Afilado de herramientas cortantes para la industria de la madera (vol 2)

LUIS ALVEIRO PATIÑO A.Ingeniero Mecánico

AFILADO DE HERRAMIENTAS CORTANTESPARA LA INDUSTRIA DE LA MADERA


Junio del 2012Medellín – Colombia

Volumen II

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CONTENIDO

Pág.

TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO………………………………………………. 3 TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO Y VELOCIDAD

CIRCUNFERENCIAL O PERIFÉRICA. …………………………………….. 6 CLASIFICAR CORREAS SEGÚN LA FORMA Y SEGÚN LA NORMA…….…15 CORREA CLÁSICA…………………………………………………………….. 43 VELOCIDAD PERIFÉRICA Ó VELOCIDAD CIRCUNFERENCIAL……….......51 RECOMENDACIONES GODYEAR PARA VERIFICACIÓN

DIMENSIONAL DE LAS CORREAS Y POLEAS. VARIACIONES – TOLERANCIAS…………………..………………………...... 54

SECUENCIA DEL ACERO ………….………………………………………….. 58 EL ACERO……………………………….……………………………………... 59 TABLA COMPARATIVA DE ACEROS ESPECIALES………...……………..… 84 ACEROS PARA HERRAMIENTAS…………………….……...……………..… 88 TRATAMIENTOS TÉRMICO………………………………..……………….…….89 DUREZA DE LOS MATERIALES………………………………………………… 96 BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………….…..... 110

TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO

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Para todo operario debe ser muy importante conocer, las r.p.m a las que gira la herramienta de la maquina que opera en ese momento para lograrlo es necesario conocer y aplicar la siguiente fórmula: n1 x d1 = n2 x d2

Conozcamos cada una de sus partes:

n1 = son las r.p.m del motor de la máquina que se opera.d1 = diámetro de la polea que posee el motor en ése momento (puede ser en

mm o en pulgadas).n2 = son las r.p.m del eje por la herramienta de la máquina, que se calcula.d2= diámetro de la polea que posee el eje porta herramienta (puede ser en mm

o en pulgas). Las mismas unidades que utiliza en la polea motriz (d1))

Vamos a efectuar varios ejemplos, para que lo anterior quede más claro.Tenemos una planeadora con los siguientes datos: Motor de 1750 r.p.m, con una polea de 8" y un eje porta herramienta del cual no conocemos sus r.p.m. Dicho eje posee una polea de 3". Necesitamos conocer las r.p.m del eje porta herramienta.

Como procedemosTenemos la fórmula: n1 x d1 = n2 x d2

Los datos del problema:Motor: 1750 r.p.m = n1Polea motriz (polea del motor) = d1Polea conducida (polea del eje porta hta) = d2r.p.m del eje porta hta. = d1 = (no conocemos)

Fórmula: N1 x d1 = n2 x d2

Conocemos: n1 = 1750 r.p.m d1 = 8" d2 = 3"

No conocemos: n2 = ?

Entonces

n2 = n1 x d1 = 1750 r.p.m x 8" = 4.666 r.p.m. d2 3"

n2 = 4.666 r.p.m estas son las r.p.m del eje porta hta.

OTRO EJEMPLO.

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Tenemos una sierra circular con los siguientes datos: Motor de 1.775 r.p.m. y una polea motriz de 9" y una polea conducida de 3". Cuáles son las r.p.m del eje porta herramienta?

Datos del problemaMotor 1.775 r.p.m = n1Polea motriz (polea del motor) = d1Polea conducida (polea del eje porta hta.) = d2r.p.m del eje porta hta = n2 (no la conocemos).

Fórmula: N1 x d1 = n2 x d2

Conocemos: n1 = 1.775 r.p.m d1 = 9" d2 = 3"No conocemos: n2 = ?

Entonces:

n2 = n1 x d1 = 1.775 r.p.m. x 9" = 5.325 r.p.m d2 3"

n2 = 5.325 r.p.m. Estas son las r.p.m del Eje Porta Herramienta.

OTRO EJEMPLO:Tenemos un cepillo que posee un motor de 1.725 r.p.m y una polea motriz de 7". El eje porta herramienta tiene 3"Verificar las r.p.m del eje porta herramienta.

Datos del ProblemaMotor de 1725 r.p.m. = n1Polea motriz (polea de motor) = d1Polea conducida (polea del eje porta herramienta) = d2r.p.m. del eje porta herramienta = n2 (no la conocemos)

Fórmula: n1 x d1 = n2 x d2Conocemos: n1 = 1.725 r.p.m di = 7" d2 = 3"No conocemos: n2 = ?

Entonces:

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n2 = n1 x d1 = 1.725 r.p.m. x 7" = 4.025 r.p.m. d2 3"

n2 = 4.025 r.p.m. Estas son las r.p.m del Eje Porta Herramienta.

Es importante anotar que la fórmula que hemos utilizado en los 3 problemas anteriores, también podemos utilizarla para otros casos, por ejemplo:

• para averiguar la polea motriz tendríamos:

d1 = n2 x d2n1

Hay que resaltar que este caso debemos conocer n2, d2 y n1.

• Para averiguar r.p.m. del motor tendríamos:

n1 = n2 x d2 d1

Se debe tener como conocidos a d1, n2 y d2

• Para averiguar la polea conducida tendríamos:

d2 = n1 x d1 n2

Se resalta que se debe conocer a n1, d1 y n2

TRANSMISIÓN DE MOVIMIENTO Y VELOCIDAD CIRCUNFERENCIAL O

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PERIFÉRICA.

Es muy importante conocer que R.P.M. tiene un eje, donde se va montar una herramienta de corte. Cuando se calcule la V.C. (Velocidad de corte), conociendo el diámetro de la misma, nos lleva a utilizar la máquina con más seguridad, sin temor de un posible accidente, por las razones anteriores.

Gracias a los cambios en los diámetros de las poleas en los sistemas de transmisión, podemos obtener RPM en el eje conducido de acuerdo con las necesidades o con la herramienta que vayamos a montar, ya que los motores eléctricos de comente alterna tienen pocas posibilidades en cuanto a las RPM; éstos pueden ser:• De baja con RPM de 1125 a 1750.• De alta con RPM de 3400 a 3600.

Nota: La potencia no incide en las RPM.

CÁLCULO DE RPM.

Para calcular a que RPM se encuentra girando el eje porta herramienta de una máquina convencional para procesar madera, debemos utilizar la siguiente relación:

Donde:N1 = RPM del eje conductor (RPM motor).D1 = Diámetro polea conductora.N2 = RPM del eje conducido.D2 = Diámetro polea conductora.

En cualquier sistema podemos tomar la medida de D1 y D2; y podemos leer las RPM del motor, faltando solamente conocer N2; pero conociendo los tres valores anteriores podemos despejarla de la siguiente forma:

Ejemplo: Calcular N2 con los siguientes datos:

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N1 x D1 = N2 x D2

N1 x D1 = N2 D2


N1 = 1750 RPM D1 = 6" D2 = 3"

Contando con el prototipo "Dispositivo de poleas", podemos hacer el montaje directo de poleas de 3" para el eje conductor, y de 6" para el eje conducido. Conocemos RPM del eje conductor por la placa del motor que nos entrega dicha información. Con el sistema apagado podemos dar respuesta a las siguientes preguntas:1. Por cada vuelta de la polea conductora cuántas vueltas da la polea conducida?2. Qué pasa si la polea conductora tiene mayor diámetro que la polea conducida?3. Qué pasa si tiene menor diámetro?4. Qué pasa si ambas poleas tienen igual diámetro?

Luego podemos encender el sistema y verificar con una herramienta medidora de revoluciones como es el tacómetro y comparar:• Que las revoluciones del motor correspondan a las que dice en la placa.• Que las revoluciones del eje conducido correspondan a las calculadas en el

ejemplo anterior.

Nota: Existe un margen de tolerancia del 5% en el número de revoluciones por minuto por exceso o por defecto sin ninguna incidencia en el sistema.

En éste primer caso tenemos una relación directa del alumno con el prototipo, con la posibilidad de montar, medir, verificar, experimentar y visualizar resultados.

Nota: Intercambiar otros diámetros de poleas y repetir los pasos anteriores de cálculo, preguntas y verificación en el prototipo.

CALCULO DE LONGITUD DE BANDA.

El elemento de unión entre los ejes conductor y conducido se llama banda o correa de transmisión; ésta debe ajustar en las poleas respectivas y su ajuste debe ser preciso y tener una tensión adecuada.

Existen varios tipos de bandas entre las que mencionamos las siguientes:

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(1750 x 6) = N2 3 3500 = N2


• Banda en V tipo A, B, C, D para transmisión de potencia y velocidad.• Banda plana para transmisión de alta velocidad.• Banda dentada para transmisión de velocidad y sincronismo.• Banda de sección redonda para sistemas de arranque y marcha.• Banda de eslabones para transmisión de potencia.

De acuerdo con el tipo de máquina, diseño, función y operación se selecciona el tipo de banda para el sistema de transmisión; por éstas mismas razones sus longitudes son también diferentes y se hace necesario calcular exactamente su medida para lograr el ajuste del sistema evitando pérdidas de potencia por ficción, o deterioro de partes del sistema por exceso de tensión. Para calcular la longitud de banda lo más aproximado posible utilizaremos la siguiente fórmula:

Contando con el prototipo "Dispositivo de poleas" con el sistema montado y la banda tensionada, aplica la fórmula tomando los datos respectivos y calcule la longitud de banda. (Recuerde que todas las unidades de longitud deben ser en pulgadas). Compare el valor obtenido con la longitud que aparece marcada en la banda, (valores cercanos). Esta práctica nos permitirá calcular la longitud de banda para cualquier sistema.

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Nota: Todos los sistemas de transmisión cuentan con un soporte ranurado para el motor que permite desplazarlo para dar tensión a la banda; en el momento de calcular la longitud de banda procure que la distancia entre ejes sea la misma posible para lograr la tensión y compensar el estiramiento de las bandas por efectos del trabajo.

TENSIÓN DE MONTAJE.

La tensión de montaje es de gran importancia ya que un exceso de tensión en el sistema puede provocar desgastes prematuros en bandas y poleas o desgastes en los sistemas de rodadura de las máquinas tanto en el motor como en los ejes; y una baja tensión de las bandas, puede producir deslizamientos y fricción en la canal de las poleas, generando pérdidas de potencia y deterioro de bandas y poleas. La fórmula general para determinar la tensión de poleas corresponde al 10% de la distancia entre centros pero comúnmente la tensión ideal se logra cuando las bandas en su punto medio de montaje tienen una elongación aproximada de una pulgada, cuando se ejerce sobre ellas una presión moderada.

Contando con el prototipo se puede experimenta los distintos casos y observar los resultados para la tensión de las bandas.

TIPO DE POLEA Y SECCIÓN DE BANDA

Los factores de diseño, la carga máxima de trabajo, la potencia a transmitir son entre otros los factores que se deben tener en cuenta que tipo de polea se debe montar a un sistema de transmisión al igual que el tipo correa y el número de canales.

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La relación es que en la medida en que la potencia a transmitir es mayor se debe considerar el aumento de la sección de poleas y correas como el número de canales.

Teniendo el prototipo "Dispositivo de poleas" observe físicamente las características de sección de poleas y correas; analice su ajuste y deduzca que puede ocurrir si no hay correspondencia entre el tipo de polea y la sección de correa.

POLEAS EN CARACOL

Las poleas en caracol son utilizadas en los sistemas de transmisión de máquinas que requieren una variación de RPM más amplia para el eje conducido como es el caso de taladros, trompos y tomos entre otros; variación que se hace necesaria por los diferente diámetros de las herramientas de corte, siendo conveniente

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aumentar o disminuir las RPM de funcionamiento para lograr las condiciones óptimas de la herramienta.

Las características de las poleas en caracol es que tienen iguales medidas pero son montadas a partir de los diámetros opuestos y lograr así la variación de las RPM, sin variar la longitud de la banda (ver plano adjunto).

Contando con el prototipo "Dispositivo de poleas", hacer el cálculo respectivo tomando los datos de RPM del motor, y diámetros de las poleas; luego hacer el montaje en el dispositivo y tomar las medidas respectivas de RPM en cada canal con el tacómetro y comparar resultados.

VELOCIDAD PERIFÉRICA.

Este fenómeno se presenta en todas las herramientas de corte, y en general para todo elemento que esté sometido a giro, como es el caso de las piedras de esmeril en donde la velocidad Periférica es determinante para su correcto funcionamiento.

Analizando el fenómeno físico velocidad es la relación que existe entre el desplazamiento de un cuerpo y el tiempo que toma en hacerlo; de allí la fórmula genérica de velocidad es:

V = E/TDonde: V = Velocidad

E = Espacio recorridoT = Tiempo empleado o unidad de tiempo.

Es así como los automóviles se desplazan con velocidad medida en Km./h.Para las herramientas de corte se utilizan otras unidades:Sistema Americano Pues/minuto.Sistema Europeo Mts/seg.

Velocidad lineal: Es aquella en la que la trayectoria o desplazamiento del elemento es en forma recta o lineal,

Velocidad circular: Es aquella en la que el elemento describe un círculo definido en su desplazamiento.

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Velocidad periférica: Es la que se da en el punto más alejado del centro de las herramientas circulares en el momento de giro,

Velocidad de corte: Es la que se da en la herramienta circular justo en el momento de contacto al corte.

Cuando un disco comienza a girar por efectos de las RPM, los dientes del disco comienzan a desplazarse describiendo una circunferencia que finalmente corresponde al diámetro de la herramienta. En ese caso los dientes tienen una velocidad circular (fig. 1). Cabe anotar que los dientes de la sierra se encuentran en la periferia del disco es decir el punto más alejado de la circunferencia al centro de la misma, por tanto cuando el disco está girando los dientes tienen una velocidad periférica (fig. 2).

Justo cuando los dientes entran en contacto con la madera o con el material a cortar allí se presenta lo que llamamos velocidad de corte.

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Velocidad de Corte Recomendados

De los valores obtenidos en los pasos anteriores determinar cual diámetro de disco y que revolución nos .aproxima a una velocidad de corte de 50 mts/seg para una siena de tungsteno.

En la tabla siguiente tenemos los valores necesarios para evaluar, verificar y diagnosticar el financiamiento de una herramienta circular teniendo en cuenta: diámetro, RPM y velocidad de corte necesarios.

Diámetro mm

Velocidad Centérica m/s

40 47 50 55 60 70 80 90

150 5100 5990 6370 7010 7640 8920 10190 11470

200 3820 1490 4780 5250 5730 6890 7640 8600

250 3050 3590 3820 4200 4590 5350 8110 6880

300 2550 2990 3180 3500 3820 4480 5100 5730

315 2440 2860 3050 3350 3850 4260 4890 5490

355 2180 2570 2730 3000 3280 3820 4370 4910

400 1910 2250 2390 2830 2870 3340 3320 4300

450 1700 2000 2120 2340 2550 2970 3400 3820

500 1530 1800 1910 2100 2290 2680 3060 3440

550 1390 1830 1740 1910 2080 2430 2780 3130

600 1270 1500 1590 1750 1910 2230 2550 2870

650 1180 1380 1470 1620 1780 2060 2350 2850

700 1090 1280 1360 1500 1640 1910 2180 2460

750 1020 1200 1270 1400 1530 1780 2040 2290

CÁLCULO DE POTENCIA

Este tema complementa todos los elementos en el análisis de los sistemas de transmisión, siendo de gran importancia identificar cual es la potencia que requiere un motor de acuerdo con la herramienta a utilizar y el trabajo a realizar. Para este

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Herramienta

Cuchillas rectasCuchillas de formaSinfínSierra circular aceroSierras circulares tungsteno

Velocidad de corte

30 mts/seg40-60 mts/seg35 mts/seg40-mts/seg50 mts/seg


cálculo debemos tener en cuenta muchos factores que vamos a analizar paso a paso con la ayuda de la siguiente tabla.

