº 4.472.096 describe un sistema de sujeción según el preámbulo de la reivindicación 1.

En muchas aplicaciones comerciales, los elementos de sujeción en dos piezas roscados o estampados se usan y se diseñan mediante un grado indicativo de un nivel particular de resistencia mecánica. Por ejemplo, un elemento de sujeción de grado 5 de 1,59 cm (5/8 de pulgada) tendrá una parte de caña de bulón o perno de 1,59 cm para uso en una abertura de pieza de trabajo de un diámetro nominal de 1,59 cm (5/8 de pulgada) y tendrá un nivel de resistencia mecánica indicado por el nivel del grado, es decir, grado 5. Por otra parte, un perno del grado 8, tendrá unas características de resistencia mecánica mayores que el perno de grado 5, mientras que un perno de grado 9 tendrá unas características de resistencia mecánica todavía mayores. Por ejemplo, la resistencia mecánica de un elemento de sujeción del grado 5 se determina por la resistencia mecánica del material del perno o bulón como se especifica por las normas SAE- J429 o ASTM A- 325 con una resistencia mínima a la tracción del material de 827,4 mPa (120 KSI) mientras que un grado 8 se especifica por las normas SAE J 429 o ASTM A-490 en 1.034 mPa (150 KSI).

Un elemento típico de sujeción del tipo de estampar incluye un bulón y un collarín con el elemento de sujeción tipo tracción que tiene una caña de bulón que tiene una parte de enclavamiento con acanaladuras de enclavamiento y una parte de tracción con acanaladuras de tracción. Las acanaladuras de tracción están destinadas a ser agarradas por dientes conjugados de mordazas de mandril de una herramienta de instalación que tiene un yunque de estampación destinado a acoplarse con el collarín, por lo que se puede ejercer una fuerza axial relativa entre el bulón y el collarín para desplazar al yunque sobre el collarín con el fin de estamparlo en las acanaladuras de enclavamiento. En este caso, la fuerza axial relativa es una carga de tracción sobre el bulón a través de las mordazas de mandril y una carga de compresión sobre el collarín a través del yunque de estampar de la herramienta.

En muchos elementos de sujeción de estampar, la parte de tracción está unida a la parte de acanaladura de enclavamiento por una acanaladura de cuello frágil de resistencia mecánica reducida que está destinada a fracturarse a una intensidad preseleccionada de la fuerza axial o de tracción mayor que la requerida para estampar el collarín, por lo cual la parte de tracción, o cola de bulón,. se cortará y retirará de la caña del bulón después de la terminación de la estampación. Sin embargo, otros elementos de sujeción de estampar, tienen partes de tracción que permanecen en el bulón después de la terminación de la instalación. Véase, por ejemplo, la patente de EE.UU. Nº 5.315.755 concedida a Fulbright y colaboradores, expedida el 31 de mayo de 1994, en la que se utiliza una parte de tracción roscada que no se corta y separa del bulón.

En muchos casos, con elementos de sujeción de estampar de resistencia mecánica relativamente grande, con el fin de estampar totalmente el collarín, la intensidad de la carga de tensión aplicada puede ser bastante grande, requiriendo una herramienta de instalación de un tamaño y un peso relativamente elevados. Esto es especialmente significativo donde se usan herramienta de instalación accionadas a mano. Tales herramientas incluyen típicamente construcciones de cilindro-pistón neumáticas y/o hidráulicas cuyo tamaño y peso variarán con la intensidad necesaria de la carga de tracción a aplicar. Dichas herramientas pueden ser del tipo mostrado en la patente de EE.UU. Nº 4.597.263 concedida a R. Corbett expedida el 1 de julio de 1986 y la patente de EE.UU. Nº 4.878.372 expedida el 7 de noviembre de 1989 a Port y colaboradores.

