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Date post: | 31-Dec-2014 |
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Características que inciden en la fricción
a).-Sistema Tribológico: Un sistema tribológico consta de las superficies de dos
componentes que están en contacto móvil entre sí y su entorno. El tipo, progreso y
extensión del desgaste se determina por los materiales y acabados de los componentes,
cualquier material intermedio, las influencias del entorno y las condiciones
de funcionamiento
1 Objeto base
2 Cuerpo opuesto
3 Influencias del entorno: Temperatura, humedad relativa, presión
4 Material intermedio: Aceite, grasa, agua, partículas, contaminantes
5 Carga
6 Movimiento
b).-El Concepto de Rugosidad: Durante la fricción de deslizamiento e
independientemente de la rugosidad original de las superficies de trabajo, al finalizar el
asentamiento, se obtiene para cada superficie del par una rugosidad que depende de las
características de los materiales del par y de las condiciones de fricción, la cual se
conserva en toda la etapa de trabajo, bajo una estabilidad del régimen de fricción en el
proceso de asentamiento, la rugosidad inicial se transforma alcanzando una final de
explotación, la que permanece en el posterior trabajo de las superficies.
Si fuera posible, alcanzar desde la etapa de elaboración de la superficie esta
rugosidad no fuera necesario el periodo de asentamiento. Aunque siempre el
asentamiento es necesario, este puede acortarse mientras más cercana este de la
rugosidad inicial de la de trabajo, lo que a su vez reduce el desgaste, ya que el periodo
de asentamiento es superior.
c).-Contacto Elástico y Contacto Plástico: El área de la mecánica de contacto se
ocupa del análisis de los cuerpos elásticos, visco elásticos o plásticos que se encuentran
en contacto estático o dinámico. La mecánica de contacto es una disciplina fundamental
dentro de la ingeniería para el diseño de sistemas técnicos basados en la seguridad y el
ahorro de energía.
Los principios de la mecánica de contacto pueden ser aplicables en áreas como el
contacto rueda-carril, mecanismos de acoplamiento, embragues, sistemas de frenos,
neumáticos y rodamientos deslizantes, motores de combustión, articulaciones, juntas,
remodelaciones, estudio de materiales, soldadura por ultrasonidos, contactos eléctricos y
muchos otros. Los desafíos actuales en este campo incluyen desde la verificación de
resistencia entre elementos de contacto y la influencia de la lubricación y el diseño de
material en la fricción y el desgaste. Otras aplicaciones de la mecánica de contacto se
amplían al campo de la micro y nanotecnología
Contacto entre una esfera y un semi-espacio elástico
Contacto entre una esfera y un semi-espacio elastico
Una esfera elástica de radio se hunde la profundidad en un semi-espacio
elástico , creando así un área de contacto de radio . La fuerza necesaria
toma la siguiente forma ,
con
.
y son los módulos de elasticidad y son los coeficientes de Poison
asociados a cada cuerpo.
Contacto ente 2 esferas
Dado un contacto entre dos esferas de radios y , las ecuaciones siguen
válidas, con el radio definido como
.
La distribución de presiones en el área de contacto está dada por
,
con
.
El máximo esfuerzo cortante se da en el interior con para .
Contacto entre dos cilindros cruzados de mismo radio
Esto es equivalente al contacto entre una esfera de radio y un plano
Contacto entre un cilindro rígido y un semi-espacio elástico
Contacto entre un cilindro rígido y un semi-espacio elástico
Un cilindro rígido es presionado en un semi-espacio elástico, creando una
distribución de presiones descrito por
,
con
.
La relación entre la profundidad de la hendidura y la fuerza normal está dada por
.
Contacto entre una hendidura cónica rígida y un semi-espacio elástico
Contacto entre una hendidura cónica rígida y un semi-espacio elástico
En el caso del hundimiento de una hendidura cónica rígida en un semi-espacio
elástico, la profundidad de la hendidura y el radio de contacto están relacionados por
,
con definido como el ángulo entre el plano y la superficie lateral del cono. La
distribución de presiones toma la
forma .
El esfuerzo tiene una singularidad logarítmica en la punta del cono (en el centro
del área de contacto). La fuerza total se calcula
d).-Energía de Adhesión por Compatibilidad de los Materiales: En la
actualidad existen varias teorías que tratan de explicar el fenómeno de adhesión de los
adhesivos en los sustratos, actualmente no existe una teoría unificada que justifique
todos los casos, es necesario el uso y combinación de las distintas teorías para justificar
casos particulares.
Definición de adhesión – La adhesión corresponde a todas las fuerzas o
mecanismos que mantiene unido el adhesivo con cada sustrato, el término de adhesión
se refiere a una fina capa (capa límite) que existe entre el sustrato y el propio adhesivo.