PROTOTIPO DISPOSITIVO DE POLEAS

Espesor de viruta

(mm)

DENSIDAD DE LA MADERA

d <= 0.70 H = 12% Suave d >= 0.80 H = 12% Dura

0.050.100.200.300.40

6 9 12 15 4 8 10 12 7 12 14 16 3.4 10 12 14

3.5 6 8 9.5 2 5.5 7.2 8 4 7 9 11 2.4 6.5 7.5 10

2 4 6 7 1.5 3 4.5 6 2.3 4.5 7 8 1.5 3.5 5.5 7

1.8 3 4.5 6 1 2.3 3.3 5 1.7 1.7 3.3 6.5 1.2 2.7 4 5.3

1 2.5 4 5.5 0.8 2 3 4.5 1.4 3.5 4.8 5.8 1 2.2 3.5 5

Tipo de Trabajo

A B C D E F G H A B C D E F G H

A. Trabajos de cepillado y regruesado liviano, fresado perpendicular a las fibras, perforados con herramientas clásicas.

B. Trabajos de cepillado y regruesado pesado, aserrado periférico con sierra circular.

C. Aserrado con circular corriente, trabajos de trompo en dirección de las fibras.D. Trabajos de trompo, aserrado con cierra de cinta, fresado en sentido de la fibra

perforados con broca.E. Operaciones de desarrollo y de corte.F. Desbastado por regruesado.G. Aserrado transversal con sierra circular.H. Aserrado transversal con cierra cinta.

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CLASIFICAR CORREASSEGÚN LA FORMA Y SEGÚN LA NORMA

CORREAS EN VLa correa en V (Figura 1) es un tipo de enlace flexible con sección transversal en forma de trapecio.

Su empleo se ha extendido, reemplazando en los mecanismos de enlace flexible a las correas planas, ya que con este tipo de correas es posible la transmisión de fuerza y movimiento desde una fracción de caballo de fuerza (con una correa y un canal) hasta, potencias de 6.000 HP con sólo variar la sección y el número de correas.

En la construcción de este tipo de correas se distinguen tres zonas diferentes (Fig. 2), que desempeñan las siguientes funciones:

ZONAS DE UNA CORREA EN "V"

Figura 2Zona de Tensión:

Es un cojín de goma con capacidad para absorber los esfuerzos de tracción durante la flexión de la correa.

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Zona neutra:

Es una sección de la correa en la parte central conformada por una o varias líneas de cuerdas inextensibles, de gran resistencia, que tienen por objeto soportar la carga ejercida sobre la correa y resistir cualquier tipo de alargamiento. Al estar situada en el eje neutro de la correa no es afectada por los esfuerzos detracción y compresión cuando !a correa se flexa en la ranura de la polea.

Zona de Compresión:

Es el cojín de la parte inferior, de una clase de goma con capacidad para dar la rigidez lateral necesaria y absorber los esfuerzos de compresión durante la flexión de la correa alrededor de la polea.

Las correas llevan un revestimiento de la tela flexible de algodón, cortada al sesgo y sometida al proceso de vulcanización que protege eficazmente el interior de la correa,

Clases de Correas en V

Existen diversas clases de correas en V de acuerdo con la utilización que se asigne a cada una de ellas, la máquina donde estén ubicadas y la potencia que se quiera transmitir, siendo las principales:

CLASES DE CORREASEN "V" SINFÍN

Lados planosLados cóncavosCon dentado interiorPara velocidad variableDoble VPara unir conjuntasEslabonadaDentada para poleas dentadas (Sincrónica)

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Correa Sinfín de Flancos Planos:

Es la clase más común y la que tiene mayor aplicación porque se adapta a casi todos los requerimientos de transmisión por enlace flexible.


Figura 5

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Correa Sinfín de Flancos Cóncavos:

Son correas con flancos cóncavos como se aprecia en la figura y que por el efecto del abombamiento de la parte central y de la presión al flexarse en la ranura de la polea, se vuelven planas, ofreciendo un mayor contacto en laranura de la polea.

Correa Sinfín para velocidad variable:

Esta correa en la parte interior se parece a la correa con dentado interior, con la diferencia de que es más ancha y en algunos casos más gruesa.

Se utiliza en variadores de velocidad (sin cambiar de polea).

Correa para unir con juntas:

Se caracteriza por tener perforaciones equidistantes que permiten adaptar la cualquier longitud. El empalme se realiza utilizando juntas metálicas especiales que tienen como pasadores dos tornillos.

La sección transversal es igual a la de los tipos comunes de correas en V.


Correa Eslabonada:

Figura 7

Los eslabones están construidos en un tejido de cuerdas inextensibles y de gran resistencia vulcanizados. Estos eslabones se unen entre sí por pasadores de acero bañados en cadmio para evitar la oxidación.

Los eslabones se construyen en todos los tamaños normalizados. Cada eslabón lleva un pasador remachado en la parte inferior con una arandela para protegerlo.

El pasador que sobresale en la parte superior es para acoplar los eslabones, permitiendo adaptarla a cualquier longitud adicionando o removiendo eslabones según la necesidad.

Esta clase de correa no lleva la tela de protección, pero se asienta muy bien enla ranura de las poleas, produciendo un buen efecto de agarre.

Figura 8

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Correa Doble V Lados Cóncavos:

Estas correas se asemejan a dos correas en V unidas por el lado más ancho y su aplicación es para transmitir fuerza y movimiento a ejes que giran con diferente sentido de rotación, esto es en transmisiones serpentinas.


Figura 9

Correa Dentada:

Figura 10

Esta clase de correa se diferencia de las otras en que el montaje no es sobre poleas con ranura en V sino sobre una polea dentada en donde los dientes deben tener igual paso que el de la correa.

Se observa que el contacto de la correa no es con las caras laterales y que no presenta pérdida de potencia por deslizamiento. Su principal aplicación es en mecanismos sincronizados en transmisión de fuerza y movimiento.

Ventajas de las Correas en V

Cuando la correa se flexa en la ranura de la polea se produce un cierre por acuñamiento.

El efecto de acuñamiento hace que la correa se agarre en las paredes laterales de la ranura y el deslizamiento que permite es mínimo, en igual forma que la pérdida de potencia, dependiendo del arco de cobertura de la correa.

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Correa Doble V Lados Planos:

Presenta las mismas características de las correas doble V lados cóncavos, así como su uso en transmisiones serpentinas.

Correa Sinfín con dentado inferior:

Esta clase de correa presenta una serie de incisiones a todo lo largo de la correa en la parte inferior en forma de ángulo con el fin de adaptarse a cualquier diámetro de la polea y además por estas ranuras formar una corriente de aire que ayude a refrigerar la polea. Su uso principal es en transmisiones de alta velocidad.

No debe confundirse esta clase de correa con una correa dentada.


Figura 12

1. Menor distancia entre centrosLa distancia mínima permitida es de una vez el diámetro de la polea mayor, que significa economía de espacio.

2. Alta relación de velocidadLas correas en V están capacitadas para trabajar en relación de 1 a 13, teniendo como limitante el arco minino de contacto de 120°.

El rendimiento que alcanza un máximo del 97% con un arco de cobertura de 180°. Cuando se disminuye el arco de contacto se aplica el siguiente factor de corrección para trabajar a plena carga.

Para: 170°= 0,96 140° =0,89160° =0,94 130° =0,86150° =0,92 120° =0,83

Ejemplo:

La polea menor de una transmisión tiene de cobertura 140° y teóricamente debe girar a 780 rpm. ¿Cuál será la velocidad real de giro?

140° = 0,89 de rendimiento780 x 0,89 = 694 rpm

Podemos decir que con un arco de cobertura de 140° y 780 rpm en el cálculo, a plena carga se estima que el número real es de 694 rpm.

3. Resisten el polvo y la humedadDebido a su construcción se pueden usar en minas, aserraderos, plantas de trituración o en máquinas a la intemperie.

Doble forro, doble resistencia.

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De este factor se desprenden las siguientes ventajas de las correas V:


4. Amplio cambio de funcionamiento

La transmisión de fuerza y movimiento puede hacerse en ambas direcciones o entre poleas que estén en posición horizontal, vertical u oblicua.

Bajo cuidados especiales se adaptan a trabajos con calor excesivo, con aceites o con sustancias químicas.

5. Choques amortiguados

Estas correas absorben los esfuerzos producidos por arranques, paradas bruscas o cambios repentinos en el sentido de rotación.

6. Bajo costo de mantenimiento

Cuando las correas se instalan correctamente, esto es, tensión normal, correas de igual longitud y buen alineamiento de las poleas, requieren de muy poca atención.

7. Longitud exacta bajo tensión plena

Las correas en V se fabrican individualmente con sección transversal correcta.

Se vulcanizan a gran presión con la tensión correcta, para asegurar la longitud exacta bajo carga completa.

Para poleas de múltiples ranuras se deben seleccionar juegos de correas o varias correas iguales.

Además podemos mencionar otras ventajas como:

Tensión de montaje inferior que para correas planas. Esfuerzos débiles sobre los ejes que disminuyen el desgaste y !a fatiga de los

soportes. Transmisión de cualquier potencia con sólo variar la sección y número de

correas. Supresión de tensores.

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Las correas en V están construidas para asentar en .una ranura que puede variar entre 34° y 40°, teniendo relación este ángulo con el diámetro de la polea menor principalmente y con el tipo de correa.

CUADRO PARA CONSTRUCCIÓN DE POLEAS SEGÚN NORMAS DIN

Figura 13H =-Profundidad de ranuraH =b+4a6 mm

Tipo de correa

Ancho correa

A

Espesor correa

b

Diámetro exterior

Ánguloα

Z 10 6 De

63 - 86 mm96 - 106 mm118- 146 mm146 en adelante

34º36º38º40º

A 13 8 De

80 - 108 mm120 - 133 mm148 - 183 mm188 en adelante

34º36º38º40º

B 17 11 De


34º36º38º40º

C 22 14 De


34º36º38º40º

Para la norma SAE se aplican los valores equivalentes

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Se recomienda que diámetros inferiores a los mínimos no deben ser usados a menos que la potencia a transmitir sea demasiado baja o en casos extremos donde se deba sacrificar el factor rendimiento a cambio de otro factor más importante.

Otro factor importante que debe tenerse en cuenta es la velocidad de la correa que no debe exceder de 25 m/seg.

Vb = Velocidad de banda (correa) m/segN = r.p.m.Dp = Diámetro primitivo en mm60.000 = Constante de Conversión

Vb = Dp . π . N

60.000

Dp = De - b

NORMALIZACIÓN DE LAS CORREAS

Las correas en V se construyen de diferentes tamaños y longitud para satisfacer necesidades de potencia y velocidad.

El tamaño de una correa en V viene dado por el ancho y el espesor.

a = ancho (base mayor)b = espesor

Figura 14

Los tipos de correa según norma SAE para uso industrial son: M,A,B,C,D,E, además de tres tipos con dentado en la parte inferior que corresponden a LT, AT, BT.

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60 = minutos a segundos1.000 = milímetros a metros

El diámetro primitivo en una polea es aproximadamente igual al diámetro exterior menos el espesor de la correa.


Figura 15

NORMALIZACIÓN EUROPEA

La norma DIN distingue cuatro tipos identificados con las letras Z, A, B, C, y los tipos equivalentes a la norma SAE.

Tipo

Z A B C

a 10 13 17 22

b 6 8 11 14

Figura 16

Identificación Según Norma S.A.E.

Las correas construidas según norma S.A.E. tienen impresa la longitud en pulgadas y el tipo de correa, así: B 68, C 75, etc., en donde el número

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corresponde a la longitud en pulgadas y la letra al tipo de correa. La letra puede estar antes o después del número. Norma D.I.N.

La longitud viene impresa en milímetros con el ancho y el espesor así:1.348 x13 x 8, en donde 1.348 mm de longitud, 13 mm de ancho y 8 mm de espesor, correspondiendo a una correa de 1.348 mm de longitud tipo A norma D.I.N. Algunos fabricantes omiten el espesor y el ancho.

Para encontrar la equivalencia de una a otra norma se multiplica o divide por 25,4 según el caso.

Ejemplo:

El caso 1.348x13x8

1.348 ÷ 25,4 = 53

El 13 x 8 corresponde a tipo A Norma S.A.E.

Por lo tanto, la correa es: A 53 o 53A

La correa viene impresa A 53 -1.348

POLEAS EN "V"

Figura 17

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Poleas acanaladas en "V"

En los mecanismos de transmisión se utiliza también la polea acanalada en "V", que por su forma impide que la correa se salga por mala alineación de sus ejes.

Este tipo de poleas se construyen en aluminio, hierro fundido o acero prensado.


Las poleas acanaladas en "V" vienen con uno, dos, tres o más canales, según la potencia que se quiera adquirir en la transmisión.

CASO ESPECIAL

Poleas Para Velocidad Variable:

Están constituidas por dos discos cónicos (Figura 18) que pueden desplazarse a lo largo del árbol transmisor. Esto facilita el ajuste de- la correa sobre diferentes diámetros de las poleas.

Con ellos se puede variar la velocidad entre un 9% a un 28%.

Figura 18

Figura 19

26

Cuando se necesita aumentar o disminuir la velocidad en un mecanismo de transmisión, se cierran o se abren los discos cónicos.

Esta operación se realiza manual o automáticamente.


CALCULAR: LONGITUD DE LAS CORREAS, TRANSMISIÓN Y POTENCIA A TRANSMITIR

CALCULO DEL NUMERO DE CORREAS EN V

En el número de correas en V son factores determinantes: la potencia a transmitir y la velocidad de la correa. Este número de correas se puede determinar con la ayuda de la siguiente Tabla.

27

Ejemplo:

Si quisiéramos transmitir una potencia de 45 CV por medio de correas tipo D para trabajar a una velocidad de 16 m/seg. ¿Cuántas correas son necesarias?

1. En la columna de velocidad busque 16 m/seg.

2. Siga hacia la derecha hasta encontrar en la columna correspondiente a tipo D y el número que coincide será el correspondiente a una sola correa.

3. Como necesita transmitir 45 CV, divida el número de CV por el valor hallado en la tabla. 45/15 =3.

Se necesitan 3 correas tipo D para transmitir 45 CV.

Como el número de correas está relacionado con la velocidad ésta puede encontrarse por medio de gráfico o fórmula.

