PROCEDIMIENTO PARA CLINCHAR PIEZAS METÁLICAS GRUESAS Y UTILIZACIÓN DE UNA HERRAMIENTA DE CLINCHADO.

Procedimiento para clinchar piezas metálicas gruesas y utilización de una herramienta de clinchado La invención se refiere a un procedimiento para clinchar piezas metálicas gruesas según el preámbulo de la reivindicación 1 y a la utilización de los clinchados correspondientes en la construcción metálica según el preámbulo de la reivindicación 9. El procedimiento de clinchado es bien conocido desde hace tiempo. Este procedimiento también se denomina unión por forzamiento. El clinchado es una tecnología de unión por técnicas de deformación que, dependiendo de la forma de realización, no requiere una pieza de unión auxiliar. En el clinchado existen diversas variantes de realización para el elemento de unión. El clinchado se puede caracterizar de la siguiente manera: en función de la configuración del elemento de unión: clinchado con y sin elemento de corte; - en función de la forma de la matriz: matriz rígida y de apertura; - en función de la cinemática de herramienta: clinchado en una y en varias etapas. En lo expuesto más adelante se trata principalmente el clinchado sin elemento de corte. Este procedimiento tiene determinadas ventajas con respecto a los procedimientos convencionales utilizados para unir chapas u otras piezas, tales como soldadura, soldadura por puntos, remachado o remachado ciego y la utilización de remaches estampados. En comparación con los procedimientos de unión convencionales, el clinchado sin elemento de corte es más favorable teniendo en cuenta el coste por unión. El documento US 2006/0096075 A1 da a conocer el clinchado de chapas y otras piezas metálicas con espesores superiores a 4 mm. Sin embargo, tal como se ha comprobado en el marco de la presente invención, en dicho procedimiento conocido las fuerzas de apriete son muy grandes, lo que puede producir daños en las chapas o en las piezas metálicas. El objetivo de la invención consiste en proporcionar un procedimiento de clinchado de chapas y vigas de chapas gruesas, preferentemente con espesores mayores de 4 mm, con menores fuerzas de apriete con el fin de poder utilizar en el futuro el clinchado de forma fiable también en la construcción de elementos de acero, donde lo importante es que las piezas correspondientes puedan soportar grandes momentos y fuerzas. Dicho de otro modo, se ha de lograr que el clinchado pueda emplearse con piezas metálicas portantes y resistentes y también para piezas metálicas de carga. Las piezas metálicas gruesas se han de unir entre sí de tal modo que se consiga un destalonado óptimo y el mayor grosor de cuello posible para asegurar una resistencia adecuada a la unión clinchada. Además se proporcionan las utilizaciones correspondientemente optimizadas de la unión por clinchado y los elementos de construcción metálica así producidos. Este objetivo se resuelve: ES 2 365 373 T3 en cuanto al procedimiento, mediante las características indicadas en la reivindicación 1, y en cuanto a la utilización, mediante las características indicadas en la reivindicación 2. Las reivindicaciones dependientes correspondientes circunscriben o definen ejemplos de realización ventajosos y perfeccionamientos de la invención. De acuerdo con la invención, es posible unir por clinchado, con fuerzas de apriete reducidas, chapas y vigas de acero o perfiles de acero (denominados aquí en general como piezas metálicas) para así producir con fiabilidad elementos de construcción metálica estables y resistentes, teniendo las piezas metálicas en conjunto un espesor de pieza total (tt) mayor o superior a 8 mm. Sólo con las piezas metálicas correspondientemente gruesas y con el procedimiento de unión por clinchado según la invención se pueden producir de forma fiable elementos de construcción metálica con suficiente capacidad de carga y estabilidad. Para posibilitar esto, se han perfeccionado y optimizado las herramientas de unión por clinchado. Las herramientas según la