En la definición de adhesión se utiliza 2 conceptos importantes a definir:
Fuerza o mecanismos que mantiene unido el adhesivo con cada sustrato.
Capa límite.
Las fuerzas o mecanismos se refieren tanto a las fuerzas creadas por las fuerzas
intermoleculares, los enlaces químicos, así como mecanismos de anclaje mediante
rugosidad, adsorción y difusión.
El fenómenos de adsorción se produce cuando parte de los polímeros del adhesivo
entra en contacto con el sustrato pero no lo atraviesan, manteniéndose unidos a este
mediante la acción de las fuerzas intermoleculares y/o enlaces químicos que se
desarrollan en la zona de adhesión denominada capa límite o interface. Podemos definir
la adsorción como la adhesión del adhesivo sin penetración al sustrato.
Por el contrario en el fenómeno de difusión parte los polímeros que conforma el
adhesivos atraviesa al sustrato, generando puntos unión y anclaje entrelazando ambos
materiales. Podemos definir la difusión como la adhesión del adhesivo con penetración
al sustrato.
La capa límite se refiere a una fina capa correspondiente a las interfaces entre el
sustrato y el adhesivo en donde se producen todas las fuerzas mencionadas
anteriormente.
La adhesión está parame trizada bajo 2 conceptos:
Energía de adhesión: Representa la suma de todas las energías producidas por las
interacciones (enlaces químicos, momentos dipolares, así como fuerzas electrostáticas y
mecanismos de anclaje, adsorción y difusión.) que se desarrollan en la capa límite.
Trabajo reversible de adhesión: Representa el trabajo que tenemos que aplicar para
superar la suma de todas las interacciones o fuerzas y mecanismos que se desarrollan en
la capa límite.
Tal y como se ha citado anteriormente, existen diversas teorías y modelos que
tratan de explicar el fenómeno de la adhesión, no existiendo actualmente un modelo
unificado sobre la adhesión que explique todos los casos, las siguientes teorías son los
modelos vigentes que explican el fenómeno de la adhesión:
Modelo mecánico
Teoría de la difusión
Teoría electrostática de la adhesión
Teoría termodinámica de la adhesión
Con objeto de garantizar la calidad de la adhesión entre dos materiales es
importante cumplir los siguientes 2 parámetros:
Elección de la preparación y limpieza adecuada al sustrato que se quiere aplicar
el adhesivo.
Elección correcta del adhesivo durante la fase del diseño, tanto por la
compatibilidad del adhesivo con el sustrato, los efectos del envejecimiento que puede
soportar el adhesivo, así como los coeficientes de expansión térmica de los sustratos.
El uso de ensayos destructivos permite evaluar la correcta adhesión de una unión
según el tipo de fractura (cohesiva, adhesiva o mixta) y el valor de la resistencia de
fractura obtenida del ensayo.
Los ensayos destructivos más habituales utilizados para evaluar la adhesión son:
Ensayos de cizalladora
Ensayos de torsión
Ensayos de pelado
Las probetas que se realizan para hacer estos tipos de ensayos pueden ser
sometidas a condiciones climáticas, químicas o físicas previamente (luz ultravioleta,
niebla salina…), con objeto de valorar el efecto del envejecimiento que puede soportar
la adhesión durante la vida en uso de la unión.
El fenómeno de la adhesión es en la actualidad estudiado en los centros de
investigación y desarrollo, dada la importancia que tiene este fenómeno en el campo de
los adhesivos, puesto que el conocimiento al completo del fenómeno de la adhesión
permitirá el desarrollo de adhesivos
e).-Acabados de las Superficies de Acuerdo al Tipo de Maquinado Utilizado:
Acabado superficial abarca es un rango amplio de procesos industriales que alteran la
superficie de un elemento de fabricación para lograr una propiedad determinada. Los
procesos de acabado puede emplearse para: mejorar la apariencia,
adhesión, soldadura , resistencia a la corrosión , resistencia , resistencia química,
resistencia al desgaste , dureza , modificar la conductividad eléctrica , y otros defectos
superficiales y control de la superficie de fricción . En casos limitados algunas de
estas técnicas pueden utilizarse para restaurar dimensiones originales para salvar o
reparar un artículo.
Los procesos de acabado de superficie pueden clasificarse por cómo afectan a la
pieza:
Quitar o remodelación de acabado
Añadir o modificar acabado
Procesos mecánicos pueden también clasificarse juntos por terminar la final de la
superficie de similitudes.
Lapeado.
En el lapeado, el abrasivo se aplica en una suspensión sobre una superficie dura.