Veloc.. m/seg

Sección de la CorreaA B C D E

Potencia en CV por una correa

5,0 0,9 1,2 3,0 5,5 7,55,5 1,0 1,3 3,1 6,0 8,26,0 1,0 1,4 3,3 6,5 8,96,5 1,1 1,5 3,5 7,0 9,57,0 1,2 1,6 3,7 7,5 10,27,5 1,3 1,7 3,9 8,0 10,98,0 1,4 1,8 4,3 8,4 11,68,5 1,5 1,9 4,6 8,8 12,29,0 1,6 2,1 4,9 9,2 12,89,5 1,6 2,2 5,2 9,6 13,4

10,0 1,7 2,3 5,5 9,9 14,010,5 1,8 2,4 5,7 10,4 14,811,0 1,9 2,5 5,9 10,9 15,111,5 1,9 2,5 6,1 11,5 15,712,0 2,0 2,6 6,3 13,0 16,312,5 2,1 2,7 6,5 12,5 16,913,0 2,2 2,7 6,7 12,9 17,413,5 2,2 2,8 6,9 13,3 17,914,0 2,3 2,9 7,1 13,7 18,514,5 2,3 3,0 7,3 14,1 19,015,0 2,4 3,1 7,5 14,5 19,515,5 2,4 3,2 7,7 14,8 20,016,0 2,5 3,3 7,9 15,0 20,516,5 2,5 3,4 8,1 15,3 21,017,0 2,5 3,5 8,3 15,6 21,417,5 2,6 3,6 8,5 15,9 21,818,0 2,6 3,7 8,6 16,3 22,118,5 2,6 3,8 8,7 16,5 22,519,0 2,7 4,0 8,8 16,8 22,919,5 2,7 4,1 8,9 17,1 23,220,0 2,8 4,2 9,0 17,4 23,425,0


VELOCIDAD DE LA CORREA EN METROS POR SEGUNDO

28


Modo de Encontrar la Velocidad por Medio de Esta Tabla

1. Trace una línea que una el punto "O" con el número de rpm.

2. Trace una línea vertical que parte del diámetro del círculo primitivo correspondiente al de la polea en mm.

3. Desde el punto donde se cruzan las dos líneas anteriores, siga la línea horizontal hasta encontrar el rango correspondiente a la velocidad de la correa.

Ejemplo:

Cuál será la velocidad de una correa montada en una polea de 125 mm. de diámetro primitivo y que gira a 750 rpm. Observamos las líneas trazadas, seguimos los pasos que se indican y encontramos que la velocidad de la correa es de 5 m/seg. (Ver tabla anterior).

LONGITUD DE LAS CORREAS EN V

La longitud de las correas en V depende de los diámetros de las poleas y de la distancia entre sus ejes.

La relación entre los diámetros determina la relación de transmisión.

La longitud se puede determinar con exactitud por medio de fórmula y con aproximación por medio de gráficos.

POR FORMULA

L = 1,57 (Dp + dp) + 2C + (Dp - dp) 2 . 4C

29

L = Longitud de la correa (mm. o pulg.)C = Distancia entre centros (eje)1 57 = π = Constante de cálculo

2Dp = Diámetro primitivo de la polea mayor.dp = Diámetro primitivo de la polea menor,


Figura 20

Ejercicio

Calcular la longitud de una correa en V que debe -trabajar en una transmisión que tiene 90 cm. entre centros, De igual a 480 mm, de igual 120 mm, para una correa tipo B.

Debe tenerse en cuenta que se trabaja con Ø primitivos.

De y de = Ø exteriores de las poleas

Dp = 480 - 11 = 469 mmDp = De - b

dp = 120 - 11 = 109 mm

L = 1,57 (Dp+dp) + 2c+ (Dp – dp) 2 4c

Reemplace:

L=1,57(469+109)+2x900+

L = 1,57 x 582 + 1.800 +

L= 907+1.800+36= 2.743 mm.

Para el equivalente según Norma S.A.E.

2.743 +25,4 = 108" (aprox.)

La identificación de esta correa será:

108B = B108 - 2.743

30

(469 – 109)2

4 x 900

(360)2

3.600


POR GRÁFICO

Se puede hallar la longitud de una correa en V por medio de un gráfico, siguiendo las siguientes instrucciones:

a. Coloque una regla que una los puntos que corresponden a la distancia entre centros y al diámetro primitivo de la polea de diámetro menor.

b. Siga la línea diagonal desde el punto donde la relación de velocidadesD

d conocida, intercepta con la regla.

DISTANCIA ENTRE CENTROS EN mm.

31


c. Observe la longitud de la correa.

Ejemplo:Si comparamos el caso de la fórmula que es 900 mm distancia entre centros, el diámetro primitivo de la polea menor son 109 mm y la relación D/d es 469/109 = 4.3. Seguimos las instrucciones y observamos que el punto de intersección (dentro del círculo) nos da un valor muy próximo al del cálculo (2.743 mm). (Ver tabla pág. anterior)

CALCULO DE TRANSMISIÓN

Para el cálculo de transmisión por correas en V se establece una pequeña diferencia con relación a la transmisión por correas planas en cuanto se refiere a los diámetros de las poleas y es que se trabaja con diámetro, primitivo.

Cuando se habla de diámetro en las poleas en V se refiere a diámetro primitivo.

Figura 21

Factores a tener en cuenta:

N = Número de revoluciones en polea conductoran = Número de revoluciones en polea conducidaD = Diámetro primitivo de polea conductorad = Diámetro primitivo de polea conducida

Las letras mayúsculas se utilizan para identificar los datos correspondientes a la polea conductora y las letras minúsculas a la polea conducida.

Partimos de esta igualdad: D x N = d x n

32


Diámetro de la polea conductora por su número de r.p.m., es igual al diámetro de la polea conducida por su número de r.p.m.Al despejar la igualdad encontramos:

D = d.n N

N = d.n Dd = D.N n

n = D.N dEjemplo:Un motor gira a 1.270 r.p.m., lleva montada una polea con 125 mm de diámetro exterior, transmite movimiento a otra polea de 265 mm de diámetro exterior. Calcular el número de rpm para correa tipo A.

Dp = De - b = 125 - 8 = 117 mm N – 1.270 r.p.m.

dp = de - b = 265 - 8 = 257 mm

n=DNdp

=117 x1.270257

=148.590257

=578 r . p .m

RELACIÓN DE VELOCIDAD

Se refiere a la relación o razón entre el número de r.p.m. de la polea conductora y las r.p.m. de la polea conducida.

Ejemplo:3/1 = por cada tres r.p.m. de la polea conductora, la conducida dará una vuelta (leer 3 a 1)

Ejemplo:2/5; por cada dos r.p.m. que da la polea conductora, la conducida dará 5 r.p.m.Para encontrar los diámetros de las poleas en V con base en la relación de velocidad se siguen los siguientes pasos:

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a. Multiplicar el numerador y et denominador por un mismo número teniendo en cuenta que el valor encontrado no sea inferior al diámetro mínimo recomendado.

b. Agregar a cada diámetro el espesor correspondiente, el espesor (B) del tipo de correa.

c. Al hacer el montaje el dato del numerador corresponde al diámetro de la polea conducida y el dato del denominador corresponde al diámetro de la polea conductora.

Ejemplo:

Encontrar los diámetros de dos poleas para una relación de velocidad de 4,5/2 para correa tipo B.

Diámetro mínimo para correa tipo B = 125 mm

4.5 x82 x8

=36.016

Los números 36 y 16 obtenidos son unidades que pueden ser 36 y 16 pulgadas o 36 y 16 cm.

Supongamos que son cm. 36 x 10 = 360 mm; 16x10 =160mm360 + espesor correa = 360 +11 = 371 mm160 + espesor correa = 160 + 11 = 171 mm

Los diámetros exteriores de las dos poleas son: 371 y 171 respectivamente.

Como 371 ocupa posición de numerador corresponde al diámetro de la polea conducida, y 171 corresponde al diámetro de la polea conductora.

Para encontrar las rpm de la polea conducida conociendo las rpm del motor y la relación de velocidad, multiplica rpm por el denominador y lo divide por el numerador.

Ejemplo:¿Cuál será el número de rpm de una polea conducida cuando el motor gira a 1.200 r.p.m. y la relación de velocidad es de 5/1?

34


1.200x 15

=240 r . p .m.

Resultado: 240 r.p.m. de la conducida.Para encontrar diámetros de poleas en V a partir de las r.p.m.

a. Simplificamos por cualquier número.b. Agregamos a los diámetros obtenidos el espesor del tipo de correa.

Ejemplo:

Encontrar los diámetros de dos poleas cuando la conductora debe girar a 960 r.p.m. y la conducida a 345 r.p.m. Correa tipo A.

Simplificamos:

320960 320 + 8 = 328 Ø polea conducida .345 115 + 8 = 123 Ø polea conductora115

35


MONTAJE DE POLEAS Y CORREAS EN "V"

MONTAJE Y ALINEACIÓN DE POLEAS Y CORREAS EN "V"

Al llevar a cabo esta tarea el mecánico debe poner en práctica una serie de pre cauciones que le ayuden a realizar el trabajo de la manera más segura y a la vez con el mínimo de tiempo y dificultad.

Proceso de ejecución:

1. Desconecte el equipo durante el montaje

Siempre que se trate de una tarea de mantenimiento asegúrese de:

Interrumpir el paso de corriente al equipo. Colocar una señal de advertencia que indique que se está en

mantenimiento de equipo. Bloquear el control (con candado).

Figura 22

2. Verifique el Paralelismo de los Ejes

36


Los tipos comunes de desalineamiento se muestran en la figura 24. Son causados por ejes que no están paralelos o-poleas 'desalineadas. La forma de controlar el paralelismo se estudió en el módulo anterior.

Figura 24

Figura 24

3. Monte la polea en el árbol

a. Revise que en las superficies de ajuste no hayan rebabas o abolladuras, si existen elimínelas con una lima.

b. Inserte la polea en el árbol, cuando es muy pesada provéase de un aparejo para levantarla y manualmente móntela en el eje, si es necesario dé golpes de martillo con un material más blando que el material de la polea, haciendo coincidir las ranuras para la cuña.

c. Si la polea y árbol se unen por cunero y prisionero compruebe el ajuste de estos elementos, insertando la cuña en el cunero tanto del árbol y la polea; este elemento debe montarse con el tipo de ajuste deslizante.

d. Inserte la polea conducida en el respectivo eje, y ubíquela aproximadamente en su posición de trabajo.

e. Apriete ligeramente los prisioneros.f. Repita el proceso con la polea conductora.

4. Alinee las poleas

a. Coloque una regla rígida entre los lados de las poleas. Figura 25.

37


Figura 25

La regla debe tocar las poleas en las cuatro flechas.b. Gire las poleas y verifique en los diferentes puntos. Si se nota variación, las

poleas o ejes están dobladas. Reemplazar las piezas defectuosas.

5. Fije las poleas definitivamente

Apriete en forma alternada los prisioneros.

MONTAJE DE CORREAS EN "V"

Un montaje defectuoso acorta la duración del servicio aun cuando no exista ningún daño visible en las correas.

Proceso de ejecución

1. Paso: Seleccione el tipo correcto de correa en "V"

a. Mida el ancho mayor de la canal donde va a montar la banda.

Figura 26

38

b. Consulte la clasificación de los tipos de correas, donde encuentra el ancho y espesor de cada tipo, luego compare la medida encontrada en el sub paso anterior y determina el tipo de correa.

La banda debe quedar a ras con la periferia de la polea o sobresaliendo ligeramente. Fig. 26


Observación:

1. Al instalar nuevas correas en una transmisión, siempre debe reemplazarlas todas; las correas antiguas están alargadas por el uso, si mezcla correas nuevas y antiguas, las nuevas quedan apretadas, soportan mayor cantidad de carga y fallarán antes de tiempo.

2. Correas de diferente fabricante pueden tenar diferentes características.

.

Fiura 27

Figura 28

4. Paso: Tensione la correa

a. Ajuste el tensor hasta que las correas entren holgadamente en las ranuras.

b. Ponga a funcionar la transmisión por unos 15 minutos, para asentar las correas.

39

2. Paso: Afloje el tensorAfloje los tornillos del tensor hasta que las correas entren libremente. Si es necesario aplique presión sobre la base del motor. (Fig. 27)

3. Paso: Monte correasMonte las correas calzándolas en los canales manualmente, sin ayuda de herramienta. No forzar con palancas, destornilladores, etc. Fig. 28.Cuando se monte una correa al palanquear o enrollar, la arista de la canal puede producir cortaduras en la protección de la correa e inclusive llegar a reventar los cordones de refuerzo por el esfuerzo adicional a que se somete. Además puede ser el origen de un accidente.


c. Después aplique la carga máxima; si las correas patinan ajústelas hasta que no patinen al aplicar la carga máxima. Esta es una forma práctica de dar la tensión a las correas.

d. Medir la distancia entre ejes (c) Fig. 29

e. Al centro de la distancia(c) aplique una fuerza perpendicular, lo suficiente como para hacer bajar la correa. Fig. 30

Figura 30 Figura 31

Mantenga una regla en la posición de la correa.

f. En el mismo punto de la correa aplique una fuerza hacia arriba. Fig. 31.En ambos sub pasos mida la separación mediante una regla y súmelas.

g. La separación debe corresponder a 1/64" por cada 1" de la distancia C. Ejemplo: La distancia entre ejes de una transmisión es de 10". La distancia correspondiente a una tensión adecuada será de 1/64x10 = 5/32"

5. Paso: Monté las guardas de protección. (Fig. 32)

40


Figura 32

El protector debe permitir una ventilación adecuada y facilitar la inspección. Esto se logra con el uso de enrejados.

El protector no debe tener ninguna abertura por donde los trabajadores puedan alcanzar el interior de la transmisión y sean atrapados en la misma.

Un protector hecho a mano que cubra la transmisión parcialmente es a veces más peligroso que no tener ninguno, pues conduce acciones inseguras. (Fig.33).

Figura 33

6. Paso: Inspeccione las correas mientras la transmisión funcione.(Fig. 34)

Realice una inspección visual de la correa. Busque sonidos qua puedan indicar problemas, como golpes periódicos, chillidos, etc.

41


Figura 34

Aunque las transmisiones múltiples funcionan con alguna variación, todas las correas deben correr con la misma tensión, con un lado apretado y un lado flojo (Fig. 35)

Figura 35

Si una o más correas están muy flojas como las de la Fig. 36 o muy apretadas como en la Fig. 37, es probable que usted tenga uno de estos problemas.

Figura 36

Figura 37

1. Poleas gastadas: Verifique el desgaste de la ranura de la polea usando el calibrador o galga.

42


2. Tensión inapropiada: La transmisión puede tener una tensión incorrecta, exagerando las variaciones normales de longitud.

3. Correas dañadas: Quite la correa floja e inspecciónela completamente a través de toda su longitud para cerciorarse de que no está rota interiormente por accidente.

4. Algunas correas están más largas que otras.

CORREA CLÁSICA

Composición:

1. Cubierta.2. Elemento tensor.3. Elemento de compresión.4. Elemento aislante.5. Caucho de tensión.

Tipos de correas más comunes y medidas de canales de las poleas:

- Dm = Diámetro mínimo recomendado de polea

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- Pc = Profundidad de canal de polea- Ángulo de los canales = 37° + 0 - 1 grado

Posición correcta de la correa dentro de la canal de la polea.

Porqué se dañan las correas prematuramente?

Cuando se daña una correa prematuramente, generalmente, le echamos la culpa a la calidad de la correa; pero entre otras causas pueden ser: por canales de poleas e instalaciones de correas incorrectas.

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Por falta de mantenimiento a la transmisión.

