Pruebas y análisis de fricción, desgaste y abrasión
La fricción se produce entre las piezas móviles y se analiza comúnmente en las piezas que entran en contacto entre sí durante el funcionamiento, como los trenes de potencia de los automóviles.
La fricción provoca la generación de calor y el desgaste de estas piezas. La generación de calor y el desgaste derivados de la fricción son la causa de la mayoría de las fallas de los sistemas mecánicos, y las pérdidas económicas debidas a estas fallas no son pequeñas. Para reducir dichas pérdidas, se realizan pruebas tribológicas para evaluar las piezas y las propiedades de los materiales de las mismas.
En esta sección se presentan los métodos de prueba y medición junto con los últimos ejemplos de resolución de problemas utilizando el Microscopio Digital 4K de KEYENCE desde la perspectiva de la tribología, la ciencia del desgaste y la fricción entre superficies que interactúan en movimiento relativo.
- Pruebas de resistencia a la fricción, al desgaste y a la abrasión
- Métodos de prueba de resistencia a la fricción, al desgaste y a la abrasión
- Pruebas tribológicas
- Últimos ejemplos de observación de pruebas de resistencia a la fricción, al desgaste y a la abrasión
- La última herramienta para responder rápidamente a las demandas del mercado
Pruebas de resistencia a la fricción, al desgaste y a la abrasión
En esta prueba, una pieza de prueba y una superficie de contacto se someten a una interacción en movimiento relativo para medir el coeficiente de rozamiento* y el volumen de desgaste.
En las industrias donde las piezas entran en contacto entre sí, es fundamental para la investigación y el desarrollo evaluar los cambios en el material por medio de la fricción, el desgaste y la abrasión. Las pruebas y los análisis son necesarios para garantizar la calidad de los motores, rodamientos, lubricantes y muchos otros productos.
Coeficiente de rozamiento: Valor que muestra el impacto de la superficie de contacto en la fuerza de fricción. No tiene ninguna unidad y se representa por μ (mu). Clasificado en coeficiente de rozamiento dinámico y coeficiente de rozamiento estático, el valor varía en función del objeto y del tratamiento de la superficie.
Métodos de prueba de resistencia a la fricción, al desgaste y a la abrasión
Una prueba de fricción mide las características de fricción junto con una prueba de resistencia a la abrasión, y el resultado se calcula generalmente utilizando el coeficiente de rozamiento. Por otro lado, una prueba de desgaste mide los cambios en las condiciones causados por la fricción y el resultado se obtiene a partir de la deformación, los rayones y las muescas en las superficies que interactúan.
Hay varias formas de medir el coeficiente de rozamiento: midiendo la fuerza de fricción con un calibre, midiendo y convirtiendo la potencia de carga del motor de accionamiento, calculando a partir del comportamiento de la amortiguación de las vibraciones* por fricción, y calculando la fuerza de fricción estática máxima* a partir del ángulo en el que un objeto colocado sobre una superficie inclinada comienza a deslizarse. Estas pruebas comprueban no sólo el desgaste y la fricción, sino también la efectividad y el deterioro de los lubricantes.
Amortiguación de las vibraciones: Disminución de las vibraciones con el tiempo. También se denomina atenuación de las vibraciones.
Fuerza de fricción estática máxima: Fuerza de rozamiento generada cuando se mueve un objeto estacionario. Por el contrario, la fuerza de fricción que se produce durante el movimiento se denomina fricción dinámica, y la fricción que se produce en las bolas y agujas de los rodamientos se denomina fuerza de rozamiento de rodadura.
Pruebas tribológicas
La resistencia a la fricción se puede minimizar adoptando un enfoque multifacético que incluya la mecánica de materiales, la mecánica de fluidos de los lubricantes y la termodinámica para medir cómo la superficie se ve afectada por el calor.
La tribología es la ciencia que examina y evalúa el impacto de la fricción desde una perspectiva amplia. Las pruebas realizadas para evaluar las propiedades relevantes se denominan pruebas tribológicas.
La necesidad de las pruebas tribológicas
El calor generado por el rozamiento y la pérdida de material a causa de la fricción dan lugar a la resistencia mecánica, que se considera la principal causa de las fallas y las averías de las máquinas. La reducción y el control de la fricción y el desgaste no es simplemente un enfoque de prevención de problemas, sino una técnica fundamental para mejorar la fiabilidad y el rendimiento de los sistemas mecánicos y, por tanto, reducir las pérdidas económicas.
Características de las pruebas tribológicas
Se dice que las pruebas de desgaste y fricción a menudo dan valores característicos completamente diferentes cuando cambian la forma del espécimen, el método de prueba y las condiciones atmosféricas, incluso cuando se prueba el mismo material. Por lo tanto, para las pruebas de desgaste y fricción, es necesario conocer las condiciones en las que se produce el impacto real del objeto y realizar las pruebas utilizando condiciones similares. El rendimiento de un lubricante depende en gran medida de las propiedades físicas del lubricante y de las propiedades químicas de la interfaz. En particular, los lubricantes sólidos* tienen una mayor capacidad de carga que el aceite y la grasa, por lo que también se utilizan como aditivos del aceite y la grasa.
