Trabajo práctico

MATERIALES Y PROCESOS

“Muelles Helicoidales”

Alumno: Manno, Lucio (m-4314/1)

Año lectivo: 2010

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ÍNDICE

Introducción a Resortes Helicoidales ………………………… 3

Resortes para suspensión de automóviles………………….. 4

Proceso de fabricación de Resortes ………………………….. 4

Característica de los aceros para muelles …………………... 5

Composición de los aceros para muelles ……………………. 6

Fracasos en la fabricación de muelles ………………………... 7

Aceros al Carbono y aleados adecuados para la fabricación de resortes………………………………………………………………. 8

Anexo: Resultado de ensayos Acero SAE 6150 ……………. 11

Bibliografía …………………………………………………………. 12

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Introducción a Resortes Helicoidales

DEFINICIONES FUNDAMENTALES

Resortes helicoidales.

Los resortes o muelles helicoidales son elementos mecánicos que se montan entre dos partes mecánicas de una máquina, con el fin de amortiguar impactos o de almacenar energía y devolverla cuando sea requerida. Consiste en un arrollamiento de espiras de alambre normalmente redondo y de sección cuadrada o rectangular;   el material del alambre debe poseer alto límite de elasticidad para que cumpla con las solicitaciones indicadas.

Tipos de resortes helicoidales.

Los resortes helicoidales pueden ser de tres tipos básicos:

A.- Resortes helicoidales a compresión o presión. B.- Resortes helicoidales a tracción o tensión.C.- Resortes helicoidales a torsión.

Existen también los tipos de resortes de espiral o voluta (tipo cuerda y parachoques) y los de anillo discoidal o belleville.

RESORTES HELICOIDALES A COMPRESIÓN.

Se los reconoce porque tienen sus espiras separadas. Trabajan con cargas aplicadas que comprimen al resorte.

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Resortes para suspensión de automóviles

El automóvil es por encima de muchos tipos de máquinas, una que requiere de los resortes para su operación. Con la ayuda de resortes, un vehículo consigue la habilidad de mantenerse estable en condiciones de camino irregulares y riesgosas.

Una clase de resortes utilizados en los vehículos es de los helicoidales. Los resortes helicoidales son unos dispositivos diseñados especialmente para almacenar energía y liberarla cuando es necesario.

También se usan con el propósito adicional de funcionar en modo parecido a los amortiguadores y mantener la fuerza entre superficies que deben mantener contacto.

Definición específica

Elementos de máquinas que poseen la propiedad de experimentar grandes deformaciones (tal vez por excelencia), dentro del período elástico, por la acción de las cargas que los solicitan, construidos con materiales de alta elasticidad (típicamente acero). El resorte helicoidal de compresión, como parte de los automotores, sustenta las carrocería y carga de los mismos transmitiendo la carga total a los ejes (puntas de eje) y / o árboles (palieres) de ruedas. El resorte helicoidal de compresión es utilizado también en los motoresalternativos de combustión interna y en los compresores alternativos de gases, como elemento asegurador del cierre de las válvulas de admisión y escape.

Proceso de fabricación de Resortes

1- Arrollado: Se realiza en frío o en caliente. En frío se puede realizar con bobinas de hasta 18mm de sección. Generalmente se enrolla el cable alrededor de un eje llamado mandril, aunque también se puede espiralar sin la necesidad de un mandril. En caliente se pueden enrollar alambres de hasta 75 – 150mm de sección. Se enrolla el acero al rojo vivo, luego es retirado inmediatamente de la máquina que enrolla y es sumergido en aceite para que se enfríe rápidamente y se endurezca. A esta altura el resorte es muy frágil y no puede ser utilizado, por eso luego del temple se debe realizar un revenido.

2- Eliminación de tensiones: El proceso de enrollado ha producido tensiones en el acero. Para aliviar estas tensiones y devolverle al material las características el espiral es calentado en un horno, hasta una temperatura determinada con anterioridad y se deja enfriar lentamente.

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3- Acabado: incluye distintas actividades como el acabo de los extremos a partir de un proceso abrasivo hasta que se logra el grado de acabado necesario. También se realiza un granallado el cual permite fortalecer al acero para resistir la fatiga y el agrietamiento. Por último, para evitar la corrosión los resortes son pintados o sumergidos en caucho líquido.