Regularmente se debe revisar:

• Alineamiento de las poleas.• Estado de los rodamientos de la transmisión.• Estado de las poleas.• Ajuste de las poleas a sus respectivos ejes.• Estado de las correas, (sucias con aceites, grasas, exceso de polvo, etc.)• Tensión de las correas

NUNCA Se deben utilizar herramientas para hacer palanca en el montaje y desmontaje de las correas, porque se rompe o deteriora el refuerzo textil dañando la correa y acortando su vida útil.

Toda transmisión debe contar con un adecuado tensor, que permita una fácil instalación y ajuste de tensión de las correas.

Recuerda que una baja o excesiva tensión también afecta la vida útil de las correas. La tensión debe ser la necesaria según la aplicación.

Otras Causas de Daños

• Tipos de correa no indicados para el trabajo y velocidad que está ejecutando.• Insuficiente número de correas. Demasiada carga para las correas en uso

(problema muy común).• Diámetros de poleas no adecuados poleas con diámetros por debajo del

mínimo recomendado.• Distancia entre ejes no correspondientes.• En poleas de varias canales; tener diferentes medidas de canal por desgaste o

error en la construcción.

45


• Todos las canales deben ser exactamente ¡guales para que el conjunto de correas trabaje bien

Formula general para calcular la velocidad de una transmisión

R.P.M. eje motriz x Dpm = R.P.M. eje conducido x Dpc

(n1) R.P.M. eje motriz = revoluciones del motor

(d1) Dpm = diámetro polea motriz; es el de la polea que genera el movimiento

(n2) R.P.M. eje conducido= son las revoluciones del eje porta herramienta.

(d1) Dpc = diámetro de polea conducida; (polea que recibe el movimiento de la polea motriz).

A partir de la formula general obtenemos:

R.P.M. eje motriz R.P.M. eje conducido x D.p.c. D.p.m

D.p.m= R.P.M. eje conducido x D.p.c R.P.M. eje motriz

R.P.M. eje conducido= R.P.M. eje motriz x D.p-rn D.p.cD.p.c = R.P.M. eje motriz x D.p.m R.P.M. eje conducido

RESUMIDO

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n1 = n2 x d2 d1 = n2 x d2 d1 n1

n2 = n1xd1 d2 = n1xd1 d2 n2

LONGITUDES DE LA CORREA

i= constante según el tipo de poleas (M,A,B,C.)

Para M = 2.5 mm; A = 3.3 mm; B = 4.2 mm y C = 5.7 mmLe= longitud entre centros de ejesDp= diámetro de polea mayordp= diámetro polea menor/2 =proporción de contacto de la correa sobre la poleaLongitud de la correa ((D.p.m.+D.p.c.-4i)3.1416/2)+2Le

Si los ejes están muy cercanos se presentan problemas de patinamiento disminuyendo constantemente la potencia, la vida útil de las correas y de las poleas.

Si los ejes están muy retirados a pesar de que hay un mejor agarre de la correa en la poleas la vibración aumenta demasiado quedando por encima de lo recomendado, haciendo que la correa sea sometida a un exceso de flexiones lo que ocasionaría una vida prematura de la correa

Elección del tipo de correa a utilizar en una transmisión

47


Factor de Servicio en Máquinas para Trabajar la Madera

Menos de 10 horas 1.2/1.4

De 10 horas a 16 horas 1.3/1.5

Más de 10 horas 1.4/1.6

Transmisión de Potencia por Correa Industrial Según el Tipo

Tipo de correa Medidas Sup/inf.mm

Transmisión máx. HP de Potencia

Diámetro/mínimo de la polea pulgadas

aproximada

Y,2L 6 x 4 3/4 3/4

M,2,3L 10 x 6 3 2

A,4L 13 x 8 4 3

B,5L 17 x 11 8 5

C 22 x 14 18 8

D 32 x 19 42 14

E 38 x 23 67 20

Ejemplo

Tenemos un motor de 1725 R.P.M. con una polea de 4" tipo A y necesitamos mover una máquina que debe girar a 850 R.P.M. Qué polea debemos colocar en la maquina?

n1=1725 R.P.M. d1=4" n2 = 850 R.P.M. d2 = ?

n1 = R.P.M. eje motriz

d1 = D.p.m. (diámetro polea motriz)

48


n2 = R.P.M. del eje portaherramientas

d1 = D.p.c (diámetro polea conducida)

d2 = n1 xd1 = 1725 R.P.M x 4" = 8.11" n2 850 R.P.M.

Como las poleas que se encuentran en el comercio van de ½” en ½” entonces, tenemos que tomar la decisión de comprarla de 8" ó 8 ½”

Ejemplo completo

Debemos calcular:• Tamaño de poleas• Tipo de correa y polea a utilizar• Número de correas a utilizar• Distancia entre ejes recomendada• Longitud de correa

Témenos, una sierra circular con 3800 R.P.M. y tenemos la siguiente información motor 7HP de 3450 R.P.M.

R.P.M. en el eje portaherramientas: 3800 R.P.M. diámetro de la polea conducida 4"

Horas promedio de trabajo= 10 horas

Tamaño de poleas

n1=3450R.P.M. d1=? n2=3800 d2=4"

d1= n2 x d2 = 3800R.P.M.X4" =4.4" ó 4 ½” ó 4" n1 3450 R.P.M.

Polea motriz 4 ½” ó 4"Polea conducida 4"

Tipo de Correa y de Polea a Utilizar

49


Sabemos que la potencia del motor es 7 HP, que las horas promedio de trabajo son 10 horas; entonces calcularemos la potencia efectiva a trasmitir para la sierra. La sierra corresponde al grupo de trabajo pesado (para trabajar madera con un factor deservicio de 1.3 Pe = 7HP x 1.3 = 9.1 HP. Ya sabemos además que los R.P.M. de la polea conducida es de 3800 R.P.M. En la tabla elección de tipo de correa a utilizar en una transmisión buscamos el punto de intersección entre 3800 R.P.M. y Pe = 9.1 HP; El punto de intersección lo encontramos en la zona A, significando esto que el tipo de correa y de poleas a utilizar es tipo A.

Numero de correas a utilizar. La potencia efectiva a transmitir es 9.1 HP, buscamos en la tabla de TRANSMISIÓN DE POTENCIA POR CORREA SEGÚN TIPO. La potencia máxima que trasmite la correa tipo A y encontramos el valor 4 HP.

Numero de correas a utilizar = Potencia efectiva a transmitir (Pe). Potencia que transmite cada correaNúmero de correas = 9.1 HP = 2.275 correas 4 HPEl número mínimo de correas recomendado es 2 unidades tipo A.El número de correas más adecuado es 3 unidades tipo A (por seguridad)

Distancia Entre Ejes:

Distancia mínima = 0.7 (D.p.m (d1)+D.p.c (d2) =0.7 (4 ½ +4")=5.95"=15.11 cms.

Distancia máxima = 2.0 (D.p.m (d1) + D.p.c (d2) = 2.0 (4 ½ +4")=17" = 43.18 cms

Distancia sugerida = 35 cms.

LONGITUD DE LA CORREA

Convertimos Todas las medidas a mm. para tener una sola unidad de medida:4 ½ x 25.4=114.3 mm; 4x 25.4=101.6mm y 35cms= 350 mm, el valor de i para tipo A es de 3.3mm.

Longitud de la Correa:

50


((D.p.m + D.p.c.- 4i) x 3 .14/16/2) + Le = ((114.3 + 101.6 + 13.2) x 3.14/16/2) + (350)) = ((202.7) x 1.5708)) + 700 = 1018.40 mm;

Pasamos la longitud a pulgadas

1018.4mm/25.4mm = 40.09" Correas A40.

VELOCIDAD PERIFÉRICA Ó VELOCIDAD CIRCUNFERENCIAL

Esta velocidad que es la responsable del mal o buen corte y sobre todo de un posible accidente de trabajo o que el operario trabaje allí sin riesgo de accidente por tener una velocidad de corte no apropiada. Podemos tener riesgos por exceso o faltante de velocidad de corte en una herramienta cortante.

Todas las herramientas cortantes en la industria de la madera deben trabajar entre 40 y 50 mts/seg sin riesgos para el operario, la herramienta y el material que se trabaja.

Para llegar a verificar dicha velocidad de corte tenemos que aplicar la siguiente formula

VC = r.p.m Ø x = mts/seg 60.000

VC = Velocidad de corter.p.m.= Revoluciones por minuto del eje porta herramienta (donde esta

trabajando la herramienta que se calcula) Ø = Diámetro de la herramienta objeto de calculo en (.mm).

= Constante =3.1416

60.000 = Constante.

51


mts/seg = Unidad de medida metros por segundo

Teniendo una planeadora con los siguientes datos: Motor de 1750 r.p.m., polea motriz de 8" y polea conducida de 3". El árbol porta cuchillas tiene de diámetro 3½” = 89 mm, Verificar, si dicha herramienta está trabajando en óptimas condiciones

Datos:Motor: 1750 r.p.m. d1 = 8" d2 = 3" n2 = r.p.m. del árbol o eje porta herramienta (no lo conocemos).n2 = n1 x d1 = 1750 r.p.m. x 8" n2 = 4666 r.p.m. d2 3"

Ahora

VC = r.p.m x Ø x = mts/seg 60.000

r.p.m.= del eje = 4666 r.p.m.Ø = de la herramienta en mm = 89 mm

= 3,1416

ReemplazamosVC = 46666 r.p.m. x 89 mm x 3,1416 = 21,7 mts/seg 60.000

VC= 21.7 mts/seg

Como se recomienda que toda herramienta cortante trabaje entre 40 y 50 mts/seg y vemos que la herramienta de esta planeadora trabaja en 21.7 mts/seg, es necesario aumentar dicha velocidad de corte; para ello necesitamos incrementar las r.p.m. del eje porta herramienta por lo menos a 7.000 r.p.m. y con estas r.p.m. nos quedaría la velocidad de corte en 33 mts/seg

Otro ejemploTenemos una sierra circular con los siguientes datos: Motor de 3HP, 1750 r.p.m., polea motriz 10" y polea conducida de 3". Allí se pretende trabajar herramientas (discos) de 10" (200 mm), 14" (350 mm) y 16" (400 mm) se requiere saber si las tres herramientas se pueden trabajar sin tener ningún riesgo.

Lo primero conocer las r.p.m. del eje porta herramientan1 = 1750 r.p.m. d1 =10" d2 = 3"

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n2 = n1 x d1 = 1750 r.p.m x 10" = 5833 r.p.m.d2 3"

Conociendo las r.p.m. del eje porta herramienta verificamos la velocidad de corte de cada una de las herramientas.

Herramientas: 200mm, 350mm y 400mm

VC = r.p.m x Ø x = 5833 r.p.m. x 200mm x 3.1416 = 61 mts /seg 60.000 60.000

VC = r.p.m x Ø x = 5833 r.p.m. x 350mm x 3.1416 = 106 mts/seg 60.000 60.000

VC = r.p.m x Ø x = 5833 r.p.m. x 400mm x 3.1416 = 122 mts/seg 60.000 60.000

Si todas las herramientas de corte deben trabajar entre 40 y 50 mts/seg concluimos lo siguiente:

Las herramientas (discos) de 20mm, 350mm y 400mm se les deben bajar las r.p.m. del eje porta herramienta hasta 2916. Para que se logre esto es necesario que el motor tenga polea de 5" en cambio de la de 10" que poseía. La otra situación es que solamente se pueden trabajar discos de 200mm, 300mm y 350mm e! de 400mm no es recomendable trabajarlo, primero por la potencia ya que el motor posee 3HP y segundo por la velocidad de corte.

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RECOMENDACIONES GODYEAR PARA VERIFICACIÓN DIMENSIONAL DE LAS CORREAS Y POLEAS. VARIACIONES - TOLERANCIAS

DIMENSIONES NOMINALES DE LAS CORREAS

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Sección AnchosuperiorIs (mm)

Alturah (mm)

Ánguloa(°)

Designación Ancho primitivoIp (mm)-

A 11 13 8 40° ± 1°

B 14 17 11 40° ± 1°C 19 22. 14 40° ± 1°

D 27 32 19 40° ± 1°

INSTRUCCIONES PARA INSTALACIÓN DE UNATRANSMISIÓN CONVENCIONAL POR CORREAS EN “V”

Cuando se va a instalar una transmisión por correas en "V", se debe considerar los siguientes puntos:

1. Utilice siempre correas de la misma marca en transmisiones que tengan más de una correa.

2. Mantenga los canales de las poleas limpios de aceite, grasa, tinta o cualquier suciedad. Verifique si los canales tienen acabamiento especificado y las dimensiones correctas.

3. En el montaje, haga retroceder la polea móvil, aproximándola a la polea fija. De forma que la correa pueda ser montada suavemente sin ser forzada con cualquier tipo de herramienta.

4. Verifique y asegúrese de que las poleas estén correctamente alineadas, los ejes paralelos, que exista suficiente espacio para mover las correas y las poleas, sin tocar en los soportes, protecciones. etc. y de que haya lubrificación en los soportes y rodamientos.

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5. Después de montadas las correas y antes de tensionarlas correctamente, hágalas girar manualmente en la instalación, para que el lado flojo de todas !as correas quede para arriba como en la siguiente figura;

O que el lado-flojo de todas las correas quede para aba{0. como en la siguiente figura:

Cuide para que no haya correas con un lado flojo para arriba y otras con un lado flojo para abajo, como en la siguiente figura:

Pues tas correas no se acomodarán uniformemente en los canales cuando son tensionadas finalmente para la operación. Tensione entonces las correa-s de la forma indicada a seguir.

6. Tensionamiento de las correas en !a transmisión. En genera! el procedimiento común para tensionar las correas de una transmisión tiene las siguientes reglas:

a) La tensión ideal es la más baja en la cual la correa trabaja sin deslizar, aun en el caso de "picos de carga".

b) Verifique frecuentemente la tensión en las correas durante las primeras 24746 horas de operación.

c) Tensión baja provoca deslizamiento y genera, en consecuencia, calor excesivo en las correas, ocasionando fallas prematuras.

d) Tensión alta acorta la vida de las correas y de los rodamientos.

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e) Verifique periódicamente la transmisión. Cuando ocurre deslizamiento, retensione las correas.

''Para verificar si es correera la tensión en una transmisión con correas en "V" convencionales, proceda como sigue. Ver la siguiente figura

a) Mida el largo del espacio (t).

b) En el centro del espacio (t) aplique una fuerza (perpendicular al espacio) suficiente para formar una deflexión en la correa en 1/64" para cada pulgada de largo del espacio, o sea que la deflexión debe de ser el 1,6°/o del espacio.

c) Compare la fuerza aplicada en la deflexión con los valores dados en la tabla 12.

d) Si la fuerza está entre 1 y 1,5 veces los valores indicados para la tensión normal, entonces la transmisión estará satisfactoriamente tensionada.

Obs.: El espacio (t) tiene el largo igual a la distancia entre centros de los ejes.

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EL ACERO

Si al Oxido de Hierro se le agrega una pequeña cantidad de Carbono, alproducto resultante se le da el nombre de ACERO.

El hierro es un elemento que se encuentra abundantemente en la naturaleza enforma de óxido, sulfuro o carbonates.

MINERAL DE HIERRO

Normalmente se explotan las minas formadas por óxidos de hierro y al producto de estas se denomina "Mineral de Hierro" Fe203-Fe304

“Mineral de Hierro”

Para producir el hierro, se carga el mineral de hierro en mezcla con carbón (coke) carbón de calcio en Alto horno en el que se inyecta aire caliente y oxigeno.

A una alta temperatura se genera una serie de reacciones químicas en el que el carbono se une con los oxígenos oxido de hierro formado C02 que sale por la parte superior del horno y el hierro en estado liquido se descarga por la parte inferior, en conjunto con escoria formada por la cual e impurezas de los productos alimentados en el horno

El hierro llamado en este estado Arrabio, se recoge en moldes llamados lingoteras y se deja solidificar obteniéndose lingotes de arrabio.

Los lingotes de Arrabio tienen muchas impurezas por lo que el arrabio no tiene un uso práctico y hay que purificarlo.

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La composición del arabio es próximamente como lo que se muestra.

La operación de purificación del arabio se llama "Refinación'' y se puede hacer por diferentes procesos que producen aceros de distintas clases dependiendo del proceso usado

Durante este proceso se carga el arrabio sólido o en forma derretida y carbonato de calcio que se usa como fundente y formador de escoria.

Para la afinación se inyecta altas cantidades de oxigeno para que reaccione con exceso de silicio, manganeso, carbona y fósforo, los óxidos formados flotan y se mezclan con la escoria liquida o sale como gases C02.

Los convertidores deben tener un revestimiento refractario que puede estarhecho de compuestos de calcio y magnesio para un proceso BÁSICO o desilicio para un proceso ÁCIDO.

En los convertidores básicos, se pueden agregar fundentes básicos quereaccionan fácilmente con el azufre y fósforo, arrastrándolos a la escoria ypurificando el acero.

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En el caso del convertidor ácido, el arrabio que se cargue debe estar libre de esos contaminantes pues no es posible agregar en medio ácido esas sustancias purificaderas porque reaccionarían con el revestimiento del horno.

Durante el proceso anterior, y dependiendo de la clase de acero que se quiera fabricar, se agregan otros compuestos hasta obtener la composición química requerida, se descarga en lingoteras y los lingotes se procesan dándoles formas como.

El Oxido de Hierro Puro es un material gris muy maleable, blando, de baja resistencia, y poca utilidad práctica.

Un poco de carbón aleado con el hierro hace que este adquiera mayor resistencia, dureza y tenacidad.

Solo un Kg. de carbón en una tonelada de hierro, le aumenta notoriamente su resistencia.

Hay otros elementos cono el Magnesio (Mn), Cromo (Cr), Níquel (Ni), Vanadio (V) que ejerce sobre el hierro efectos parecidos al del carbono. Hay otras sustancias que son perjudiciales para el acero como lo son el fósforo y el azufre que lo vuelven quebradizo o frágil.

La calidad del acero depende de:Método de Fabricación y de Refinación.De la Composición Química.De la Estructura Cristalina del producto. Y el Sistema de Desoxidarlo.

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CLASIFICACIÓN:

No se ha encontrado hasta la fecha un elemento de aleación que genere un acero ideal para todas las aplicaciones, por lo que se encuentra una gran variedad de aceros para los diferentes usos que se le da a este material.

Lo anterior también ha generado un gran número de tipos y clasificaciones del acero.

Por otra parte puede clasificarlos dependiendo del uso para el cual se destina como: Aceros Estructuras, Aceros para Calderas o Aceros para Puentes y Edificios, y también puede referirse a los aceros por su composición química o propiedades mecánicas.

Como aceros al Manganeso, Aceros al Carbono o Aceros de Baja Aleación, Aceros Templados, Laminado en caliente o frío, etc.

Prácticamente cada acería puede, de acuerdo con su cliente, suministrar un acero diseñado para aplicaciones especificas.

Se habla de los aceros al carbono en término a su contenido de ese elementoasí:

NOMBRE DEL ACERO CONTENIDO DE CARBONO

USOS

BAJO CARBONO 0.15 % MAX ACEROS PARA USO GENERAL, AUTOMÓVILES, RUEDAS Y CARPINTERÍA

ACERO DULCE 0.15 / 0.35 ACERO ESTRUCTURALMEDIO CARBONO 0.35 / 0.60 PARTES DE MAQUINARIA Y

HERRAMIENTASALTO CARBONO 0.60 /1.0 RIELES, DADOS, RESORTES

Aunque se hable de aceros al carbono, estos aceros tienen en su composición otros elementos en pequeñas cantidades como el Manganeso o el Silicio y otros que se han dejado porque sería muy costoso estraperlos como el Azufre y el Fósforo.

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Como ya se dijo, hay elementos como el Magnesio, como el Níquel y otras que le imprime al Acero otras características que se aprovechan en le fabricación de maquinaria y equipo. A estos aceros se les llama Aceros Aleados. Los elementos de aleación mejoran la resistencia y tenacidad de Acero, aumentan y disminuyen la capacidad de dejarse endurecer y retardan la oxidación o la corrosión.

Se habla de aceros aleados cuando el rango especificado para uno o más de los siguientes elementos de aleación excede a:

1.65% de Mn, 0.60% de Si, 0.60% de Cu o cuando se define un rango o un mínimo de: Al, Mo, Ni, Ti, W, V, Zr, o cualquier elemento añadido para obtener un efecto deseado de la aleación.

Dependiendo de su composición, estos aceros se agrupan en:Aceros para la construcción.Aceros para automotores y maquinaría. Aceros para servicio a baja temperatura. Aceros para servicio de elevada temperatura

Entre los aceros aleados hay otro grupo denominado:Aceros de alta aleación.

Aquí se agrupan los aceros que contienen un 10% o más de elementos de aleación como el Cromo, Níquel o Manganeso.

En este grupo están los aceros inoxidables y aceros resistencias al calor.

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Especificaciones Para Aceros.

En una especificación se puede establecer requisitos para soldabilidad, endure civilidad, resistencia al ambiente o a la corrosión características metalográficas y otras además de composición química y propiedades mecánicas.

A.S.T.M.A.W.S.A.I.S.I.

A.S.M.E.

SAE clasifica los aceros dentro de límites de composición química.

AISI colabora con SAE y crea los mismos números pero usa diferentes prefijos y sufijos.

Normalmente las especificaciones contienen información sobre como hacer los ensayos y evaluarlos.

Hay una buena cantidad de entidades que clasifican y producen especificaciones para los aceros y entre ellos esta:

ASTM Americana Society for testing ad MaterialsSAE Society of Automative EngeneersAISI American Iron and Steel InstituteASME American Society of Mechanical Engineers

AISI y SAE: Usan cuatro dígitos para designar los Aceros XXXX

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XX XX Los dos primeros son la composición química de la aleación

XX XX Los dos últimos el contenido del carbono


Así:

Aceros – Carbono 10XXAceros – Manganeso 13XXAceros – Niquel 2XXXAceros – Niquel como 31XXAceros – Cromo Molibdeno 41XXAceros – Niquel Cromo Molib 43XX

Los sufijos y prefijos usados por AISÍ significan por ejemplo.

PREFIJO SIGNIFICADO

A Acero fabricado por convertidor Open- Heard con revestimiento básico.

ACERO AISI 1030=AL CARBONO CON C 0,30%

B Acero fabricado por convertidor Bessemer con revestimiento ácido. ACERO AISI 4140=

CROMO MOLIBDENO C 0.40%E Acero fabricado en Homo Eléctrico con revestimiento básico.

A Composición química restringida.G Tamaño de grano austenítico

limitado.ACERO AISI-SAE E4340-H Homo eléctrico básico Cromo, Molibdeno. Endurecimiento por tratamiento térmico

H Endurecibilidad garantizada.J Ensayo de fractura.

La composición química para algunos de estos aceros es:

AISI-SAE 1330

C Mn P S Si NI Cr0.28-033 1.6-1.9 0.040 0.040 0.020-0033 -- --

AIS1-SAE 4340

Mo C Mn P S Si Ni Cr0.20-0.30 0.38-0.43 0.65-0.85 0.025 0.025 0.020-0.035 1.65-2.00 0. 70-0.90

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AISI SAE


Por otra parte la ASTM también tiene su sistema de clasificaciones y especificaciones para los aceros.

La ASTM clasifica los aceros de cuerdo a la forma (hojas, barras, tubos, resortes, etc.)

O a los productos fabricados de acero (calderas, recipientes depresión, estructuras, etc.).La ASME usa el mismo sistema de clasificación que la ASTM.

ASTM usa para su designación de los aceros una letra A seguida del código establecido para el material y la ASME usa las tras SA seguidas del mismo código.

ASTM A - 36-90Acero estructural para edificios soldados, puentes y propósitos estructurales en general.Norma revisada en 1990

CRISTALES

Todos los metales solidifican como un metal cristalino. Cada metal tiene una estructura metálica característica.

Algunos metales sufren una alteración de su forma cristalina cuando cambia la temperatura, este fenómeno se llama cambio "Alotrópico".

Los metales cristalizan preferiblemente en 3 de 14 formas posibles y de ellas las formas preferidas de cristalización para el acero son la cúbica centradas en el cuerpo (bcc), y cúbica centrada en las caras (fcc).

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ASTM A 36-90 ASME SA 36


Idealmente al solidificar un metal, partiría de un solo núcleo cristalino, los átomos se acomodarían siempre con la misma orientación del núcleo produciendo un cristal único.

En la vida real, la cristalización comienza en muchos puntos simultáneamente y los átomos que permanecen en la fase líquida se van acomodando con la orientación del núcleo cristalino más cercano, que a su vez va creciendo hasta que se encuentre con los cristales vecinos.

Al conjunto de átomos que tiene la misma orientación se le llama grano y a los límites con los demás cristales se le llama límite de grano.

El tamaño y la presencia de los límites del grano tienen efecto muy importante en las propiedades mecánicas de los metales.

En lo límites del grano pueden existir pequeñas imperfecciones de las estructura cristalina y vacancias. Debido a esas anormalidades en los cristales el acero muestra variación en sus propiedades.

El tamaño del grano también varía con la velocidad y condiciones de enfriamiento y tienen una gran influencia en las propiedades mecánicas del acero, su comportamiento frente a agentes químicos (corrosión y otras).

Alotropía es la propiedad de ser capaz de existir en dos o más formas que difieren en propiedades físicas pero sin cambio en la clase de átomos de que está formada la sustancia.

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PROPIEDADES DE LOS ACEROS

RESISTENTE, TENAZ, DÚCTIL

Las propiedades de los aceros se pueden diferenciar entre las propiedades físicas y mecánicas.

Entre las propiedades físicas está: densidad, expansión térmica, conductividad, punto de fusión, etc.

Entre las propiedades mecánicas. Resistencia a la tensión, resistencia al impacto y dureza.

Las principales propiedades de un metal o un acero son: Resistente, Tenaz, Dúctil

Estas propiedades pueden variar cambiando el tipo de aleación o por tratamiento térmico.

Resistencia Es el comportamiento del acero sometido a una carga aplicada hasta que se rompa

Ductibilidad Es la cantidad de deformación plástica que sufre el acero que se somete a prueba hasta la fractura.

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La ductibilidad disminuye cuando el tamaño del grano aumenta.

La Tenacidad mide la habilidad de un material para deformarse plásticamente durante aplicación rápida de carga.

RESISTENCIACuando un acero se somete a una carga para deformado y al retirara la carga recupera su tamaño y forma, se dice que el acero trabaja elásticamente. Si al aplicar una carga el doble de la anterior se deforma el doble se dice que la carga es proporcional a la deformación y podemos decir que el acero está trabajando como un material elástico.

Cuando se excede cierta magnitud de carga para un material dado y éste no recupera su forma ni dimensiones originales, se dice que hubo una deformación plástica.

El punto es donde la deformación deja de ser proporcional a la carga aplicada y comienza la deformación permanente se llama limite elástico o limite de proporcional.

La resistencia del material en el límite elástico se llama "Yield Strengh" (carga de cedencia).

La dureza de un metal es la resistencia del material a la deformación plástica. Esta propiedad está relacionada con la resistencia, ya que ambas miden la habilidad del material a resistir una deformación permanente.

DUCTIBILIDAD

La ductibilidad es estimada como la deformación que sufre el material cuando es sometido a la tensión hasta

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que se rompa. No mide una característica fundamental si no que da un punto de comparación del comportamiento de diferentes metales sometidos a condiciones idénticas de prueba.

Los valores obtenidos de ductibilidad no pueden usarse directamente en el diseño. La mayoría de las estructuras se diseñan para operar pro debajo de la carga cedencia

Los valores de ductibilidad dan una indicación aproximada de la habilidad del metal o sufrir deformaciones en frío durante su manufactura, instalación o reenderezado después de una deformación accidental.

Normalmente durante el ensayo de tensión se mide la elongación y la reducción de área.

El doblaje en parte se una para obtener una indicación de la ductibilidad.

Desafortunadamente no se puede generalizar que un material que se comporte como dúctil en el ensayo de tensión se comporte de igual manera para otros tipos o condición de ensayo.

Debido a que se han encontrado metales dúctiles para el ensayo de tensión, que fracturan en servicio con poca o ninguna de formación plástica, se habla de Tenacidad de los metales como una propiedad diferente a ductibilidad.

Tenacidad es la habilidad en un metal para resistir a la fractura en la presencia de una muesca y para acomodarse a la carga por deformación plástica.

Las condiciones que influyen en el comportamiento de los metales son:

Velocidad de carga Temperatura La manera en que se impone la carga, si uniaxial o multiaxial.

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Se ha encontrado que los metales como el cero que solidifican en cristales cúbicos centrando en el cuerpo son susceptibles a esta clase de fractura frágil que no se presenta en otras formas cristalinas. Como la cúbica centradas en las caras.

La rotura frágil no presenta deformación, mientras que en la rotura dúctil si hay deformación antes de la rotura.

Los metales con estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo muestran un comportamiento de transición dúctil a frágil cuando la temperatura disminuye

ENSAYO DE IMPACTO

Existen varios tipos de ensayo que evalúa la fragilidad o tenacidad da la soldadura o metal probado.

El ensayo más ampliamente utilizado es el impacto CHARPY que mide la cantidad de energía absorbida por el material probado cuando se somete a impacto.

La prueba se hace a varias temperaturas para determinar la energía de transición, que detecta el momento en que la probeta cambia de rotura dúctil a rotura frágil.

Después de ensayo se examinan las partes rotas para determinar si la probeta presentó deformación dúctil.

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EFECTO DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN

Cuando otra clase de metal se añade a un metal puro se dice que habido una aleación.

Los átomos añadidos pueden:

No disolverse Entrar en solución.

La solubilidad puede ser parcial o completa. Todas las probabilidades anteriores influirán en el comportamiento de la aleación resultante

También como se menciono, acero es una aleación de hierro conteniendo menos del 2% de carbono.

La presencia del carbono altera las temperaturas a las que se producen los cambios de fase y la temperatura de solidificación.

Otros elementos de aleación (manganeso, cromo, etc.) también afectan las temperaturas de transformación.

Uno de los cambios más importantes, porque afecta la resistencia del acero es la transformación de ferrita a austenita que en hierro puro es a 910 °C, pero que al agregar carbono puede disminuir hasta 723 °C.

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La austenita puede disolver hasta 2% de carbono en solución sólida, pero la ferrita solo puede disolver 0.025% de carbono. A 723 °C (Al) la austenita, se transforma en ferrita y el carbono no disuelto forma un compuesto llamado cementita (Fe3 C).La ferrita y la cementita forman una estructura laminar de plaquetas adyacentes llamada perlita.

Otros elementos de aleación alteran más las temperaturas de transformación.A bajas velocidades de enfriamiento se forma:

Ferrita: Solución sólida de carbón en hierro alfa.Perlita: Mezcla de cementita y ferrita que se forma en plaquetas o láminas.Cementita: Carburo de hierro, Fe3C, presente en la perlita.

Si se enfría rápido, la descomposición de la austenita se suprime y cuando inicia la transformación se efectúa más rápidamente para formar grandes volúmenes de perlita.

Si se enfría más rápido, la temperatura de la transformación es más baja y se forman carburos y ferrita (bainita) en lugar de perlita.A mayor velocidad de enfriamiento se forma la Martensita.

La Martensita es el producto de descomposición de la Austencita más dura que se forma.

Los siguientes tratamientos térmicos se denominan dependiendo de la velocidad de enfriamiento, desde A3, (se enumeran en orden creciente).

Recocido en el homo. Normalización. Enfriamiento en aire quieto. Enfriamiento en aceite. Enfriamiento en agua. Enfriamiento en baño de sales.

A mayor velocidad de enfriamiento del acero es más duro y de mayor resistencia hasta que la estructura es casi 100% Martensita.

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Para mostrar la historia de la transformación de austenita a perlita, bamita o martensíta, hay un diagrama que muestra cada temperatura el tiempo requerido para que inicie la transformación, el tiempo requerido para obtener transformación completa y el tipo de estructura que se forma.

Este diagrama se llama diagrama TTT (Tiempo, temperatura, transformación) o de Transformación Isotérmica.

DIAGRAMA TTT PARA ACERO

A medida que el contenido de carbono o elementos de aleación aumentan, las curvas TTT se desplazan a la derecha.

Cuando las curvas se desplazan a la derecha, el acero puede transformase a martensita a menor velocidad de enfriamiento y se dice que estos aceros tiene mayor Endurecibilidad.

La composición del acero es el factor más importante que determina el comportamiento de transformación.

Adiciones de:Carbón, Níquel, Manganeso menores al 1%, Silicio por debajo del 1-1/2%. Mueven la curva de transformación a la derecha pero no cambian su forma.

Adiciones de:Cromo, Molibdeno, Vanadio. Mueven la curva también a la derecha pero también cambian la forma de la curva.

Dureza y Endurecibilidad

Dureza es la medida de la capacidad del acero a no dejarse deformar y en los aceros es una función de su contenido de Carbono.

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Endurecibilidad es una medida de la capacidad de Martensita que se forma en la estructura del acero durante el enfriamiento.

La Martensita formada en enfriamiento rápido puede ser muy frágil pero si se le hace un tratamiento térmico, aumentará su ductibilidad y tenacidad sin perder mucho su resistencia.

Los elementos de aleación son añadidos al acero para obtener propiedades especiales del acero sin afectar en mayor grado su soldabilidad; así que pueden obtener aceros: De mayor resistencia. Mejor tenacidad a baja temperatura. Mayor resistencia a la corrosión. Mayor resistencia a la oxidación. Altera la conductividad eléctrica o propiedades

magnéticas.

Los elementos de aleación que se agregan pueden agruparse en: Formadores de Ferrita - Formadores de Austenita.

El carbón es una fuente formador de Austenita.

EFECTO DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN

Magnesio

Es un elemento desoxidante, desufurante y forma carburos de Manganeso Mn3C. Las propiedades y apariencia del Carburo de Manganeso no se distinguen de las de Carburo de Hierro.

Es completamente soluble en hierro líquido y en solución sólida, es sustituciónal.

Disminuye el rango de temperatura A3-A1, disminuye la velocidad de transformación de la Austenita, o sea que aumenta la endurecibilidad del acero y por lo tanto su resistencia, Aleado en 12 y 15% suprime transformación de la Austenita.

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Fósforo

Parcialmente soluble en el hierro liquido (30% aproximadamente). En estado sólido forma un compuesto F3P, tiende a hacer el acero quebradizo.

Generalmente se encuentra en el acero como impureza.

Azufre

Es soluble en hierro fundido. En hierro sólido existe como Sulfuro de hierro FeS, que es insoluble. Generalmente se encuentran en el acero como impureza Aleado en adicciones del 0.10 al 0.30%. Mejora la maquineabilidad del acero

(Free-Machining Steel).

Silicio

El Silicio es desoxidante en el acero. Se disuelve ilimitadamente en acero fundido, en hierro sólido se disuelve solo

un 15%. Forma de compuesto Fe3Si2. Es un formador de Ferrita. Aumenta la endurecibilidad. Mejora las propiedades mecánicas.

Cobre

Aumenta la resistencia a la oxidación atmosférica. Es soluble en hierro líquido pero disminuye con la presencia del Carbono. En hierro sólido es soluble en un 10%. Aumenta ligeramente la endurecibilidad del acero haciendo más lenta la

transformación de la Austenita.

Cromo

Aumenta la endurecibilidad del acero. Mejora mucho la resistencia a la corrosión en medios oxidantes. Disuelve ilimitadamente en el hierro en estado líquido o sólido. Es un formato de Ferrita.

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En aleación con el hierro de 13% o más suprime la fase Austenítica. Aumenta la resistencia del acero a temperatura elevadaNíquel

Es completamente soluble en hierro sólido o liquido. Es formado de hierro gama. En alta aleación suprime la formación de hierro alfa. No tiene mayor inclinación a formar Carburos ni Óxidos. Aumenta la endurecibilidad del acero. Mejora la tenacidad y ductibilidad del acero.

Molibdeno

Formador de ferrita con solo 3%, mantiene el hierro en esta fase. Tiene fuerte tendencia a formar Carburos. Aumenta marcadamente la endurecibilidad, adiciones de solo 0.25 a 0.50% Son suficientes para aumentar endurecibilidad. Mejora la resistencia del acero cuando se usa a temperaturas elevadas. Mejora la resistencia a la corrosión de los aceros Austeníticas.

Columbio y Titanio

Tiene alta afinidad por el Carbono, Oxigeno o Nitrógeno. Son formadores de Ferrita.

Tungsteno

Formador de Ferrita. Alta tendencia a formar Carburos. Aumenta la endurecibilidad del acero. Mantiene la dureza aunque aumente la temperatura.

Vanadio

Formador de Ferrita. Formador de Carburos Aumenta la endurecibilidad del acero. Disminuye la tendencia aumentar el tamaño del grano de la Austenita.

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Aluminio

- Se usa como desoxidante- Se usa como refinador de grano.- Formulador de ferrita, sólo 1,5% suprime la fase gama

Los factores que influyen en los cambios en el metal son:• Velocidad de calentamiento.• Temperatura máxima.• Tiempo a temperatura.• Velocidad de enfriamiento.• Temperatura final de enfriamiento

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EL ACERO

Definición: solución sólida de C en FeFe + C -(0.02-2)% - Aceros >2% - Funciones

Clasificación

I. %C Tratamiento

II. Aceros para maquinaria.

III. Aceros para herramienta.

INFLUENCIA DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN

Ni - Aumentar la tenacidad - aumentar la R.Cr - Aumenta la dureza- aumenta la R. - corrosión y la oxidación - aumenta la

templabilidad - aumenta la R. al desgaste - todos los inoxidables tienen cromo.

Mo - Aumenta la R. - Desgaste a altas temperaturas - aumenta la R corrosión y a la abrasión. Aumenta la templabilidad y la tenacidad. Es formador de carburos (>cromo).

W- Aumenta la R. desgaste a altas temperaturas - aumenta la dureza - formador de carburos frágiles.

Mn - (Ni) aumenta la templabilidad a bajo costo - desoxidante - aumenta la tenacidad al impacto y al desgaste.

V - Aumenta la templabilidad - alta tenacidad y resistencia con alto C proporciona gran dureza y R. al desgaste. Proporciona dureza secundaria.

Si - Es desoxidante - proporciona dureza y tenacidad hace resistente los aceros de baja aleación.

EFECTOS DE LOS ELEMENTOS DE ALEACIÓN EN LOS ACEROS

1. Aumentar la templabilidad.

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2. Mejorar la R. a temperaturas comunes.3. Mejora las propiedades mecánicas a bajas temperaturas.4. Mejora la tenacidad para cualquier dureza.5. Mejorar la R. al desgaste.6. Mejorar la R. a la corrosión.7. Mejora las propiedades magnéticas

ACEROS DE HERRAMIENTAS

Nominación SAE-AISI para los aceros de herramientas:Basada en el medio de temple, las aplicaciones más indicadas, y las características especiales, son:

GrupoDe temple al aguaPara trabajos de choque

Para trabajos en frió

Para trabajos en caliente

RápidosPara usos especiales

Símbolo y tipoWSO Aceros de temple en aceiteA Aceros de 1/2 aleación, temple al aireD. Aceros altos en C: y Cr.H. Aceros al cromo H1-H 19H. Aceros al tungsteno H20-H39 Aceros al molibdeno H40-H50)T. Aceros al tungstenoM. Aceros al molibdenoL. (Baja aleación F (de tungsteno) P (para moldes)

"El perfil de las propiedades críticas es distinto para cada tipo de acero para herramientas, significado que la resistencia a la rotura de las herramienta será también diferente para cada calidad".UDDEHOLM cuenta con un programa completo de acero para trabajar en frió. "Los principales problemas que se encuentran en la fabricación de una herramienta son los mecanismos que conllevan al daño o a la destrucción de las superficies activas causando, de este modo, la rotura de la herramienta".

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PROCESO DE TRATAMIENTO TÉRMICO

Quitar la tapa de la caja de empaque antes de chequear la temperatura de la herramienta.

Comparar el color de la superficie de la herramienta expuesta con el color del termopar

El acero con una superficie uniforme y con una temperatura en el núcleo de 870° C tal y como es tomado del horno

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Después de 30 segundos en agua la temperatura de la superficie ha caído a 380°C mientras que el núcleo esta todavía a 750°C. Ambos se están contrayendo, sin embargo, la superficie se ha contraído más, incrementando los esfuerzos térmicos

Después de 100 segundos en el agua, la superficie ha alcanzado una temperatura de 200°C (rango de transformación) y ha empezado a expandirse. El núcleo todavía esta cerca de los 5000ºC y aún se esta contrayendo. El resultado es de esfuerzos de transformación en las partes exteriores y esfuerzos térmicos en el núcleo.

TEMPLE

Después de que la herramienta se ha mantenido a la temperatura de temple durante el tiempo adecuado, tiene que ser sacada para el temple. Maneje la herramienta con mucho cuidado ya que la resistencia del acero es muy baja a esta temperatura. Dos cosas sucederán durante el temple:

El acero se contraerá durante la primera parte del temple (contracción térmica normal).

El acero se expenderá al final del proceso de temple cuando empiece a transformarse en martensita.

Estos procesos no ocurren simultáneamente en toda la herramienta - La superficie puede alcanzar la temperatura de transformación y empezar a expandirse mientras que el núcleo aún se está contrayendo.

Para entender un poco más este proceso, veamos algunos esquemas simplificados. Supongamos que hemos calentado una pieza de ASSAB M-4 (100 mm O) uniformemente a 870° C.

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Después de 200 segundos en agua la superficie ha alcanzado una temperatura cerca de los 100° C y ahora está dura y rígida. El núcleo ha alcanzado cerca de 270°C (rango de transformación) y ha empezado a expandirse. La expansión del núcleo provoca grandes esfuerzos en la superficie endurecida

El acero con una temperatura uniforme, tanto en la superficie como en el núcleo de 879°C, tal y como es tomado del horno

Lo anterior muestra que el enfriamiento con agua somete a las herramientas a grandes esfuerzos y por lo tanto no puede usarse para herramientas complicadas o delicadas. Veamos ahora que sucederá la misma pieza enfriada en aceite.

Después de 200 segundos en aceite la temperatura de la superficie ha caído a 320°C y el núcleo a 450°C. Ninguno ha alcanzado el rango de transformación lo que significa que la superficie y el núcleo están sometidos casi similarmente a la contracción térmica

Después de 350 segundos en aceite la superficie y el núcleo han alcanzado la temperatura de transformación más o menos al mismo tiempo. Ambos se están expandiendo.

Las herramientas de diseño complicado o con un espesor irregular o esquinas filosas preferiblemente deben ser enfriadas al aire para reducir cuanto sea posible los esfuerzos térmicos y de transformación.

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Tomado del manual de aceros uddeholm

CLASIFICACIÓN SAE - AISI DE ACEROS

10XXX

PREFIJO %de la aleación mayor % en centesimas de 1% Society A-B-C-D %x peso de la aleación de contenido de C Automotive

Engineers

AmericanIron andSteelInstitute

TIPOS DE ACERO1. Carbono 2. Niquel3. Niquel – cromo4. Molibdeno5. Cromo6. Cromo – Venadio7. Triple aleación8. Silicio – manganeso

PREFIJOSA Acero básico de hogar abierto.B Acero ácido Bessemer al C.C Acero básico al carbono de hogar abierto.D Acero ácido al carbono de hogar abierto.E Acero de horno eléctrico.

El dígito indica el elemento predominante de aleación

Ejemplo 1015 Contenido de carbono entre 10 y 20% Que no contiene elementos mayores de aleación

NOTA: El acero siempre contiene pequeñas cantidades de Mn, P, S

SISTEMA DE DESIGNACIÓN AISI - SAENUMERALES Y

DÍGITOSTIPOS DE ACERO Y CONTENIDO

DE ALEACIÓNNUMERALES Y

DÍGITOSTIPOS DE ACERO Y CONTENIDO

DE ALEACIÓN

ACEROS AL CROMO50XX.......Cr 0.27, 0.40, 0.50 y 0.6551XX.......Cr 0.80, 0.87, 0.92, 0.95, 1.00 y 1.0550XXX......Cr 0.5051XXX......Cr 1.02 C 1.00 min52XXX......Cr 1.45ACEROS AL CROMO VANADIO61XX.........Cr 0.60, 0.80 y 0.95; V 0.10 y 0.15ACEROS AL TUNGSTENO-CROMO72XX......W 1.75; Cr 0.75

ACEROS AL MOLIBDENO40XX.............Mo 0.20 a 0.5244XX.............Mo 0.40 a 0.52ACEROS AL CARBONO10XX( a )........Simple carbono (Mn 1.00 % )11XX..............Resulfurizado12XX..............Resu!furizado y refosforado15XX.............Simple carbono (Max Mn rangoACEROS AL CROMO MOLIBDENO41XX............Cr 0.50, 0.80 y 0.95; Mo 0.1

85


ACEROS AL SILICIO - MANGANESO92XX.......Si 1.40 y 2.00; Mn 0.65, 0.82 y 0.85; Cr 0.00 y 0.65(a) XX como últimos dos dígitos en estasdesignaciones indica el contenido decarbono (en 0 centésimas por cien)ACEROS AL MANGANESO13XX.............Mn 1.75ACEROS AL NIKEL23XX............. Ni 3.5025XX............. Ni 5.00ACEROS AL NIKEL CROMO31XX ............Ni 1.25: Cr 0.65 y 0.8032XX.............Ni 1.75; Cr 1,0733XX.............Ni 3.50; Cr 1.50 a 1.5734XX.............Ni 3.00; Cr 0.77ACEROS AL MOLIBDENO40XX.............Mo 0.20 a 0.5244XX.............Mo 0.40 a 0.52

0.20, 0.25 y 0.30ACEROS AL NIKEL - CROMO - MOLIBDE43XX............ Ni 1.82; Cr 0.50 a 0.80; Mo 0.2543BVXX....... Ni 1.82, Cr 0.50; Mo 0.12 a 0.25; V 0.03 min47XX............Ni 1.05; CrO.45; Mo 0.20 a 0.3581XX............ Ni 0.30; Cr 0.40; Mo 0.1286XX............Ni 0.55; Cr 0.50; Mo 0.2087XX............Ni 0.55; Cr O.50; Mo 0,2588XX............Ni 0.55; Cr 0.50; Mo 0.3593XX............Ni 3.25; Cr 1.20; Mo 0.1294XX............Ni 0.45; Cr 0.40; Mo 0.1297XX............Ni 0.55; Cr 0.20; Mo 0.2098XX............Ni 1.00; Cr 0.80; Mo 0.25ACEROS AL NIKEL MOLIBDENO46XX............Ni 0.85 a 1.82; Mo 0.20 a 0.5248XX............Ni 3.50; Mo 0.25

MATERIALES DE ADICIÓN Y ALEACIÓNINFLUENCIA DE LOS MATERIALES DE ADICIÓN Y ALEACIÓN

SOBRE LAS PROPIEDADES DEL ACERO

COMPONENTES S

ELEVA REBAJAN0

METAL

ES

CARBONO C Resistencia, dureza, temple Punto de fusión, tenacidad, etc.

