LA IMPORTANCIA DE LAS PRUEBAS DINÁMICAS DE FATIGA EN MUELLES
EL VERDADERO RETO:
Partiendo de la base de que los muelles son componentes muy especiales y complejos desde el punto de vista físico, hemos realizado varios estudios específicos sobre la influencia de las Fuerzas externas que pueden actuar sobre ellos, tanto en modo estático como dinámico.
Intrínseca en el comportamiento de los muelles, y especialmente en su utilización, es la capacidad de poder soportar deformaciones elásticas continuas, que cambian momentáneamente su dimensión constructiva en el momento de su aplicación;
Los muelles también deben ser capaces de absorber grandes cantidades de energía elástica, que debe liberarse cuando deja de aplicarse la Fuerza externa.
Es principalmente por esta razón que el estudio de su comportamiento, cuando se someten a una o varias Fuerzas externas, se vuelve crucial.
Las preguntas que nos hemos planteado son muchas, y son el resultado de una combinación de razonamientos técnicos, ligados en cualquier caso a las necesidades comerciales que el mercado impone a los fabricantes de muelles;
el verdadero reto actual es: “Producir el mejor muelle al mejor precio”, pero estamos seguros de que las siguientes preguntas, son cuestiones que se debaten a diario en el seno de cada Fábrica de muelles:
- ¿Cómo es posible evaluar el buen funcionamiento de un muelle, antes de que comience su trabajo?
- ¿Cómo es posible estar seguro de que un muelle concreto es realmente capaz de mantener el ciclo de vida útil para el que fue diseñado?
Los campos de utilización de los muelles son extremadamente amplios y variables. Uno de los ejemplos típicos de un caso de utilización muy severo es el de los muelles insertados en el interior de las válvulas de los motores de combustión interna, en los que, además de los millones y millones de ciclos que deben soportar, los muelles también deben poder resistir temperaturas elevadas, que podrían provocar el llamado fenómeno de “Revenido”.
Para conseguir estos rendimientos mecánicos tan altos de correcta deflexión y continuo aguante de ciclos a cargas unitarias muy elevadas, el fabricante de muelles debe utilizar aceros especialmente aleados, con Vanadio, Silicio y otros agentes de aleación, para obtener los denominados Aceros de alto límite elástico; sin olvidar la importancia de un correcto Tratamiento Térmico, destinado a elevar la dureza y el límite elástico.
A pesar del alto contenido de calidad exigido por los clientes, debido a la alta criticidad mecánica, los muelles deben producirse rápidamente y a costes reducidos. Estas complicaciones hacen del “componente muelle” un elemento extremadamente delicado.
En consecuencia, el control de calidad de los muelles es crucial para garantizar que el cliente reciba un producto que se ajuste al 100% a sus requisitos, y para eliminar, o al menos reducir, cualquier mal funcionamiento en el producto final que se comercializará y utilizará en la vida cotidiana.
LOS BENEFICIOS DERIVADOS DE REALIZAR PRUEBAS DINÁMICAS DE FATIGA:
Easydur, desde hace más de 35 años se ha especializado en la construcción de maquinaria de medición y cuenta con una gran experiencia relacionada con el mundo de los ensayos mecánicos sobre muelles de todo tipo. Gracias a este know-how, creemos que hoy más que nunca, es imprescindible realizar pruebas cíclicas de larga duración, (Fatiga) aptas para simular el comportamiento del resorte en su ciclo de “vida”.
Las pruebas dinámicas de fatiga en muelles, son a menudo infravaloradas, y concebidas como un ensayo prácticamente destructivo, ya que la mayoría de las máquinas de control utilizadas para este tipo de ensayos, son instrumentos mecánicos de muy pobre contenido tecnológico, sin celdas de carga ni software de control. (las llamadas máquinas “Biela-Manivela”)
Estas máquinas tienen como objetivo estresar varios muelles del mismo tipo, hasta la rotura de uno o varios de ellos, identificando únicamente el número de ‘golpes’ que han provocado la rotura de un muelle. No es posible fijar cargas y, sobre todo, no es posible identificar el momento de caída de la carga durante los ciclos.
La identificación de la relajación y la consiguiente pérdida de características elásticas de los muelles, supone un importante ahorro de tiempo y, de hecho, permite caracterizar los muelles de forma correcta.
Esto plantea una pregunta: ¿Por qué esperar a llegar a la rotura, cuando se podría llegar al objetivo mucho antes, con la identificación de la Relajación?
En el último año, hemos vendido varias máquinas, diseñadas específicamente para permitir a nuestros clientes realizar pruebas dinámicas de fatiga, controladas por nuestro software específico “EasyDynamics”, que permite simular un ciclo de vida de los muelles ensayados, de forma rápida, correcta y eficaz, facilitando la investigación y el desarrollo de nuevas soluciones de producción.
Es importante poder elaborar gráficos en función de diferentes magnitudes físicas (Fuerza, Posición, Tiempo, Velocidad, Temperatura, etc…)
GRÁFICO FUERZA / POSICIÓN
GRÁFICO FUERZA / TIEMPO
Es posible interrogar el gráfico de la sinusoide, inspeccionando sus puntos de interés, además de la configuración de parámetros de prueba como: Carrera, Velocidad, Fuerza y Frecuencia;
Estas características técnicas son ahora el factor predominante para el análisis preciso y completo de la simulación del ciclo de vida del muelle antes de su rotura.
Ejemplo de maquinaria electromecánica para ensayos de fatiga dinámica y ensayos estáticos, con sistema multicelda, con carga máxima de 50 kN
Normalmente, este tipo de máquinas están equipadas con Multicanalidad, con la posibilidad de equiparlas con varias celdas de carga y canales adicionales capaces de adquirir señales de sensores externos.
GRÁFICO FUERZA/POSICIÓN MULTICANAL
EJES DE GRÁFICOS MULTICALIDAD
Teniendo en cuenta que normalmente una prueba “cíclica de duración” requiere un plazo de tiempo considerable, también es necesario tener la posibilidad de seleccionar los Tiempos y las Frecuencias de Adquisición de datos.
Por último, pero no por ello menos importante, es absolutamente posible equipar la máquina con cámaras climáticas para “ensayos en caliente” o “criogénicas”, o cámaras con niebla salina, para ensayos con agentes agresivos.
Destacamos que, una máquina adecuada para este tipo de ensayos no puede, sin embargo, prescindir de la atención al ahorro energético, utilizando sistemas de Recuperación de energía cinética y energía potencial elástica.
Escuchando las necesidades de muchos fabricantes de muelles, nos dimos cuenta de que una herramienta de este tipo habría ayudado, sobre todo, a poner en marcha nuevos experimentos y nuevos proyectos, especialmente a la hora de producir un lote de muelles nuevos, permitiendo estudiar nuevos materiales, y tratamientos térmicos más baratos, que llevarían a la fábrica de muelles a identificar en poco tiempo, cómo producir un muelle fiable, a menor coste, con el consiguiente éxito comercial.
Al mismo tiempo, ¿por qué no dar también la posibilidad de realizar pruebas estáticas, con la misma maquinaria, con la misma precisión, y con los mismos objetivos que una “prueba de carga” clásica?
Este tipo de caracterización dinámica se recomienda no sólo para los muelles de compresión, sino también para los de tracción y torsión.
Nuestro objetivo, es estudiar soluciones innovadoras, orientadas no sólo a los controles de calidad tradicionales, sino escuchar los problemas reales de los fabricantes de muelles, y ayudarles a maximizar los plazos, manteniendo el objetivo principal de garantizar una producción “CERO DEFECTOS”.