Características de los aceros para muelles

1. Es indispensable que los aceros posean un alto límite elástico, es decir, que el coeficiente de trabajo no sobrepase el límite de elasticidad. 2. En la practica industrial, el limite de elasticidad a la tracción suele oscilar entre 700 MPa y y 1500 MPa, dependiendo del uso y de las características de dimensión, composición, etc. 3. Para que un muelle funcione normalmente, el valor del límite de elasticidad debe ser muy elevado y próximo a las cifras antes señaladas, y como la resistencia a la rotura suele oscilar de un 10 a un 40% superior al límite elástico, es decir, de 770 MPa y 2100 MPa. 4. Es importante que los muelles, posean resistencia a la fatiga, pues muchos de los muelles, en vida útil, reciben los esfuerzos en forma cíclica y repetitiva. 5. Es necesario evitar la descarburación de los muelles en sus procesos térmicos y de fabricación, pues esto cataliza el proceso de fatiga, porque la descarburación, se produce inicialmente en la periferia, y es por la periferia donde el muelle tiende a comenzar su falla. Igualmente hay que cuidar la presencia de grietas, defectos que pueda tener el muelle.

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Composición en %P<0,03S<0,03#CMnSiCrVWAceros al Carbono10,45-0,600,60-0,800,20-0,30---20,60-

0,800,60-0,800,20-0,30---30,80-1,000,50-0,700,20-0,30---Mangano-Siliciosos40,42-0,520,60-0,901,70-

2,00---50,50-0,600,70-1,001,70-2,00---Al Manganeso60,50-0,700,80-1,20----Cromo-

Manganeso70,40-0,500,60-0,80-0,90-1,10--80,45-0,550,60-0,80-0,90-1,10--Cromo-Silicio90,40-

0,600,500,90-1,100,90-1,10--Cromo-Manganeso-Vanadio100,450,60-0,80-0,90-1,100,20-110,550,60-

0,80-0,90-1,100,20-Para muelles que trabajan en caliente120,500,300,301,500,302,00130,600,901,95-

0,35Mo0,50140,551,151,95-0,35Mo1,30

Composición de los aceros para muelles

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La composición, por economía, también va a depender del tipo de temple que se le vaya aplicar, se sugiere que se realice el temple por aceite, pues se evita tener un cambio tan brusco de temperatura, como se produce con el agua (el punto de ebullición del aceite es mayor). Mientras el temple sea más agresivo, mas posibilidades hay de generar grietas, deformaciones o temples imperfectos. Como también, al templar en aceite no se afecta tanto la calidad de los muelles; cuando el aspecto calidad es determinante en el diseño. Igualmente dependerá del espesor del muelle, traerá como consecuencia que se elija uno otro tipo de acero. Por ejemplo se tienen distintos aceros como los aceros al manganeso, cromo-manganeso, cromo-silicio, que a diferencia de los mangano-siliciosos, poseen una mayor aptitud al temple. El problema de los mangano-siliciosos es que tienten a descarburarse cuando son sometidos a tratamientos térmicos. Los aceros mangano-siliciosos han sido muy usados en la fabricación de ballestas, aunque en la actualidad están siendo desplazados con aceros de otras características que soporten mejor los tratamientos térmicos. Los aceros cromo-manganeso son más frecuentes junto con los de cromo – vanadio en la fabricación de hojas maestras de ballestas a ser utilizadas en ferrocarriles, automóviles, etc. Entre ellos encontramos aceros al manganeso de 0,5% a 0,7% de carbono y de 0,8% a 1,2% de manganeso.

Algunos fracasos que pueden ocurrir en la fabricación de muelles

Con frecuencia en la fabricación de muelles se presentan contratiempos y dificultades que impiden cumplir las especificaciones que se marca en los planos y diagramas. Las causas suelen ser:

1. El muelle está mal calculado.

a) Se quiere exigir al material fatigas superiores a las convenidas.

b) El número de espiras útiles del muelle empleadas en el cálculo no coincide con los del plano.

c) Algún otro factor equivocado.