Adicionalmente a los elementos de sujeción que incluyan bulones que tengan acanaladuras de tracción en una cola de bulón cortable, la acanaladura de cuello frágil debe ser también de suficiente resistencia mecánica para soportar la elevada carga de tracción para estampar, y las acanaladuras de tracción deben ser similarmente de resistencia mecánica suficiente para aceptar la carga de tracción axial relativa aplicada por los dientes engranados de las mordazas de mandril en la herramienta de instalación. Esto requiere rutinariamente que la parte de tracción sea de un diámetro relativamente grande para que tenga material suficiente para proveer el tamaño y la resistencia mecánica necesarios para la acanaladura de cuello frágil y también para inhibir la fractura de las acanaladuras de tracción en lugar de la acanaladura de cuello frágil. Esto se suma también al tamaño y al peso de los componentes de la herramienta para acoplarse a las acanaladuras de tracción y para proveer la carga de tracción sobre el bulón para la fractura de la acanaladura de cuello frágil.

En el presente invento, se provee un elemento de sujeción del tipo de estampar en dos piezas que se puede instalar en una carga de estampación menor que en un elemento convencional de sujeción para estampar de un grado comparable, pero que cuando se instala tiene las propiedades físicas de esencialmente los mismos valores tales como resistencia a la tracción, carga de fijación y propiedades análogas en las piezas de trabajo que se van a unir. Ello permite el uso de una herramienta de instalación más liviana y más pequeña comparada con elementos similares de sujeción tipo de estampar que tiene la misma capacidad de grado para proporcionar propiedades físicas similares. Al mismo tiempo, con bulones que tengan una cola de bulón cortable, la acanaladura de cuello frágil y las acanaladuras de tracción se pueden reducir correspondientemente en resistencia mecánica. Esto permite que la parte de tracción o cola de bulón de la caña de bulón se reduzca en diámetro, reduciendo de ese modo la cantidad de metal en el bulón y al mismo tiempo disminuyendo el peso y el coste de material. La cola de bulón con menor diámetro facilita también la fabricación de la acanaladura de cuello frágil de menor resistencia mecánica por conformación por laminación.

Sin embargo, con elementos de sujeción para estampar del tipo de tracción que tienen partes de tracción roscadas que no se cortan, como en la patente cuyo número termina en 755 anteriormente mencionada, el presente invento facilita el acoplamiento de menos hilos de rosca sobre la parte de tracción, dado que no se requiere la fuerza adicional para fracturar una acanaladura de cuello frágil. Esto causa menos tensiones en las roscas acopladas del guardacabos roscado conjugado o miembro de tuerca sobre la herramienta de tracción, lo que resulta en una mayor duración. Ello permite también el uso de un bulón más corto y más barato, puesto que se requiere que el bulón sobresalga menos para el menor número de acanaladuras de tracción que se van a agarrar. Asimismo, la herramienta de instalación puede ser menor, y por tanto más liviana y menos costosa, puesto que se requieren menores cargas aplicada para la instalación final. Esto facilita también el uso de un dispositivo de impulsión interna del tipo ilustrado en las Figuras 17 y 18 de la patente cuyo número termina en 755 que, como se ha mostrado, implica el uso de un vástago...

1. Un sistema de sujeción que incluye un elemento de sujeción (10) en dos piezas para sujetar juntas una pluralidad de piezas de trabajo (18 y 20) y una herramienta de instalación (48) para instalar el elemento de sujeción (10) y cuyo elemento de sujeción (10) incluye un miembro de bulón (12) y un collarín tubular (14) y teniendo dicho collarín (14) una caña (61) de collarín generalmente recta destinada a ser estampada en unas acanaladuras de enclavamiento (26) en dicho miembro de bulón (12) en respuesta a una fuerza axial relativa de carga de estampación aplicada entre dicho miembro de bulón (12) y dicho collarín (14) por dicha herramienta de instalación (48) y que provee una intensidad prevista de carga de fijación sobre las piezas de trabajo (18 y 20) en respuesta a una intensidad predeterminada de carga de estampación,