invención se caracterizan por tener un troquel cónico con dos zonas de transición, presentando la zona de transición en la zona de las caras frontales extremas un ángulo mayor que la zona de transición superior unida a ella. El ángulo de flanco más grande puede ser menor o igual a 10 grados y se puede transformar en un ángulo de flanco de 5 grados a cero grados. El diámetro de este troquel oscila preferentemente entre 10 mm y 35 mm. Son especialmente preferentes diámetros entre 12 mm (14 mm, 16 mm, 18 mm) y 20 mm o 25 mm, dependiendo estos diámetros del grosor de las piezas metálicas a unir y de la resistencia o fuerza de tracción necesarias. 2 ES 2 365 373 T3 Gracias a la presente invención, la unión por clinchado se convierte en una alternativa real para la soldadura, que hasta ahora se viene utilizando, en la mayoría de los casos, para la unión de piezas gruesas (por ejemplo chapas St-37, St-44, St-52, St-70 o chapas EN-S235, S275, S355, S460) o vigas (espesor > 4 mm). No obstante, la unión por clinchado también puede sustituir a las uniones por remaches o tornillos. De acuerdo con la invención, se pueden clinchar entre sí chapas, perfiles, vigas y otros elementos metálicos individuales o piezas metálicas de diferentes grosores y diferentes materiales. La unión de dos piezas metálicas mediante el clinchado se produce exclusiva y directamente a partir del material o los materiales de las piezas metálicas a unir. Los elementos conectados mediante clinchado se denominan aquí "elementos de construcción metálica unidos por clinchado". La presente invención permite ahora utilizar conexiones en mayor medida piezas metálicas, por ejemplo uniones sobre vigas de acero con perfiles de chapa o piezas de chapa o tiras de chapa, también en la construcción de ascensores y escaleras mecánicas, donde, entre otras cosas, parte de la cabina del ascensor o de la celosía o armazón de una escalera mecánica se pueden producir mediante técnicas de clinchado. No obstante, también se pueden unir mediante técnicas de unión por clinchado diferentes elementos de montaje portantes, por ejemplo en un armazón, bastidor, consola, escultura, chasis o marco de soporte o carga. Por ejemplo, mediante la unión por clinchado se pueden colocar revestimientos de chapa (paneles) sobre elementos de soporte. Con la presente invención se crea una unión inseparable entre dos piezas metálicas que, además, logra altas fuerzas de sujeción (fuerzas de tracción y de cizallamiento). Bajo una carga dinámica, se demuestra que los elementos de construcción metálica unidos por clinchado así producidos presentan un comportamiento de carga claramente mejor que el de uniones realizadas mediante soldadura por puntos. De acuerdo con la invención, se pueden unir entre sí sin problemas materiales revestidos y también no revestidos, lo que abre nuevas posibilidades para la selección de los materiales, en particular en la construcción de ascensores y escaleras mecánicas. Por ejemplo, se pueden unir entre sí chapas y/o vigas de acero galvanizadas, lacadas o revestidas de plástico, sin que el revestimiento experimente daños perceptibles debido a la unión por clinchado. Los componentes metálicos o las piezas metálicas por separado también se pueden proveer de un revestimiento antióxido antes de que se unan o de unirse entre sí mediante clinchado formando un elemento de construcción metálica más grande. Otra ventaja de la unión por clinchado consiste en que, para producir la unión, no se requiere ninguna perforación previa ni elementos de unión o piezas de unión o materiales de unión auxiliares. No obstante, la ventaja principal de la unión por clinchado en comparación con los procedimientos convencionales es el bajo coste de la unión. Además, no se produce ninguna aportación o incorporación de calor en las piezas a unir, de modo que se evitan deformaciones, quemaduras y modificaciones estructurales, lo que resulta especialmente ventajoso por ejemplo en caso de elementos de construcción metálica grandes y