2. El acero es de mala calidad.

a) El acero está descarburado

b) Las barras o varilla de acero tienen grietas, pliegues u otros defectos que hacen imposible la obtención de muelles de buena calidad.

c) Los muelles se agrietan al templar.

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d) El acero no es de composición apropiada.

e) No se ha llegado a conseguir con el estirado o tratamiento del alambre la resistencia conveniente.

3. El muelle está mal fabricado.

a) El muelle se rompe al enrollar.

b) Después del ensayo la longitud es inferior a la calculada.

c) El número de espiras no coincide con las del plano.

Aceros al Carbono y aleados adecuados para la fabricación de resortes

Acero 1060: Como acero de corte sirve para herramientas de trabajas plásticos, madera y materiales no ferrosos (latan, bronce, etc). Este acero tiene una buena penetración de temple, aun en piezas de tamaño medio y con temple en aceite. Con temple de inducción y con temple al soplete se pueden obtener buenos resultados en piezas de no muy alta resistencia mecánica que sean sometidos a desgaste. Este acero puede ser también usado para resortes.

Acero 1070: Como acero de construcción para todo tipo de piezas que requieran alta resistencia y que sean sometidas a fuertes esfuerzos mecánicos, por ejemplo: partes móviles de molinos y trituradoras y cuchillas para moler materiales blandos. Como acero para resortes sirve para fabricar este tipo de piezas con excelente calidad y con especialidad aquellas de tipo helicoidal. Como acero para herramientas para todas las piezas que requieran dureza, tenacidad y resistencia al desgaste.

NOTA: las temperaturas de revenido son:Como acero de construcción 560ºC/640ºCComo acero de resortes 420ºC/480ºCComo acero de herramientas 200ºC/350ºC

Acero 1095: Este es el acero al carbono de mayor resistencia, usado para la fabricación de resortes de todos los tipos y para todos los usos. A semejanza de los otros tipos con porcentajes de C más bajo, que puede ser también trefilado a través de tratamientos térmicos adecuados, puede emplearse también en frío para la construcción de resortes especiales.

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SAE 5160-Este acero esta especialmente indicado para la construcción de resortes para automóviles y camiones, sea en ballestas, sea para resortes helicoidales y también para barras de torsión.

SAE 6150-Se usa este acero para la construcción de resortes de muy alta resistencia, resortes helicoidales y barras de torsión para automóviles.

SAE 9260-Este es el tipo de acero más usado y más económico entre los aceros aleados para la construcción de resortes, particularmente para automóviles y camiones.-Se templa muy fácilmente y tiene buena penetración de temple.-Puede también usarse para la construcción de herramientas para maquinas agrícolas y otros implementos de la misma índole.

REQUERIMIENTO QUIMICO

% C % Mn % Si % P % S

MINIMO 0,56 0,75 1,80 - -

MAXIMO 0,64 1,00 2,20 0,035 0,040

ESTADO DE ENTREGA TREFILADO RECOCIDO SECO

DIAMETROS EN MM. 8,00  A  15,80

RESISTENCIA A LA TRACCION

MAXIMA 80 kg/mm2

ESTRUCTURA GLOBULAR MAYOR O IGUAL AL 80%

PESO DE LOS ROLLOS DE 170 A 350 Kg.

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Anexo

Resultados sobre ensayos Acero SAE 6150

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Bibliografía

“DETERMINACION DE PARAMETROS OPTIMOS DEL PROCESO DE TEMPLE YREVENIDO DEL ACERO SAE 6150 COMO ALTERNATIVA PARA LAMANUFACTURA DE RESORTES”

http://www.metallum.com.br/17cbecimat/resumos/17cbecimat-311-036.pdf

“Muelle elástico”

http://es.wikipedia.org/wiki/Muelle_el%C3%A1stico

“Aceros al Carbono”

http://www.utp.edu.co/~publio17/aceroalC.htm

“Aceros aleados”

http://www.utp.edu.co/~publio17/ac_aleados.htm

“Fabricación de resortes”

http://www.madehow.com/Volume-6/Springs.html

“Tabla de aceros”

http://www.scribd.com/doc/2252086/Tabla-de-Acero

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