AMBATO2018 P.T. Ing. Marcelo N. Navarro Ojeda, PhD Ing. Julio César Pino Tarragó, PhD.

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1 AMBATO2018 P.T. Ing. Marcelo N. Navarro Ojeda, PhD Ing. Julio César Pino Tarragó, PhD

2 Sumario: 2.1 Contacto de los cuerpos sólidos. Macro y Micro geometría superficial. Contacto Micro geométrico. 2.2 Determinación de: Are, Pre, Ncr, Arp, Prp, Ncp.

3 CALIDAD SUPERFICIAL PARÁMETROS GEOMÉTRICOS PARÁMETROS FÍSICO-MECÁNICOS PARÁMETROS FÍSICO-MECÁNICOS PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS MACROGEOMETRÍAMICROGEOMETRÍA FORMA Y DIMESIONES MACRODESVIACIOESONDULACIONESRUGOSIDADES Área de Contacto Superficies Lisas Hertz 100% S/H > 1000 Errores de forma  Concavidad  Conicidad  Concavidad Se comienza a incumplir Hertz 50<S/H < 1000 Incremento en el incumplimiento de Hertz S/H < 50 Se incrementa mucho el incumplimiento de Hertz Observaciones: Cuando se dice “incumplimiento de Hertz” es que no es aplicable MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

4 MACRO Y MICRO-GEOMETRIA SUPERFICIAL PUNTUALICEMOS: MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

5 MACRODESVIACIONES DE FORMA MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO  CONICIDAD. Relación Paso Altura: S/H > 1000  CONVEXIDAD  CONCAVIDAD.  OVALIDAD.

6 CAUSAS CAUSAS (MACRODESVIACIONES DE FORMA) MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO Desgaste de la Máquina Herramienta. Tensiones térmicas y residuales. Deformación del SMH (Máquina –Soporte – Herramienta) Régimen de elaboración incorrecto. Fijación incorrecta de la Herramienta de Corte.

7 ONDULACIONES MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO Relación Paso Altura: 50 < S/H < 1000

8 RUGOSIDAD SUPERFICIAL MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO CAUSAS: Geometría de la Herramienta de corte. Relación Paso Altura: S/H < 50 Propiedades del material de la Herramienta y la Pieza. Vibraciones del SMH. Régimen de elaboración empleado. Desgaste de la Herramienta.

9 MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

10 PERFILOGRAMA SUPERFICIAL: CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

11 PERFILOGRAMA SUPERFICIAL: PARÁMETROS MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

12 EXISTE UNA ESTRECHA RELACIÓN ENTRE EL MÉTODO DE ELABORACIÓN Y EL DESGASTE: A continuación, se muestran algunas TABLAS donde se puede apreciar esta interrelación: MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

13 MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO Ra = valor estimado de la rugosidad rai = relación acabado real e ideal Ri = valor real de la rugosidad i

14 Método Elaboración Grado Acabado Método Elaboración Grado Acabado TORNEADO - Desbastado - Afilado - Pulido 25 – 6,3 2,5 – 1,6 1,6 – 0,4 FRESADO con fresa normal - Desbastado - Afilado - Pulido 25 – 6,3 2,5 – 1,6 1,6 – 0,4 GRADOS DE ACABADO DE SUPERFICIES PLANAS DE ROTACIÓN OBTENIDOS CON DISTINTOS MÉTODOS DE ELABORACIÓN. MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

15 RECTIFICADO Cilíndrico y plano - Desbastado - Afilado - Pulido 6,3 – 1,6 1,6 – 0,4 0,8 – 0,2 -Lapeado -------------- - Superfinish - Corriente - Espejo 0,4- 0,012 ------------- 1,6 – 0,4 0,1 – 0,012 FRESADO con fresa cilíndrídica - Desbastado - Afilado 6,3 – 2,5 6,3 – 1,5 Bruñido - Corriente - Pulido 0,8 – 0,2 0,2 – 0,05 Método Elaboración Grado Acabado Método ElaboraciónGrado Acabado MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO GRADOS DE ACABADO DE SUPERFICIES PLANAS DE ROTACIÓN OBTENIDOS CON DISTINTOS MÉTODOS DE ELABORACIÓN (Cont.).

16 Método Elaboración Grado Acabado Método Elaboración Grado Acabado GRADO DE ACABADO DE LAS SUPERFICIES DE AGUJERO MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO Mandrinado: máquinas para el mecanizado de piezas cúbicas que deben tener una tolerancia muy estrecha y de buen mecanizado Mecanizado para agrandar agujeros que han sido previamente taladrados, mejorando el acabado superficial.

17 PARÁMETROS GEOMÉTRICOS DE LAS IRREGULARIDADES MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

18 PARÁMETROS DE LAS ONDULACIONES LONGITUDINALES MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO Cepillado: elaboración de superficies planas, acanalamientos y otras formas geométricas Rectificado: mecanizado por abrasión: mayor precisión dimensional y menores rugosidades qe por arranque de virutas

19 PARÁMETROS DE LAS ONDULACIONES TRANSVERSALES Método de Elaboración Grado de Acabado H o (  m) R o (  m) S o / H o Rectificado interior: Acero 3,2 0,4 4,5 0,6 10 80 100 1350 Hierro Fundido 3,2 0,8 3 1 5 400 20 450 Cepillado: acero 12,5 1,6 6 2 10 30 200 250 MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO Rectificado: mecanizado por abrasión: mayor precisión dimensional y menores rugosidades que por arranque de virutas Cepillado: elaboración de superficies planas, acanalamientos y otras formas geométricas