Las pruebas tribológicas se realizan en condiciones cercanas a las de uso, reproduciendo el entorno real en el que se produce la fricción a observar. Los materiales y la forma de las piezas se observan y evalúan de cerca durante las pruebas.
Lubricante sólido: Sustancia sólida que protege la superficie del material de la fricción y reduce el desgaste y la fricción. Algunos ejemplos de lubricantes sólidos son el disulfuro de molibdeno, el grafito y el PTFE (politetrafluoroetileno).
Últimos ejemplos de observación de pruebas de resistencia a la fricción, al desgaste y a la abrasión
Las piezas de prueba y las partes que interactúan en las pruebas de desgaste y fricción son generalmente tridimensionales y tienen superficies altamente reflectantes. Cuando se utilizan microscopios convencionales, el operador debe ser muy hábil para encontrar el enfoque adecuado y mitigar la reflexión de la superficie. Además, la evaluación cuantitativa no es posible.
Gracias a los avances tecnológicos, los microscopios digitales han resuelto los problemas de los microscopios convencionales y han mejorado significativamente la evaluación de las pruebas de fricción y desgaste.
Observación eficiente de muescas profundas en rodamientos
Las mellas se producen cuando se aplica algún tipo de impacto al rodamiento. Cuando la superficie de observación en el rodamiento no es plana, resulta muy difícil obtener un gran aumento con un microscopio convencional, y se deben realizar ajustes de enfoque que consumen mucho tiempo.
La lente HR de alta resolución y el revólver motorizado del Microscopio Digital 4K Serie VHX permiten una función de acercamiento continuo que cambia rápidamente entre lentes según el aumento en el rango de 20x a 6000x, lo que elimina la necesidad de reemplazar la lente.
- A: Observación con un Microscopio Digital
- B: Observación con un microscopio
- C: Observación de una mella en la superficie frontal
- D: Observación de una mella en la superficie posterior (500x)
La función de composición en tiempo real realiza automáticamente la composición de profundidad para enfocar todo el objeto. Con esta función, se puede realizar fácilmente una observación con gran aumento, una inspección de apariencia y una evaluación precisas y eficientes utilizando imágenes 4K completamente enfocadas.
Además, la Serie VHX realiza un seguimiento automático del aumento de la lente, lo que garantiza una gestión precisa de los datos y los registros.
Observación y medición de daños en superficies
Al realizar la observación y la medición, anteriormente los examinadores necesitaban cambiar de instrumento, lo que generaba largos tiempos de prueba.
El Microscopio Digital 4K Serie VHX no solo captura imágenes de gran aumento, sino que también permite realizar mediciones y cuantificaciones que no son posibles con los microscopios convencionales. Se pueden observar las descamaciones*, las picaduras* y otros daños en la superficie, y se pueden realizar mediciones en 2D y 3D, así como de la rugosidad de la superficie, con un solo dispositivo.
Descamación: Textura áspera y gruesa causada por el descascarillado en la superficie de la pista de rodadura y la superficie del elemento rodante que se produce debido a la fatiga de rodadura del material.
Picaduras: Agujeros en forma de motas con una profundidad aproximada de 0.1 mm (0.004") que aparecen en la superficie de la pista de rodadura.
Observación del desgaste en superficies reflectantes
Las piezas de prueba que se desgastan debido a la fricción suelen tener una superficie altamente reflectante, lo que dificulta la observación y la obtención de imágenes.
El Microscopio Digital 4K Serie VHX cuenta con funciones de eliminación de reflejos y eliminación de reflejo de anillo que eliminan la luz reflejada. El nuevo Microscopio Digital 4K les permite a los usuarios distinguir entre rayones finos, abolladuras causadas por la fricción y adherencias para permitir una comprensión más precisa de las condiciones de desgaste y fricción.
Un solo microscopio para todo, desde la observación hasta las mediciones en 2D y 3D
Con los medios de observación convencionales, los examinadores deben concentrarse en múltiples partes diferentes de objetivos tridimensionales, lo que puede hacer que se pasen por alto los daños y que diferentes operadores obtengan resultados diferentes. Además, sólo se pueden obtener mediciones en 2D, lo que impide comprender la profundidad de los defectos y rayones de la superficie.
El Microscopio Digital 4K Serie VHX no sólo permite la observación con gran aumento y las mediciones en 2D, sino que también es capaz de capturar formas 3D y realizar mediciones de perfiles. Independientemente del nivel de destreza del examinador, la Serie VHX ofrece una medición sencilla de las formas 3D, lo que mejora las capacidades de análisis.
La última herramienta para responder rápidamente a las demandas del mercado
Para responder a las necesidades de evaluación tribológica, además de las crecientes demandas en las pruebas de desgaste y fricción, es necesario establecer procesos de I+D, de mejoras de calidad, y de fabricación basados en datos de inspección rápidos y precisos.
El Microscopio Digital 4K de alta definición Serie VHX ofrece una excelente eficiencia en comparación con los microscopios convencionales y garantiza una observación, un análisis, una medición y una evaluación de mayor precisión con una sola máquina. Equipada con muchas otras funciones avanzadas, la Serie VHX puede ser una herramienta efectiva para las industrias que requieren tanto calidad como velocidad.
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