cuyo miembro de bulón (12) tiene una caña alargada (15) de bulón destinada a situarse en una abertura alineada (16 y 17) practicada en las piezas de trabajo (18 y 20) y que termina por un extremo en una cabeza alargada (22) destinada a acoplarse a una superficie en un lado (23) de las piezas de trabajo (18) y por su extremo opuesto en una parte acanalada destinada a extenderse pasada una superficie opuesta en el lado opuesto de las piezas de trabajo (18 y 20), cuya parte acanalada comprende una parte de enclavamiento (25) que tiene una pluralidad de dichas acanaladuras de enclavamiento (26) definidas por unas acanaladuras de bulón que se extienden circunferencialmente y en relación de asociación con unos resaltes (60) de bulón que terminan en unas crestas (71) de bulón, cuyas acanaladuras de bulón tienen un fondo alargado (62) con un contorno generalmente suave, cuya caña (61) de collarín está destinada a ser estampada en dichas acanaladuras de enclavamiento (26), por lo cual la piezas de trabajo (18 y 20) se sujetan juntas para definir la unión sujeta, cuyo collarín (14) cuando está estampado tiene unas acanaladuras y unos resaltes de collarín que entrelazan dichas acanaladuras y resaltes (60) de bulón,

teniendo dicha herramienta de instalación (48) un miembro de yunque (56) con una cavidad de estampación (57) que tiene una parte de estampación eficaz de garganta destinada a sobreacoplarse a dicha caña (61) de collarín para de ese modo estamparlo radialmente hacia dentro en dicha acanaladura de enclavamiento (26),

cuya caña (61) de collarín tiene un volumen predeterminado de material que generalmente es mayor que el volumen disponible definido por dicha parte de estampación eficaz de garganta y por la parte confrontante de dichas acanaladuras de enclavamiento (26) en las que se estampa dicha caña (61) de collarín y con el material de dicha caña (61) de collarín que no se acopla totalmente a dicho fondo (62) durante la estampación y por tanto no llena completamente dichas acanaladuras de enclavamiento (26) después de la estampación, siendo dicha caña (61) de collarín de longitud suficiente para proveer un número predeterminado de dichos resaltes de collarín acoplados con un número correspondiente de dichas crestas (71) de bulón,

teniendo dicha caña (61) de collarín un taladro interior pasante (65) que tiene un diámetro de taladro interior con respecto al diámetro de cresta de dichas crestas (71) de bulón para proveer una holgura mínima antes de la estampación, por lo que se minimiza la fuerza axial relativa para la estampación,

caracterizado porque dichas acanaladuras de bulón son anchas y tienen una anchura eficaz Wg con respecto a la anchura eficaz Wc de las crestas (71) con una relación de Wc/Wg no mayor de alrededor de 0,30.

2. El sistema de sujeción de la reivindicación 1, con dicha mínima holgura que provee una holgura radial Rc con respecto a dicho diámetro de cresta Du de dichas crestas (71) de 2Rc/Du x 10² entre alrededor de 1,0 hasta alrededor de 4,0 para dicho miembro de bulón (12) de dicho elemento de sujeción (10) que varía en diámetro nominal desde alrededor de 1,27 cm (1/2 pulgada) hasta alrededor de 1,91 cm (3/4 de pulgada).

3. El sistema de sujeción de la reivindicación 1, con el número de dichas crestas (71) de bulón llevando desde 2,8 hasta alrededor de 5,5 por cm (7 hasta alrededor de 14 por pulgada) para dicho miembro de bulón (12) de dicho elemento de sujeción (10) variando en diámetro nominal desde alrededor de 1,27 cm (1/2 pulgada) hasta alrededor de 1,91 cm (3/4 de pulgada).

4. El sistema de sujeción de la reivindicación 1, cuyo miembro de bulón (12) se ha construido de un material ferroso que tiene una resistencia máxima a la tracción de como mínimo alrededor de 827,4 MPa (120 KSI) y cuyo collarín (14) se ha construido de un material ferroso que tiene una resistencia máxima a la tracción de al menos alrededor de 413,7 MPa (60 KSI).

5. El sistema de sujeción de la reivindicación 1, con el número de dichas crestas (71) de bulón que varía desde entre 2,8 hasta alrededor de 5,5 por cm (7 hasta alrededor de 14 por pulgada) para dichos miembros de bulón (12) de dicho elemento de sujeción (10) variando en diámetro nominal desde alrededor de 1,27 cm (1/2 pulgada) hasta alrededor de 1,91 cm (3/4 de pulgada),

cuyo miembro de bulón (12) se ha construido de un material ferroso que tiene una resistencia máxima a la tracción de al menos alrededor de 827 MPa (120 KSI) y cuyo collarín (14) se ha fabricado de un material ferroso que tiene una resistencia máxima a la tracción de al menos alrededor de 413,7 MPa (60 KSI).

6. El sistema de sujeción de la reivindicación 1, con dicha caña (61) de collarín, dichas acanaladuras de enclavamiento (26) y dicha cavidad de estampación que proveen una carga final de fijación sobre las piezas de trabajo (18 y 20) que es de alrededor de un 160% de la carga de estampación.

7. El sistema de sujeción de la reivindicación 1, con dicha holgura mínima que provee una holgura radial Rc con respecto a dicho diámetro Du de cresta de dichas crestas (71) de bulón, de 2Rc/Du x 10² entre alrededor de 1,9 hasta alrededor de 4,0 y con el número de dichas crestas (71) de bulón que varía entre 2,8 hasta alrededor de 5,5 por cm (7 hasta alrededor de 14 por pulgada) para dicho miembro de bulón (12) de dicho elemento de sujeción (10) que tiene un diámetro nominal desde alrededor de 1,91 cm (3/4 de pulgada).

8. El sistema de sujeción de la reivindicación 1 con el número de dichas crestas (71) de bulón que varía desde entre 2,8 hasta alrededor de 5, 5 por cm (7 hasta alrededor de 14 por pulgada) para dicho miembro de bulón (12) de dicho elemento de sujeción (10) y dicha holgura mínima que provee una holgura radial Rc con respecto a dicho diámetro du de cresta de dichas crestas (71) de bulón de 2 RC/Du x 10² entre alrededor de 2,5 hasta alrededor de 3,8 para dicho miembro de bulón (12) de dicho elemento de sujeción (10) variando en diámetro nominal desde alrededor de 1,27 cm (1/2 pulgada) hasta alrededor de 1,91 cm (3/4 de pulgada),

cuyo miembro de bulón (12) se ha fabricado de un material ferroso que tiene una resistencia máxima a la tracción de al menos alrededor de 827,4 MPa (120 KSI) y con dicho collarín (14) que se ha fabricado de un material ferroso que tiene una resistencia máxima a la tracción de como mínimo alrededor de 413,7 MPa (60 KSI).

9. El sistema de sujeción de la reivindicación 1, con dicha parte acanalada de dicha caña (15) de bulón que termina en dicho extremo opuesto en una posición de tracción (41) unida a dicha parte de enclavamiento por una acanaladura de cuello frágil (40), cuya acanaladura de cuello frágil (40) define la sección más débil de dicha parte acanalada y destinada a fracturarse en una carga axial relativa mayor que la carga de estampación,

cuya parte de tracción (41) tiene una pluralidad de acanaladuras de tracción (44) definidas por crestas de tracción y acanaladuras de tracción (44) destinadas a ser agarradas por los dientes de las mordazas de dicha herramienta de instalación (48),

estando el diámetro de dicha cresta de tracción entre un 70% hasta alrededor de un 80% del diámetro de dichas crestas de acanaladura de enclavamiento para dicho miembro de bulón (12), variando en diámetro nominal desde alrededor de 1,27 cm (1/2 pulgada) hasta alrededor de 1,91 cm (3/4 de pulgada).

10. El sistema de sujeción de la reivindicación 1, cuya caña (61) de collarín tiene una parte recta de caña que termina en su extremo exterior en una parte (67) de caña abocinada radialmente hacia fuera, cuya parte abocinada (67) de caña es generalmente de un espesor de pared uniforme que generalmente es igual que el espesor de pared de dicha parte recta (69) de caña, teniendo dicha parte abocinada (67) de caña sus superficies radialmente interior y exterior estrechadas progresivamente con dicha superficie interior estrechada progresivamente en un ángulo mayor, con respecto al eje de dicho miembro de bulón (12), que dicha superficie exterior.

11. El sistema de sujeción de la reivindicación 1, con dicha superficie radialmente interior estrechándose progresivamente en un ángulo de alrededor de 15º y dicha superficie exterior estrechándose progresivamente en un ángulo de alrededor de 5º.

12. El sistema de sujeción de la reivindicación 1, con dichas crestas (71) de bulón que tienen una anchura eficaz Wc de las crestas con respecto a la anchura eficaz Wg de las acanaladuras de bulón con una relación de Wc/Wg de entre alrededor de 0,150 hasta alrededor de 0,30 para dicho miembro de bulón (12) de dicho elemento d sujeción (10) variando en diámetro nominal desde alrededor de 1,27 cm (1/2 pulgada) hasta alrededor de 1,91 cm (3/4 de pulgada).

13. Un método para un elemento de sujeción (10) en dos piezas para sujetar juntas una pluralidad de piezas de trabajo (18 y 20) y una herramienta de instalación (48) para instalar el elemento de sujeción (10) y con el elemento de sujeción(10) incluyendo un miembro de bulón (12) y un collarín (14) y con dicho collarín (14) teniendo una caña (61) de collarín destinada a ser estampada en unas acanaladuras de enclavamiento (26) en dicho miembro de bulón (12) en respuesta a una fuerza axial relativa o a una carga de estampación aplicadas entre dicho miembro de bulón (12) y dicho collarín (14) por dicha herramienta de instalación (48) y que provee una intensidad prevista de carga de fijación sobre las piezas de trabajo (18 y 20) en respuesta a una intensidad predeterminada de carga de estampación, cuyo método comprende:

formar dicho miembro de bulón (12) para que tenga una caña alargada (15) destinada a situarse en unas aberturas alineadas (16 y 17) practicadas en las piezas de trabajo (18 y 20) y que termina en un extremo en una cabeza ensanchada (22) y en su extremo opuesto en una parte acanalada que comprende una pluralidad de dichas acanaladuras de enclavamiento (26) definidas por acanaladuras de bulón que se extienden circunferencialmente y en relación de asociación con unos resaltes (60) de bulón que terminan en unas crestas (71) de bulón, proveer dicha herramienta de instalación (48) de un yunque (56) de estampación, que tiene una parte de estampación eficaz de garganta,

estampar dicha caña (61) de collarín en el interior de dichas acanaladuras de enclavamiento (26) mediante dicha parte de estampación eficaz de garganta de dicho yunque (56) de estampación, por lo que las piezas de trabajo (18 y 20) se sujetan juntas para definir una unión sujeta,

cuya caña (61) de collarín se selecciona para que sea de longitud suficiente para proveer un número predeterminado de dichos resaltes de collarín acoplados con un número correspondiente de dichos resaltes (60) de bulón para tener una resistencia máxima combinada a la tracción,

cuyo volumen predeterminado de material de dicha caña (61) de collarín no se acopla totalmente a dicho fondo durante la estampación, y por tanto no llena completamente dichas acanaladuras de enclavamiento (26) después de la estampación, estando formada dicha caña (61) de collarín con una longitud suficiente para proveer un número predeterminado de dichos resaltes de collarín acoplados con un número correspondiente de dichas crestas de bulón,

cuya caña (61) de collarín está formada con un taladro interior pasante que tiene un diámetro de taladro interior con respecto al diámetro de cresta de dichas crestas de bulón para proveer una holgura mínima antes de la estampación, por lo que se minimiza la fuerza axial relativa para la estampación, y en el que dichas acanaladuras de bulón son anchas y tienen una anchura eficaz Wg con respecto a la anchura eficaz Wc de las crestas con una relación de Wc/Wg no mayor que alrededor de 0,30.

14. El método de la reivindicación 13, que comprende además las etapas de formar dichas acanaladuras de bulón para que sean anchas y tengan una profundidad radial definida por la relación de: (h/Du) x 10², donde h es dicha profundidad radial y Du es el diámetro tal como se define por dichas crestas (71) de bulón y con dicha profundidad h seleccionada con respecto a dicho diámetro Du de cresta para proveer un resultado a dicha relación no mayor que alrededor de 4, y formar dichas acanaladuras de bulón para que tengan un contorno ancho y suave del fondo,y formar un collarín tubular.