Las partículas no pueden ser presionadas contra dicha superficie, dejándolas fijadas a la
misma, por lo que ruedan y se mueven libremente en todas las direcciones. Las
partículas de abrasivo arrancan pequeñas partículas de la superficie de la muestra,
provocando en ella deformaciones profundas. Ello es debido a que la partícula de
abrasivo, que goza de libertad de un movimiento, no es capaz de extraer una autentica
"viruta" de la superficie de la muestra. Por dicha razón, la velocidad de eliminación de
material (la cantidad de material que es eliminado en un determinado periodo de tiempo)
es muy baja durante el lapeado, lo que hace que los tiempos de preparación sean muy
largos. En el caso de los materiales blandos, las partículas de abrasivos a menudo son
introducidas a presión en la superficie de la muestra, en la que quedan firmemente
incrustadas. Tanto las deformaciones profundas como los gránulos incrustados son
defectos extremadamente poco deseables en la preparación de muestras material
gráficas. Por las razones expuestas anteriormente, el lapeado solo se utiliza para la
preparación de materiales quebradizos muy duros, como los materiales cerámicos y las
muestras mineralógicas.
Proceso de lapeado.
Tres posiciones de una superficie de abrasivo, pasando sobre la superficie de la
muestra, rodando. Posición 1: La partícula empieza a introducirse en la superficie de la
muestra. Posición 2: La partícula rueda y extrae un fragmento del material de la muestra
por percusión. Debido al "efecto de martilleo" se producen deformaciones importantes
en el material de la muestra. Posición 3: La partícula sigue rodando sin tocar ya la
superficie de la muestra. Cuando la partícula vuelve a pasar de nuevo sobre la muestra,
es extraído un nuevo fragmento, más pequeño o más grande, en función de la forma de
la partícula.
Esmerilado.
El esmerilado consiste en la eliminación del material, mediante la utilización de
partículas de abrasivos fijas, que extraen virutas del material de la muestra.
El proceso de extracción de virutas con una grano de abrasivo de aristas vivas provoca el
menor grado de deformación de la muestra, proporcionando simultáneamente la tasa
mas alta de eliminación de material. El pulido utiliza básicamente el mismo mecanismo
que el esmerilado.
Pulido.
El pulido, como proceso, se ha descrito ya anteriormente junto con el esmerilado.
El pulido incluye los últimos pasos del proceso de preparación. Utilizando de forma
sucesiva tamaños de grano cada vez más pequeños y paños cada vez más elásticos, el
pulido permite eliminar todas las deformaciones y rayas provocadas por el esmerilado
fino. El riesgo del pulido radica en la aparición de relieves y en el redondeo de los
bordes, como consecuencia de la elasticidad de los paños. Dichos inconvenientes se
reducen utilizando unos tiempos de pulido tan cortos como sea posible
Desbarbado.
Las rebabas o barbas son montículos delgados que se forman en los bordes de una
pieza debido al maquinado, al cizallado de láminas y en el recorte de forjas y piezas
fundidas.
Entre sus efectos perjudiciales están: interferir con el ensamble de las partes,
ocasionar atascamientos de las mismas, des alineamientos, y cortocircuitos en
componentes eléctricos, además, pueden reducir la vida a la fatiga de los componentes.
En forma tradicional, éstas se han quitado siempre manualmente, lo cual puede
ocupar hasta un 10% del costo de la pieza. En general, la economía del desbarbado
depende de del grado de desbarbado requerido, la complejidad de la parte y el lugar de
las barbas, así como de la cantidad de las partes.
Abrillantado.
Es muy parecido al pulido, sólo que se realiza con partículas muy finas sobre
discos suaves de tela o piel. El abrasivo se suministra externamente con un lápiz de
compuesto abrasivo.
Rectificado.
El rectificado es un proceso de remoción de virutas que utiliza un grano abrasivo
individual como herramienta de corte. Las principales diferencias entre las acciones de
grano y de herramienta de una punta son las siguientes:
1. Los granos abrasivos individuales tienen formas irregulares y están a distancias
aleatorias en la periferia de la piedra.
2. El ángulo promedio de ataque de los granos es muy negativo, como por ejemplo
– 60º o menos, lo que hace que las virutas del material sufran una deformación mayor
que en los otros procesos de corte.
3. Las posiciones radiales de los granos varían.
4. Las velocidades de corte son, en general, muy altas, del orden de 30 m/s.
Maquina rectificadora
Electro pulido.
El electro pulido es un tratamiento superficial mediante el cual el metal a ser
pulido actúa como ánodo en una celda electrolítica, disolviéndose. Con la aplicación de
corriente, se forma un film polarizado en la superficie metálica bajo tratamiento,
permitiendo a los iones metálicos difundir a través de dicho film. Las micro y macro
proyecciones, o puntos altos de la superficie rugosa, lo mismo que zonas con rebabas,
son áreas de mayor densidad de corriente que el resto de la superficie, y se disuelven a
mayor velocidad, dando lugar a una superficie más lisa, nivelada y/o rebabada.
Simultáneamente, y bajo condiciones controladas de intensidad de corriente
y temperatura, tiene lugar un abrillantamiento de la superficie.
En aleaciones, como el acero inoxidable, se tiene además la ventaja adicional que,
al ser el hierro un metal que se disuelve fácilmente, se incrementa el contenido de cromo
y níquel en la superficie, aumentando así la resistencia a la corrosión.
En una escala macroscópica, el contorno de una superficie maquinada se puede
considerar como una serie de picos y valles. La profundidad de los mismos y la distancia
entre los picos dependen de los métodos utilizados para producir la superficie.
En una escala microscópica, la superficie es aún más compleja, con pequeñas
irregularidades sobrepuestas a los picos y valles.
Con el fin de producir una superficie verdaderamente lisa, ambos tipos de
irregularidades (macroscópicas y microscópicas) deben ser eliminadas.
Así, las funciones de un proceso de pulido ideal se pueden distinguir como:
a) Alisado: eliminación de las irregularidades a gran escala (tamaño superior a 1
micrón).-
b) Abrillantado: remoción de pequeñas irregularidades de un tamaño inferior a
centésimas de micrón.-
Galvanizado.
La galvanización en caliente es un proceso mediante el que se obtiene un
recubrimiento de zinc sobre hierro o acero, por inmersión en un baño de zinc fundido, a
una temperatura aproximada de 450º C. A esta operación se la conoce también como
galvanización por inmersión o galvanización al fuego. El proceso de galvanizado tiene
como principal objetivo evitar la oxidación y corrosión que la humedad y
la contaminación ambiental pueden ocasionar sobre el hierro.
Muleteado.
Muleteado de una superficie es la terminación que se le da a la misma para
facilitar el agarre.
Puede realizarse por deformación, extrusión o por corte, este último de mayor
profundidad y mejor acabado.
Anodizado.
El proceso de anodizado consiste en obtener de manera artificial películas de óxido
de mucho más espesor y con mejores características de protección que las capas
naturales, estas se obtienen mediante procesos químicos y electrolíticos. Artificialmente
se pueden obtener películas en las que el espesor es de 25/30 micrones en el tratamiento
de protección o decoración y de casi 100 micrones con el procedimiento de
endurecimiento superficial (Anodizado Duro).
Podemos decir que el proceso de anodizado consiste en formar artificialmente una
capa de óxido de aluminio en la superficie del metal, este procedimiento llevado a cabo
en un medio sulfúrico produce la oxidación del material desde la superficie hacia el
interior, como dijimos anteriormente el material que produce la oxidación, es oxido de
aluminio, muy característico por su excelente resistencia a los agentes químicos, dureza,
baja conductividad eléctrica y estructura molecular porosa, esta última junto con las
anteriores, es la que nos permite darle una excelente terminación, características que la
hacen adecuada y valiosa a la hora de elegir un medio de protección para este elemento.
Tabla de acabado superficial de acuerdo al material y tipo de acabado.
Conceptos generales.
. La rugosidad superficial. Es el conjunto de irregularidades de la superficie real,
definidas convencionalmente en una sección donde los errores de forma y las
ondulaciones han sido eliminados.
. Superficie real: Es la superficie que limita el cuerpo y lo separa del medio que lo
separa.
. Superficie geométrica: Superficie ideal cuya forma está especificada por
el dibujo y/o todo documento técnico.
Superficie de referencia. Superficie a partir de la cual se determinan los
parámetros de rugosidad. Tiene la forma de la superficie geométrica. Se puede calcular
por el método de mínimos cuadrados.
Perfil real: es la intersección de la superficie real con un plano normal.
Ondulaciones. Procedentes de holguras y desajustes en las máquinas-
herramienta que fabricaron la pieza.
Altura de una cresta del perfil: Distancia entre la línea media y el punto más
alto de una cresta respecto a la dirección de las alturas.
Altura máxima de una cresta, Rp: Distancia del punto más alto del perfil a la
línea media, dentro del. Profundidad máxima de un valle, Rm: Distancia del punto más
bajo del perfil a la línea media, dentro del.
Altura máxima del perfil, Rmax: Máxima distancia entre la cresta más alta
(Rp) y el valle más bajo (Rm).