20 CONTACTO MACROGEOMÉTRICO DE LAS SUPERFICIES MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

21 ÁREA NOMINAL DE CONTACTO: MACROGEOMETRÍA ÁREA REAL DE CONTACTO: Micro-geometría EN LA MECÁNICA DEL CONTACTO SE ESTABLECEN DOS ÁREAS DE CONTACTO: MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

22 SUPERFICIES RECTANGULARES (Área nominal de contacto en superficies planas) MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

23 SUPERFICIES CILÍNDRICAS (Area nominal de contacto en superficies planas) MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

24 CONTACTO CILINDRO-PLANO (Area nominal de contacto en superficies curvas) MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

25 CONTACTO MICROGEOMÉTRICO MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

26 Contacto entre una ESFERA Elástica y un SEMI-ESPACIO Elástico MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

27 Contacto entre DOS ESFERAS MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO a = radio de contacto d = profundidad del contacto

28 Contacto entre DOS CILINDROS CRUZADOS de un mismo radio R MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO a = radio de contacto d = profundidad del contacto

29 Contacto entre DOS CILINDROS CON EJES PARALELOS MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO a = radio de contacto d = profundidad del contacto po = tensión L = longitud de los cilindros

30 Contacto entre CILINDRO rígido y un SEMI-ESPACIO elástico MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO a = radio de contacto d = profundidad del contacto po = tensión

31 Contacto entre CONO RÍGIDO y un SEMI-ESPECIO elástico MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO d = profundidad de la hendidura

32 Contacto Microgeométrico: RUGOSO - LISO (I.-Según la rugosidad superficial) Para los cálculos se consideran : Las MICRODESVIACIONES del CUERPO DURO Las PROPIEDADES MECÁNICAS del CUERPO BLANDO MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

33 Contacto Microgeométrico: RUGOSO-RUGOSO (I.- Según la rugosidad superficial) Se produce cuando: MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

34 PAR DIRECTO (II.- Según la cinemática de los cuerpos) Se produce cuando el cuerpo del material duro se desplaza respecto al material blando H1>H2 MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO PAR INVERSO (II.- Según la cinemática de los cuerpos) Cuando el cuerpo blando se desliza respecto al cuerpo duro H1<H2

35 CONTACTO ELÁSTICO (III.- Según el estado tensional) MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

36 CONTACTO PLÁSTICO (III.- Según el estado tensional) MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

37 CONTACTO ELASTO- PLÁSTICO (III.- Según el estado tensional) MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

38 ÍNDICE DE ELASTICIDAD MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO Si:  < 0,6  Contacto ELÁSTICO  = 1  Contacto PLÁSTICO 0,6 <  <1  Contacto ELASTO – PLÁSTICO

39 MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

40 MICROCONTACTO Contacto Elástico. MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO MICROCONTACTO Contacto Elástico.

41 MICROCONTACTO Contacto Elástico MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

42 MICROCONTACTO Contacto PLÁSTICO MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

43 MICROCONTACTO Contacto PLÁSTICO MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

44 PUNTUALICEMOS:  Los ESFUERZOS DE CONTACTO ocurren en elementos de máquinas cuando se transmiten CARGAS a través de SUPERFICIES que presentan CONTACTOS PUNTUALES a lo largo de una LINEA.  Debido a la ELASTICIDAD de los materiales, estos se DEFORMAN bajo la acción de las CARGAS, produciéndose áreas FINITAS DE CONTACTO.  Al ser ESTAS ASPEREZAS MUY PEQUEÑAS, aparecen GRANDES ESFUERZOS. Por lo tanto, a pesar de que los elementos sometidos a esfuerzos de contacto pueden tener suficiente resistencia mecánica de volumen, TIENDEN A FALLAR EN LA PEQUEÑA ZONA DE CONTACTO, donde los ESFUERZOS SON MAYORES. MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

45 En los cojinetes de rodamiento: de bolas, el contacto entre éstas y las pistas de rodamiento se produce, teóricamente, en un ‘punto’. ELEMENTOS DONDE OCURREN ESFUERZOS DE CONTACTO EN UN PUNTO. MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

46 ELEMENTOS DONDE OCURREN ESFUERZOS DE CONTACTO A LO LARGO DE UNA ‘LÍNEA’ MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

47 ¿Qué sucedería si el CONTACTO fuera MÓVIL? Deformaciones ELÁSTICAS: Se puede considerar que: Are = Ard (Área real de contacto elástico = Área real de deslizamiento) Deformaciones PLÁSTICAS: Se puede considerar que: MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO

48  La importancia del estudio de la MECÁNICA DEL CONTACTO se convierte en un tópico imprescindible en el CONTEXTO DE LA TRIBOLOGÍA. MAESTRÍA EN DISEÑO MECÁNICO  El procedimiento de llegar a reducir el DESGASTE de los sistemas tribológicos siempre debe estar precedido de un estudio profundo del qué está sucediendo a nivel de las MICROESTRUCTURAS DURANTE EL CONTACTO.  Resultaría casi imposible llegar a una correcta comprensión de los importantísimos fenómenos de la FRICCIÓN, el DESGASTE y la LUBRICACIÓN, desconociendo que sucede a nivel de las MICRO IRREGULARIDADES, en la interacción mutua que se produce en las SUPERFICIES EN CONTACTO. CONCLUSIONES CONCLUSIONES: