FRICCIÓN Y DESGASTE. Introducción. Fricción. Estados de fricción. Desgaste y sus Consecuencias. Tipos de desgaste

Transcripción

1 Introducción FRICCIÓN Y DESGASTE Fricción. Estados de fricción Desgaste y sus Consecuencias Tipos de desgaste Comportamiento tribológico de un equipo

2 Fricción Desgaste Tribología Lubricación

3 Componentes geométricos de Una superficie sólida Micro rugosidades - Geometria de la herramienta de corte - Condiciones de la maquina - Microestructura de la pieza de trabajo - Vibraciones del sistema Rugosidades - Imperfecciones internas del material - Deformacion no uniforme de los granos - Procesos de corrosion y oxidacion al generar la superficie o al exponerla al medio ambiente Ondulaciones - Desviaciones periódicas desde la geometría de la superficie - Oscilaciones de bajo nivel del sistema máquina-herramienta-pieza de trabajo Superficie ideal Macrodesviaciones - Errores de forma Superficie irregular - Falta de exactitud Friction, Lubrication and wear technology. ASM Handbook. Volume 18

4 Fricción FRICCION MECANISMO DE DISIPACION DE ENERGIA Posibles causas de fricción Deformación plás=ca Deformación elás=ca Representa un cambio permanente y por consiguiente, disipación de energía El trabajo desarrollado durante la deformación es recuperado durante la descarga Deformación Fractura Introduction to Tribology. J. Halling

5 Fricción Factores que condicionan la fricción: Carga Naturaleza de los materiales Acabado superficial Asperezas agudas Asperezas dentadas Estados de fricción Rodamiento por deslizamiento Acabado superficial Formas de reducir la fricción Pelicula lubricante Metal- Metal Pura Sólida Fluida Hidro- dinámica Hidrostá=ca Gaseosa Mixta

6 Tipos de daños TIPOS DE DAÑOS Daños en la superficie sin intercambio de material Daños en la superficie con perdida de material Daños en la superficie con ganancia de material Cambios estructurales Deformación plásgca Fractura de superficie Perdida de material de la superficie Ganancia de material en la superficie Corrosión CARACTERISTICAS Envejecimiento, Templado, Transformación de fases, Re cristalización Deformación residual de la capa superficial, local o extensivamente Daño causado por esfuerzos excesivos de contacto local o por variaciones cíclicas de esfuerzos excesivos térmicos o mecánicos Procesos de remoción de material: Fractura, extrusión, formación de asgllas, rasgado, fractura quebradiza, fractura por fagga, disolución química y difusión Transferencia de material entre las superficies Degradación del material por reacción química con elementos del ambiente o elementos del sistema Sture Hogmark, Staffan Jacobson, and Olof Vingsbp, Uppsala University (Sweden). ASM Handbook Volume 18

7 Consecuencias del desgaste Reducción de la eficiencia de operación Incremento de consumo de lubricantes Obsolescencia de las máquinas CONSECUENCIAS Reemplazo de componentes desgastados Pérdidas de potencia por fricción

8 Factores que influyen en el desgaste Operacionales Estructurales del sistema tribológico Carga Velocidad Temperatura Tipo de movimiento Propiedades volumétricas de los cuerpos en contacto Propiedades superficiales de los cuerpos en contacto Area de contacto entre los cuerpos Propiedades de los lubricantes interpuestos CaracterísGcas de la atmósfera Interacciones entre los cuatro posibles triboelementos Geometría Dimensiones Composición química Microestructura Dureza Rugosidad Microdureza * Click to add Text Según Czichos, "A systems analysis data sheet for friction and wear tests and an outline for simulative testing",

9 Tipos de desgaste Adhesivo Causa: Superficies que interactúan como resultado de la adherencia entre asperezas en mecanismos lubricados o no Abrasivo Causa: Partículas extrañas en el sistema de lubricación (Virutas metálicas, soldadura, escamas, herrumbre, arena). Dos o tres cuerpos. Mecanismo: Arranque y/o parada de un mecanismo. Hay escasez de película limite. Existe agotamiento de los aditivos antidesgaste Aspereza de la superficie Solución: Disminuir los recalentamientos interfaciales. Seleccionar materiales con baja energía de adhesión. Utilizar metales suaves o película lubricante. Parámetros que influyen: - Tamaño y forma del grano abrasivo - Carga aplicada. Velocidad de deslizamiento Solución: Uso de filtros. Uso de lubricantes de mayor viscosidad. Mejorar sellado del equipo. Limpieza general de los elementos de maquina antes del uso. Cambios de aceite con mayor frecuencia en reductores cerrados

10 Tipos de desgaste Corrosivo Causa: Acción química de ingredientes activos en el aceite lubricante y absorción de materiales extraños desde fuentes externas Afecta los limites de grano causando una fina picadura Cavitación Origen: El aceite fluye a través de una región donde la presión es menor que la de su presión de vapor, hierve y forma burbujas de vapor. Causa: Resulta del impacto de las burbujas de aire que viajan en el flujo de liquido sobre las superficies metálicas a su paso. Se presenta como pitting. Solución: - Metalurgia resistente a la corrosión - Modificar intervalos de cambio - Mejorar sellado de la unidad - Efectuar una correcta selección del lubricante (Compatibilidad con los metales) Consecuencias: Daños en los componentes Pérdida de rendimiento Ruido

11 Tipos de desgaste Erosivo Causa: Impactos de partículas sobre una superficie. Apariencia granular fina Corrientes eléctricas Causa: Paso de corriente eléctrica a través de los elementos de maquina en reposo o en movimiento. Medio Superficie Variables: La velocidad de desgaste aumenta con la velocidad de las partículas Angulo de impacto pequeño: Corte abrasivo. Angulo de impacto grande: Desgaste debido a deformación y fractura Solución: Modificar ángulos de ataque. Reducir velocidades. Escoger materiales de mejor calidad o modificar sus superficies Casos: Rodamientos de un motor eléctrico Tomas a tierra defectuosas Corrientes parásitas en equipos rotatorios.

12 Tipos de desgaste Fatiga superficial Causa: Combinación de elevados esfuerzos y gran número de ciclos en la zona de interacción de las irregularidades. Fretting Causa: Carga y movimiento deslizante de amplitud muy pequeña que aumenta con el numero de ciclos. Conduce eventualmente a fallas por fatiga y se produce en uniones atornilladas, piezas ajustadas, contactos eléctricos Zona de alto riesgo: Elementos de rodamientos, dientes de engranaje sobre la línea pitch (primitiva) y existe deslizamiento y rodadura. Solución: Reducir asperezas. Aumentar la dureza. Evitar contaminación con partículas. Alineación. Solución: - Frecuentemente aparece como el resultado de una concentración de esfuerzos. - Acabado superficial (favorable) - Utilizar insertos de metales suaves o polímeros. - Utilizar lubricantes sólidos - Prevenir la oxidación en las superficies de contacto

13 Tipos de desgaste Abrasión Adhesión Erosión Fretting Químico

14 Comportamiento tribológico de un equipo TIEMPO (MILES DE HORAS) VIDA UTIL ENVEJECIMIENTO DESGASTE ASENTAMIENTO OPERACIÓN NORMAL (DESGASTE SEVERO) RUGOSIDAD SUPERFICIAL

15 Comportamiento tribológico de un equipo Asentamiento Operación normal Envejecimiento Acondicionamiento inicial de todas las piezas Eliminación de las rugosidades más sobresalientes Condición de operación de baja carga Concluye cuando el desgaste se vuelve constante El desgaste se mantiene constante El control es a base del análisis periódico de aceite La meta es alcanzar la vida a la fatiga Incremento en el desgaste Incremento en las holguras Por sus indices, el equipo deja de satisfacer a la empresa

16 Proceso para el análisis del desgaste 1. Identificar los materiales en las partes desgastadas, medio ambiente, abrasivo, partículas de desgaste y lubricante 2. Identificar el mecanismo o combinaciones de mecanismo de desgaste: adhesivo, abrasivo, corrosivo, fatiga superficial o erosivo 3. Definir la configuración de las superficies desgastada y original 4. Definir los movimientos relativos del sistema, incluyendo direcciones y velocidades 5. Definir la fuerza o presión de contacto entre las superficies o entre la superficie de desgastada y el medio ambiente, o ambas. A nivel microscópico y macroscópico Failure, Analysis and Prevention Metals Handbook. ASM

17 Proceso para el análisis del desgaste 6. Definir la rata de desgaste 7. Definir el coeficiente de fricción 8. Definir la efectividad y tipo de lubricante: Aceite, grasa, película superficial, capa natural de oxido, absorción de película o otros 9. Establecer si el desgaste observado es normal o anormal para la aplicación en particular 10. Genere una solución, si es requerida Failure, Analysis and Prevention Metals Handbook. ASM