SILICIO Si Elasticidad, resistencia, dureza en calienteresistencia a la corrosión.

soldabilidad

FOSFORO P Fluidez, fragilidad en frío, resistencia encaliente

Alargamiento, resistencia a!choque.

AZUFRE S Fragilidad de virutas, viscosidad Resistencia al choque

METAL

MANGANES. Mn Templabilidad al fondo, resistencia al choque.

a! desgaste.

Mecanización /////// de

grafito.

NÍQUEL Ni Tenacidad, no corrosión, resistenciaeléctrica

Dilatación , terminado

CROMO Cr Dureza, resistencia, temperatura de temple, resistencia de filo, no desgaste, no corrosión.

Alargamiento (en gradoreducido.

VANADIO V Resistencia a la fatiga, en caliente, dureza tenacidad.

Sensible, recalentamiento

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ES

MOLIBDENO Mo Dureza, resistencia en caliente a la fatiga Alargamiento, forjabilidad.

COBALTO Co Dureza, resistência de frio, resistência en Ca

liente

Tenacidad, sensible al calor

TUNGSTENO: W Dureza, resistencia a la corrosión,temperatura de temple, resistencia encaliente al fuego y al filo.

Alargamiento (En gradoreducido)

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.

88


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TRATAMIENTOS TÉRMICO

GENERALIDADES

Los tratamientos térmicos son operaciones de calentamiento y enfriamiento mediante las cuales se modifican la constitución y la estructura de los metales o aleaciones.

Se basa en que las transformaciones en el estado sólido, para que pueda realizarse completamente, necesitan tiempo suficiente. Un enfriamiento lento hasta la temperatura ambiente permitirá la total transformación de los constituyentes, obteniéndose con ello una estructura y una constitución determinada. Si calentamos de nuevo hasta temperaturas superiores a la de transformación y al enfriar otra vez no se aumenta la velocidad de enfriamiento, la transformación encontrará más dificultades para realizarse y será solo parcial (o será impedida totalmente si la velocidad es suficientemente rápida), obteniéndose así una constitución y una estructura distintas a las anteriores.

Se comprende, por tanto, la importancia que tiene que conseguir estas modificaciones para poder variar a voluntad las propiedades que va a poseer el metal a la temperatura ambiente.

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Los tratamientos térmicos son especialmente indicados para los aceros, si bien se trata también con éxito gran número de aleaciones no férreas; por tanto, en la descripción de cada uno de ellos se detallarán, en general, el proceso y los fines que se persiguen. En todo ciclo de tratamiento térmico hay que considerar tres fases, a saber; calentamiento hasta una temperatura determinada, tiempo de permanencia en ella y enfriamiento hasta temperatura ambiente, siendo los siguientes factores los que intervienen en el resultado final:

• Velocidad de calentamiento.

• Temperatura alcanzada y tiempo de permanencia.

• Velocidad de enfriamiento y medio de enfriamiento.

• Efecto de la masa (espesor o diámetro de las piezas).

Para entender las definiciones y los procesos a seguir en los tratamientos térmicos, es necesario conocer la nomenclatura de los puntos críticos en los cuales se producen las transformaciones.

Recocido

En los trabajos de forja, doblado, enderezado, torneado, etc. en los aceros se desarrollan tensiones internas que deben eliminarse antes de templar la pieza, pues en otro caso darían origen a la formación de grietas. Para eliminar estas tensiones internas se procede al recocido de las piezas, que consiste en calentarlas y enfriarlas lentamente.

El recocido antes del temple se recomienda no sólo para las herramientas que acaban de ser preparadas, sino también siempre que hayan de templarse las que, hallándose en uso, están siendo sometidas a choques.

Cuando se rebasa la temperatura indicada para el recocido, se dice que el acero está recalentado; sí se exagera más la temperatura, el acero está quemado. El primero puede regenerarse calentándolo de nuevo en presencia de carbono; el quemado no puede regenerarse.

Al calentar los aceros para su temple es preciso, si se utiliza la fragua, emplear carbón de madera o coque. La temperatura del temple depende de la clase del acero, por lo que se debe consultar a la casa suministradora. Para los aceros corrientes suele ser:

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• Hasta el rojo cereza oscuro (700°C) para aceros duros.

• Hasta el rojo cereza (800°C) para aceros de dureza media.

• Hasta el rojo cereza claro (900°C) para aceros dulces.

Los aceros rápidos se calientan lentamente hasta el color rojo y luego rápidamente hasta el blanco (1.200°C).

Para enfriarlos, el baño más empleado es el de agua a 15 o 20 °C, teniendo cuidado de que haya tal cantidad que su temperatura no varíe sensiblemente al temblar. Para obtener temples más duros se adiciona al agua un 10% de sal de cocina (cloruro sódico) o ácido sulfúrico. Para temples suaves sirven el agua de cal o los aceites. Los aceros rápidos se enfrían en una corriente de aire- aunque también pueden emplearse sebo o aceite. No debe usarse el petróleo, porque, además de no dar mejor resultado, es peligroso.

Al introducir la pieza en el baño, debe hacerse de manera que no haya una separación brusca entre la parte mojada y la seca. Así, un útil de tomo se entra verticalmente y se le da un movimiento de vaivén en sentido vertical; de lo contrario, se corre el riesgo de que la pieza se rompa por la sección que separa la parte mojada y la sumergida.

Para cortar una barra de acero, no es prudente hacer ligeras incisiones con la sierra o la lima y luego acabar de romperla a golpes, pues se corre el peligro de resquebrajarla; lo mejor es cortarla completamente con la sierra. Si, por no estar recocida, no es posible cortarla en frío, se calienta al rojo cereza, si se trata de acero corriente, o al blanco sí es de acero rápido. Luego, con una tajadera, se abre alrededor una incisión bastante profunda; una vez fría la barra, bastará un pequeño golpe para romperla.

Temple

Consiste en calentar el acero por encima de la temperatura crítica superior y luego enfriarlo suficientemente deprisa para que se forme una estructura martensitica.Con este tratamiento se mejoran las características mecánicas, aumentando:

Resistencia a la atracción Limite elásticoDureza

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A costa de disminuir:

AlargamientoEstricción.Resistencia

También modifica las propiedades físicas (aumento del magnetismo remanente y de la resistencia eléctrica) y las propiedades químicas (aumento de la resistencia a la acción de ciertos ácidos).

Factores que Influyen

Los factores que influyen en el temple de acero son los siguientes:Composición.Tamaño de grano.Estructura. Forma y tamaño de las piezas.Estado superficial.Medio de enfriamiento.

Todos ellos tienen gran importancia en el resultado final del tratamiento, por ejemplo, para las mismas condiciones de enfriamiento, la dureza de los aceros de carbono templados es mayor cuanto más alto es su porcentaje de carbono

Temple Interrumpido

Este temple se utiliza también para evitar las deformaciones y grietas de la transformación martensítica cuando esta tiene lugar con una gran velocidad de enfriamiento.

El proceso que se sigue es el de enfriar rápidamente el acero antes de que llegue a la temperatura de transformación en martensita, extraer la pieza del agua e introducirla en un baño de aceite, donde se enfría con menos severidad. transformándose así en martensita. En algunas ocasiones se enfría el acero hasta 200 o 300 °C y se extrae del agua para que termine el enfriamiento al aire. Sirve para templar, al agua, herramientas de formas complicadas,

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Temple superficial

Existen piezas que, por el tipo de trabajo que han de realizar, requieren, por una parte, gran tenacidad y resistencia en el núcleo y, por otra, gran dureza y resistencia superficial (por ejemplo, engranajes, cigüeñales, árboles de levas,etc.)

Como es sabido, estas características no pueden conseguirse con el temple, pero sí con otros procedimientos, como son el endurecimiento superficial por temple localizado.

El método del temple superficial consiste en producir un calentamiento muy rápido en la superficie de la pieza, de forma que solamente una delgada capa alcance la temperatura de austerización, seguido de un enfriamiento muy rápido.

Para este tratamiento se emplean aceros con un 0,3-0,6 % de carbono, siendo su estado inicial el de recocido y normalizado.

Revenido

Consiste en calentar el acero, después de haber sido templado a una temperatura a la de austerización, y luego someterlo a un enfriamiento más bien rápido.

Con este tratamiento se pretende conseguir algunos de los fines siguientes:

Mejorar los efectos de temple.Disminuir las tensiones internas originadas en el temple. Modificar las características mecánicas disminuyendo dureza y resistencia a la

rotura, así como aumentando tenacidad, plasticidad y estricción.

Es por tanto, un tratamiento complementario del temple. Al conjunto de las operaciones de temple y revenido a que se somete un producto siderúrgico, selo denomina bonificado.

El revenido da al acero las propiedades adecuadas al fin a que se destina. Cuanto mayor sea la dureza del acero templado, o sea, cuanto mayor sea la cantidad de martensita que contenga, más alto será el nivel de las propiedades que puedan lograrse con un buen revenido, disminuyendo la dureza hasta el valor suficiente y aumentado, en cambio, la tenacidad.

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TRATAMIENTOS TERMOQUÍMICOS

GENERALIDADES

Los tratamientos térmicos, no son suficientes para mejorar ciertas características, particularmente en la superficie de los metales. Cuando se necesitan piezas con una superficie muy dura, resistentes al desgaste y la penetración, y con el núcleo central muy tenaz para poder resistir y soportar los esfuerzos a que están sometidas, se usan diversos procedimientos tales como los tratamientos termoquímicos.

Se denominan termoquímicos (o de cementación) porque, aparte las operaciones de calentamiento y enfriamiento, modifican la composición química del acero en la capa superficial mediante el aporte o la difusión de ciertos elementos (carbono, nitrógeno, azufre, etc.).

Con ellos se trata de conseguir algunos de los fines siguientes:

Aumentar la dureza superficial sin alterar la tenacidad del núcleo.Favorecer las cualidades de lubricación y rozamiento.Aumentar la resistencia al desgasteAumentar la resistencia a la fatiga. Mejorar la resistencia a la corrosión.

Según la naturaleza del agente difundido, se distinguen los siguientes tratamientos termoquímicos:

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Cementación.Nitruración.Cianuración.Sulfínización.

Estos tratamientos termoquímicos se deben realizar en unos hornos especiales del tipo "mufla", como en el caso de la cementación, o en unos hornos con atmósfera controlada de nitrógeno, en el caso de la nitruración, durante un tiempo dado que determina el espesor de la capa que se ha querido endurecer.

Cementación

Consiste en aumentar el contenido de carbono de la superficie de un acero mediante un calentamiento a temperaturas comprendidas entre 850 y 950°C en presencia de un medio capaz de cederle carbono, denominado agente cementante o carburante. La cementación va seguida siempre de temple y revenido.

Se aplica a piezas que requieran gran dureza superficial (60 a 65 HRc) y resistencia al desgaste, junto a elevados niveles de ductibilidad y resistencia para poder soportar esfuerzos de importancia. Se emplean principalmente aceros de bajo contenido de carbono (menos del 0,2%), aleados o no.

El proceso a seguir depende de varios factores que influyen sobre la estructura y el espesor de la capa (0,3 a 1,5 mm). Estos son:

Composición del acero Agente cementantesTemperatura de cementación.Tiempo de cementación.

Según sea la naturaleza del agente cementante, se pueden utilizar tres procedimientos distintos, o sea, con cementantes sólidos, líquidos y gaseosos.

Cianuración

Se utiliza para crear una capa superficial, rica en carbono y nitrógeno, introduciendo el acero en un baño líquido a 800 o 900 °C y formado

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fundamentalmente por cianuro sódico y otras sales (cloruros y carbonates sódicos).

El espesor de la capa cianurada depende de la duración del proceso, siendo en general igual o inferior a 0,30 mm en un tiempo inferior a una hora.

Se emplea para endurecer y aumentar la resistencia al desgaste de las piezas de acero de bajo y medio contenido de carbono. Una vez realizado el tratamiento, se les da un temple para conseguir la máxima dureza (hasta 65 HRc).

DUREZA DE LOS MATERIALES

La dureza de los materiales se determina por medio de ensayos (RockweII, Brinell y Vickers), los cuales se realizan utilizando máquinas de diversos tipos, que permiten que una carga aplicada sobre un penetrador actúe sobre el material a ensayar.

PARTES DE LAS MAQUINAS DE ENSAYO

Las maquinas de ensayos de dureza están constituidas básicamente por cuatro (4) elementos (figura 1).

1. Cargas y su mecanismo de aplicación2. Soporte y elevador de piezas3. Dispositivo de penetración4. Aparato de medición y lectura

MECANISMO DE APLICACIÓN DE CARGAS

Está constituido por dispositivos especiales que sirven para seleccionar las cargas y aplicarlas sobre el penetrador; según el tipo de máquina, las cargas pueden actuar accionando un sistema mecánico o hidráulico.

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En el primer caso las diferentes pesas están colocadas en un extremo del mecanismo y la selección de hace manualmente o mediante un selector. En el segundo caso, se seleccionan las cargas y se controlan mediante un manómetro. Un amortiguador hidráulico puede regular la velocidad de aplicación.

SOPORTE Y ELEVADOR DE LAS PIEZAS

En la parte de la máquina donde se colocan las piezas a ensayar, generalmente consta de tres (3) partes; soporte, elevador y volante.

El soporte situado en la parte superior del conjunto, es intercambiable y tiene diferentes formas y tamaños de acuerdo con el tipo de piezas a ensayar. El elevador es un tornillo, que permite subir o bajar las piezas mediante el giro de un volante, el cual se encuentra en la parte inferior del elevador.

DISPOSITIVO DE PENETRACIÓNEstá compuesto por el cabezal y el penetrador, el cual puede ser un diamante una esfera, según el tipo de ensayo. El penetrador se sujeta al cabeza por medio de un tornillo o un cono roscado. Algunas máquinas poseen un protector del penetrador.

APARATO DE MEDICIÓN Y LECTURAExisten dos clases de aparatos de medición y de lectura de dureza: los ópticos y los de lectura directa. Los ópticos se utilizan para los ensayos Brinell y Vickers, y los de lectura directa para el ensayo Rockwell.