largos, como armazones, celosías, chasis de molde, bastidores de seguridad, bastidores portantes o armazones de transporte. A continuación se describen otros detalles y ventajas de la invención por medio de un ejemplo de realización y con referencia a las figuras. En las figuras: Fig. 1: representación esquemática muy simplificada del troquel de una herramienta de clinchar y dos piezas metálicas unidas entre sí por clinchado; Fig. 2A: representación esquemática de un primer paso de clinchado según la invención, no están representadas las zonas de transición del troquel; Fig. 2B: representación esquemática de un segundo paso de clinchado según la invención, no están representadas las zonas de transición del troquel; Fig. 2C: representación esquemática de un tercer paso de clinchado según la invención, no están representadas las zonas de transición del troquel; Fig. 3A:... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para producir una unión de construcción de acero de alta capacidad de carga, donde, mediante una herramienta de estampado (20) y una herramienta complementaria (30), se conforma una unión local por clinchado (13) que conecta una primera pieza metálica (11; 6.1, 6.2; 7.1) con una segunda pieza metálica (12; 6.3, 6.4, 6.5, 6.6; 7.2, 7.3), que incluye los pasos de: colocar una sobre otra y alinear la primera pieza metálica (11; 6.1, 6.2; 7.1) y la segunda pieza metálica (12; 6.3, 6.4, 6.5, 6.6; 7.2, 7.3) sobre una superficie de procesamiento de la herramienta complementaria (30); aproximar un troquel de la herramienta de estampación (20); hundir el troquel en las dos piezas metálicas (11; 12; 6.1, 6.3; 6.4; 6.2, 6.5, 6.6; 7.1, 7.2, 7.3) hasta que se conforma la unión local por clinchado (13); extraer el troquel, ES 2 365 373 T3 presentando la primera pieza metálica (11; 6.1, 6.2; 7.1) un primer espesor de pieza (t1) y la segunda pieza metálica (12; 6.3, 6.4, 6.5, 6.6; 7.2, 7.3) un segundo espesor de pieza (t2), que juntos dan como resultado un espesor de pieza total (tt) mayor de 8 mm; y estando diseñado el troquel con simetría de rotación con respecto a un eje de rotación (24) y presentando el mismo al menos una zona de transición cónica (21, 22) que se estrecha en el sentido de hundimiento del troquel con un ángulo (W, W1, W2), caracterizado porque el ángulo de flanco (W, W1, W2) pasa de un primer ángulo (W1) en una zona de transición cónica inferior (21) (que conduce a la superficie extrema frontal (23)) a un segundo ángulo (W2) en una zona de transición cónica superior (22), siendo el primer ángulo (W1) mayor que el segundo ángulo (W2), y porque, durante la conformación, la zona de transición cónica superior (22) del troquel también se hunde al menos parcialmente en las piezas metálicas (11, 12). 2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque se trata de una unión de construcción de acero en la que se utiliza un perfil de acero, una viga de acero, una chapa de acero, un tubo conformado, una chapa (acero inoxidable, aluminio, cobre) o un perfil de chapa de acero (6.1, 6.2; 7.1) como primera pieza metálica (11) y una chapa de acero, un perfil de acero, un tubo conformado, una chapa (acero inoxidable, aluminio, cobre) o un perfil de chapa de acero (6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 7.2, 7.3) como segunda pieza metálica (12). 3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el primer espesor de pieza (t1) es mayor que el segundo espesor de pieza (t2), siendo preferentemente el primer espesor de pieza (t1) mayor o igual a 4 mm y el segundo espesor de pieza (t1) mayor o igual a 3 mm. 4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se elige un troquel cuya zona de transición cónica (21, 22) tiene una longitud L que depende del espesor de pieza total (tt) de la siguiente manera: 0,3 tt L 2 tt, siendo L preferentemente más corta y más pequeña que tt y en un caso preferente L 0,5 tt. 5. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se elige un troquel cuyo diámetro (D2) oscila entre 10 y 30 mm o 35 mm en caso de un espesor de pieza total (tt) mayor de 8 mm, oscilando dicho diámetro (D2) preferentemente entre 12 y 20 mm o 25 mm (inclusive). 6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque para extraer el troquel se utiliza un separador (40) que permite la separación después de la unión por clinchado de las piezas metálicas (11; 6.1, 6.2; 7.1; 12; 6.3, 6.4, 6.5, 6.6; 7.2, 7.3). 7. Procedimiento según la reivindicación 5 y/o 6, caracterizado porque, antes de la separación, el separador (40) se dispone contra una superficie (15) de la primera pieza metálica (11; 6.1, 6.2; 7.1) y porque durante la separación se aplica una fuerza de separación contra las piezas metálicas (11; 6.1, 6.2; 7.1; 12; 6.3, 6.4, 6.5, 6.6; 7.2, 7.3) mediante el separador (40), mientras que una fuerza de carrera de vuelta que actúa en sentido contrario tira del troquel hacia atrás, siendo la fuerza de separación inferior a 45 kN en caso de un espesor de pieza total (tt) mayor de 8 mm. 8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se utilizan simultáneamente dos troqueles del mismo tipo dispuestos uno junto al otro y, después de hundir y extraer el troquel, la primera pieza metálica (11; 6.1, 6.2; 7.1) y la segunda pieza metálica (12; 6.3, 6.4, 6.5, 6.6; 7.2, 7.3) quedan unidas mediante dos uniones por clinchado (13) adyacentes. ES 2 365 373 T3 9. Utilización de una herramienta de unión por clinchado (20) para producir un elemento de construcción de acero (5; 50) con capacidad de carga a partir de dos piezas metálicas (11; 6.1, 6.2; 7.1; 12; 6.3, 6.4, 6.5, 6.6; 7.2, 7.3), estando unidas entre sí las piezas metálicas (11; 6.1, 6.2; 7.1; 12; 6.3, 6.4, 6.5, 6.6; 7.2, 7.3) mediante al menos una unión por clinchado (13) y presentando la herramienta de unión por clinchado (20) un troquel con 5 una zona de transición cónica (21, 22) con un ángulo de flanco (W, W1, W2), caracterizada porque el ángulo de flanco (W, W1, W2) pasa de un primer ángulo (W1) en una zona de transición cónica inferior (21) (que conduce a la superficie extrema frontal (23)) a un segundo ángulo (W2) en una zona de transición cónica superior (22), siendo el primer ángulo (W1) mayor que el segundo ángulo (W2), y porque, durante la conformación, la zona de transición cónica superior (22) del troquel también se hunde al menos parcialmente en las piezas metálicas 10 (11, 12), de modo que la superficie frontal (23) del troquel del lado de la pieza presenta un diámetro (D1) en el lado de la pieza ligeramente más pequeño que el diámetro (D2) del troquel en el lado de la herramienta. 10. Utilización según la reivindicación 9, caracterizada porque una primera pieza (11; 6.1, 6.2; 7.1) del elemento de construcción metálica (5; 50) presenta un primer espesor de pieza (t1) y una segunda pieza (12; 6.3, 6.4, 6.5, 6.6; 7.2, 7.3) del elemento de construcción metálica (5; 50) presenta un segundo espesor de pieza (t2), siendo 15 el primer espesor de pieza (t1) mayor que el segundo espesor de pieza (t2), preferentemente siendo el primer espesor de pieza (t1) mayor o igual a 4 mm y el segundo espesor de pieza (t2) mayor o igual a 3 mm, y siendo el espesor de pieza total (tt) superior a 8 mm. 11. Utilización según la reivindicación 9 y/o 10, caracterizada porque la primera pieza (11) es un perfil de acero, una viga de acero, una chapa de acero, un tubo conformado, una chapa (acero inoxidable, aluminio, cobre) o 20 un perfil de chapa de acero (6.1, 6.2; 7.1) y la segunda pieza metálica (12) es una chapa de acero, un perfil de acero, un tubo conformado, una chapa (acero inoxidable, aluminio, cobre) o un perfil de chapa de acero (6.3, 6.4, 6.5, 6.6, 7.2, 7.3). 12. Utilización según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 9 a 11, caracterizada porque la unión por clinchado (13) está dimensionada para una carga de tracción de al menos 40 kN. 11 ES 2 365 373 T3 12 ES 2 365 373 T3 13 ES 2 365 373 T3 Troquel Troquel Troquel 14 (anulada) ES 2 365 373 T3 ES 2 365 373 T3 16 ES 2 365 373 T3 17