TIPOS DE MAQUINASMAQUINAS ROCKWELL (FIGURA 2)

Fig.2

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En el ensayo Rockwell se usan normalmente dos tipos de penetradores correspondientes a los ensayos Rockwell C o B El reloj de la máquina tiene dos escalas, una roja y una negra, en las que se hacen las lecturas de las durezas. La escala puede girar libremente accionando el borde del reloj, lo cual permite regular la graduación del cero (figura 3)

Fig. 3

El reloj se encuentra acoplado al soporte del penetrador en tal forma que cualquier movimiento vertical de éste, se traduce en una rotación de la aguja indicadora.

Algunos aparatos llevan una aguja pequeña, que sirve para indicar el momento en que se aplica la carga inicial o precarga de 10 Kg. Cuando esto sucede, esta aguja coincide con el punto marcado en la carátula del reloj.

MAQUINAS BRINELL Y VICKERS (FIGURA 4)

Existen varios tipos de máquinas para realizar los ensayos Brinell y Vickers siendo las más usadas las que disponen de un aparato óptico donde se mide la huella impresa.

Fig. 4

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En la máquina se pueden seleccionar las diferentes cargas, y su aplicación sobre el cuerpo a ensayar, se regula mediante un sistema de amortiguación mecánico o hidráulico, que permite una aplicación lenta y gradual de las cargas y asegura que la presión no sobrepase nunca la conveniente para el ensayo.

Si el ensayo que se realiza en este tipo de máquinas, es el Brinell, los penetradores usados son esferas de acero o carburo de tungsteno de varios diámetros en los ensayos Vickers, el penetrador utilizando es un diamante en forma de pirámide cuadrangular.

Otra característica de este tipo de máquinas, es que cuentan con un dispositivo especial que inmediatamente después de efectuar la impresión, sitúa en el lugar donde se encontraba el penetrador, un aparato óptico que proyecta sobre un vidrio la imagen de huella, ampliada de 20 a 150 veces. A éste aparato también se lo denomina micrómetro óptico, existiendo diversos tipos como el que se ve en la figura 5.

Fig. 5

OBSERVACIONES:

A. uando las máquinas no tienen incorporado el aparato óptico de medición, la huella es medida utilizando un microscopio o lupa graduada, portátil, como la representada en la Figura 6.

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Fig.6

B. Existen otros tipos de máquinas, llamadas universales, con las cuales se realizan los tres ensayos de dureza, figuro 7

Fig. 7

C. Las casas constructoras, también han diseñado máquinas para dureza Brinell con lectura directa siendo utilizadas en las industrias que fabrican productos en serie y cuando no se requiere gran precisión en la determinación de la dureza.

ENSAYO DE DUREZA ROCKWELL

Consiste en hacer penetrar un cono de diamante o una esfera de acero sobre el material que se va a ensayar. La lectura de la dureza se hace en forma rápida y directa, en un reloj especial que traslada la medida de la penetración, en cifras unitarias de dureza RockweII

CARACTERÍSTICAS

Las características principales del ensayo RockweII son las siguientes:

a. Lectura directa de la durezab. Aplicación simultanea de dos cargas c. Medida de la dureza por la longitud penetrada por el diamante o la esfera en

la pieza.

a. Lectura directaLa lectura dé los valores de la dureza se realizo en las escalas del reloj que está incorporado y acoplado al dispositivo de aplicación de las cargas de la máquina de ensayo.

101


b. Aplicación de cargasEn los ensayos RockweII se aplican dos cargas diferentes, una inicial de 10 Kg y después una carga final mayor que la anterior, la cual varía de acuerdo con los tipos de ensayo.

c. Medidas por la longitud penetradaLa distancia penetrada por el diamante a la esfera es directamente proporcional a la carga e inversamente proporcional a la dureza del material, esta proporción no es lineal.

TIPOS

Existen varios tipos de ensayo RockweII, siendo los más comunes, los denominados Rockweil B y RockweII C.

RockweII B

En este ensayo se utiliza como cuerpo penetrador una esfera de acero templado, con un diámetro de 1.578 mm. (1/16") y una carga final de 90 Kg.

Fig. 8

RockweII C

El penetrador utilizado para este ensayo se denomina penetrador Brale, es un cono de diamante con un ángulo de 120° y con la punta esférica con un radio de 0.2 mm. La carga final empleada para realizar este ensayo es de 140 Kg.

102


Fig. 9

USOS

El penetrador de bola de 1/16" es empleable para materiales cuya dureza oscile entre O y 100 de la escala RockweII b.

La lectura se hace en escala roja del reloj, también denominada escala HRB

El penetrador Brale se utiliza para materiales cuya dureza oscile entre 20 y 70 escala RockweII C.

La lectura en este caso se efectúa en la negra del reloj o escala C,

Fig 10

OBSERVACIÓN

Para determinar la dureza de la superficie de aceros nitrurados o cementados, descarburados o de piezas delgadas tales como hojas de afeitar, se emplea un ensayo especial denominado "RockweII Superficial", el cual se realiza usando un penetrador designado Brale N, igual al descrito anteriormente, pero sujeto a tolerancias de fabricación más estrechas, se utiliza para metales duros con carga inicial de 3 Kg. y adicionales de 12, 27 y 42 Kg. Para metales blandos se usa el penetrador de bola de 1/16". Con las mismas cargas mencionadas, la máquina es más sensible que la normal y también regula la velocidad de recorrido del penetrador por medio de un freno hidráulico.

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CONDICIONES PARA EL ENSAYO

a. Antes de determinar la dureza de un material se debe realizar por lo menos una medición previa, por cuanto la primera lectura puede ser errónea.

b. El penetrador debe quedar perpendicular a la pieza y esta no debe moverse durante el ensayo.

c. Las piezas deben presentar una superficie plana, lisa y libre de suciedad cascarillas o partículas duras que pueden falsear los resultados del ensayo

d. La superficie de la pieza no debe calentarse durante la preparación para evitar el ablandamiento de la misma, por le efecto de revenido y para no crear tensiones internas en el material.

e. En la piezas redondas menores de 10 mm. de diámetro la curvatura falsea el resultado se debe entonces rectificar con piedra esmeril o lima, una pequeña zona para la impresión. De lo contrario se debe acompañar el valor del diámetro de la pieza al de la dureza obtenida.

f. El espesor debe ser suficientemente grueso con respecto a la carga y al penetrador para evitar el “ efecto yunque” este puede detectarse observando la cara opuesta, para ver si aparecen señales de compresión o d ela impresión del penetrador.

En general se establece un espesor de la pieza igual o mayor 10 veces la penetración del diamante.

ENSAYO DE DUREZA BRINELL

Consiste en comprimir contra la superficie de la pieza metálica a probar, una esfera de acero muy dura, aplicando una carga estática durante un cierto tiempo, para medir luego las dimensiones de la huella impresa.

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Fig. 11

La impresión dejada por la bola en el metal de la pieza, es en términos geométricos un casquete esférico, el valor numérico de la dureza Brinell se obtiene dividiendo la carga aplicada por el área de la superficie de este casquete esférico, la cual puede calcularse fácilmente partiendo de su diámetro a través de una serie de deducciones matemáticas, obteniéndose así una fórmula que utiliza como datos numéricos el diámetro de bola, el diámetro de la huella impresa y la constante II

Área de la huella = D 2 - D D2 – d2

2 2

D = Diámetro de la bola en mm.d = Diámetro de huella impresa en mm. = 3.1416

De acuerdo con lo dicho anteriormente se debe dividir la carga por el valor de esta superficie, quedando:

Dureza Brinell (HB) = p .

D ( D2 – d2) 2

HB: = 2P . D (D - D2 – d2)

Siendo:

P = carga aplicada en Kg.

La carga se expresa en Kg y la superficie en mm2. En la práctica, y para mayor comodidad se utilizan tablas que indican la dureza correspondiente a cada uno de los diferentes diámetros de las huellas impresas, las cuales se miden con una lupa graduada o con un micrómetro óptico.

PENETRADORES

En el ensayo Brinell normal, se emplean como penetradores las bolas esféricas de 5 mm. o 10 mm. de diámetro, Para casos especiales pueden utilizarse otras

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bolas, tales como 1.25 mm., 2.50 mm. y 7 mm.; los ensayos realizados con tales bolas no pueden considerarse ensayos tipos

Las bolas pueden estar construidas de:

Acero al carbono. Acero aleado Carburo de tungsteno

El empleo de estas bolas depende de la dureza del metal ensayado.

CARGAS

Las cargas para los ensayos están en función del diámetro de la esfera y delmaterial a ser ensayado.

DIÁMETRODE ESFERAS

(mm.)

CARGAS (Kg) Y CAMPOS DE APLICACIÓN

Acero y hierrosFundidos

Bronce y latónduro

Cobre y aluminio y sus aleaciones

Metales blandos

10 3.000 1.000 500 250

5 750 250 125 62.52.5 187.5 62.5 31.25 15.625

OBSERVACIONES

Cuando se utiliza una esfera de 10 mm. y una carga de 3.000 Kg, se puede teóricamente determinar la dureza Brinell, aplicando la fórmula anterior en una escala comprendida entre 95.5 y 945 unidades. Sin embargo como las esferas de acero, sufren deformaciones cuando la dureza del material excede a 525 unidades Brinell, de debe utilizar entonces enteras de carburo de tungsteno que son más duras y por lo tanto sufren menos deformaciones.

En general para mayor exactitud se recomienda no exceder mediciones de dureza mayores a 600 unidades Brinell.

USOS

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Este ensayo se usa generalmente para determinar durezas de acero reconocidos laminados o normalizados y especialmente para metales no muy duros, tales como, el cobre y sus aleaciones y el aluminio y sus aleaciones.


Para obtener valores exactos en la determinación de las durezas, los ensayos Brinell deben reunir las siguientes condiciones:

a. El ensayo debe ser hecho sobre una superficie plana, limpia, lisa y sin porosidades.

b. El penetrador debe estar perpendicular a la superficie de la pieza y ésta no debe moverse durante el ensayo.

c. La distancia del borde de la pieza, al punto donde se va a hacer la impresión, debe ser aproximadamente 3 veces el diámetro de la huella y 4 veces del centro de otra impresión.

d. El espesor de la pieza, debe ser mayor al doble del diámetro de la impresión, para evitar el "efecto de yunque". Después del ensayo la cara opuesta no debe presentar marcas.

e. La superficie de la pieza a probar no debe calentarse durante su preparación, para no dar lugar al desarrollo de tensiones internas en el material.

ENSAYO DE DUREZA VICKERS

El ensayo Vickers consiste en determinar la dureza de un material, utilizando un penetrador especial para medir después la diagonal de la huella que éste deja sobre la superficie de la pieza.

PENETRADOR Y CARGA

El penetrador Vickers es un pequeño diamante tallado en forma de pirámide cuadrangular cuyas caras opuestas tienen un ángulo de 136º. Este ángulo fue elegido para que los números de dureza Vickers coincidan con los Brinell aunque esta semejanza solo se cumple hasta aproximadamente 350 unidades Brinell,

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debido a la deformación que sufre la bola durante el ensayo al sobrepasar este cifra,Las cargas más recomendadas para realizar el ensayo Vickers son las de1,2.5, 5, 10, 20, 30, 50,100 y 120 Kg de las cuales la más utilizada es la de 30 Kg.

DETERMINACIÓN DE LA DUREZA

Después de haberse aplicado la carga sobre el material, en éste aparece una pequeña huella impresa. Para determinar la dureza se miden las diagonales de la huella con un microscopio o un micrómetro óptico.

El valor numérico se obtiene, como en el ensayo Brinell, al dividir la carga por la superficie de la huella, pero es más práctico utilizar tablas, siendo la más usual la correspondiente a la carga de 30 kg.

USOS

El ensayo Vickers se utiliza cuando se requiere precisión en la determinación de las durezas; debido a su versatilidad se emplea para ensayar materiales blandos o materiales templados y tratados termoquímicamente. Además como la huella impresa es muy pequeña permite ensayar láminas de poco espesor y piezas terminadas sin perjudicar las superficies de las mismas.


a. Las piezas que se van a ensayar deben presentar una superficie pulida, plana y perpendicular al eje de simetría del penetrador. La carga total se aplica lentamente en especial su última fracción para evitar los efectos de inercia y descarga brusca.

b. La impresión debe realizarse en una zona plana de la pieza y el espesor mínimo de ésta debe ser aproximadamente 1.5 veces el tamaño de la diagonal de la huella, para evitar el "efecto del yunque".

En la figura se pueden observar los espesores mínimos que deben tener laspiezas a ensayar, en relación a la carga utilizada y la dureza de! Material

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ensayado. Así por ejemplo para un ensayo de dureza Vickers con 30 Kg. para una dureza comprendida entre 200 y 300 unidades Vickers, la pieza deberá tener un espesor igual o mayor a 0.75 mm.

c. El tiempo que permanece aplicada la carga total varia usualmente de 10 a 30 segundos. Esta permanecía de la carga tiene por objeto permitir que se complete de las deformaciones plásticas del material en la pequeña zona del ensayo.

TABLAS DE DUREZA (BRINELL, VICKERS Y ROCKWELL)

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Los valores de la siguiente tabla son ciertos para todos los aceros perliticos en estado natural o recocido, refinado (templado y revenido alto, también llamado bonificado) y templado, no son correctos en cuanto a aceros austeniticos, hierro fundido, fundición y metales no ferrosos.

La resistencia Brinell indica en las tablas y por la prueba de dureza con bola,concuerda hasta 200 Kg/mm2 aproximadamente, en la práctica exactamentecon la resistencia a la rotura de una probeta tomada del mismo punto delmaterial.

En dureza superiores, empero, la prueba de dureza con bola da solo valoresaproximados y en dureza arriba de 240 Kg/mm2 las cifras son poco seguras debido a la deformación que sufre la bola.

Materiales de resistencia superiores a 200 Kg/mm2, se controlan convenientemente en aparatos con cono de diamante.

EJEMPLO DE LECTURA

Diámetro de la huella impresa: 4.10 mm. Dureza Brinell: 217

DUREZAS EQUIVALENTES

Vickers 220Rockwell 97Rockwell 18

Resistencia aproximada a la tracción: 77 Kg/mm2

RESISTENCIABRINELLKg/mm2

DIÁMETRODE LA

IMPRESIÓNmm.

DUREZABRINELL

DUREZAVICKERS

DUREZAROCKWELL

B

DUREZAROCKWELL

C

RB D HB HV HRB HRC30 6.33 84.633 6.07 9336 5.85 101 5839 5.64 110 64.542 5.45 118 6945 5.28 127 7348 5.13 135 75.551 4.98 144 78.5

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54 4.85 152 8157 4.73 162 8460 4.62 169 173 8663 4.52 177 181 8866 4.42 185 189 90.569 4.33 194 197 9272 4.24 202 206 9475 4.16 211 213 96 1677 4.10 217 220 97 1878 4.08 219 22281 4.01 228 230 99 2084 3.94 213 238 22

BIBLIOGRAFÍA

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Tyrolit

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48 Compendio de dibujo técnico ICONTEC49 Compendio de normas legales sobre salud

ocupacionalArticulo de Seguridad Ltda.Primero el hombre

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rodamientosSkf

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57 Weldig Handbook - Eight Edition - Welding Tecnolog Vol 1 - Vol 4

American Welding Society

58 Metalurgia física para Ingenieros Albert G. Guy

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