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Características que inciden en la fricción

a).-Sistema Tribológico:   Un sistema tribológico consta de las superficies de dos

componentes que están en contacto móvil entre sí y su entorno. El tipo, progreso y

extensión del desgaste se determina por los materiales y acabados de los componentes,

cualquier material intermedio, las influencias del entorno y  las condiciones

de funcionamiento

1 Objeto base

2 Cuerpo opuesto

3 Influencias del entorno: Temperatura, humedad relativa, presión

4 Material intermedio: Aceite, grasa, agua, partículas, contaminantes

5 Carga

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6 Movimiento

b).-El Concepto de Rugosidad: Durante la fricción de deslizamiento e

independientemente de la rugosidad original de las superficies de trabajo, al finalizar el

asentamiento, se obtiene para cada superficie del par una rugosidad que depende de las

características de los materiales del par y de las condiciones de fricción, la cual se

conserva en toda la etapa de trabajo, bajo una estabilidad del régimen de fricción en el

proceso de asentamiento, la rugosidad inicial se transforma alcanzando una final de

explotación, la que permanece en el posterior trabajo de las superficies.

Si fuera posible, alcanzar desde la etapa de elaboración de la superficie esta

rugosidad no fuera necesario el periodo de asentamiento. Aunque siempre el

asentamiento es necesario, este puede acortarse mientras más cercana este de la

rugosidad inicial de la de trabajo, lo que a su vez reduce el desgaste, ya que el periodo

de asentamiento es superior.

c).-Contacto Elástico y Contacto Plástico: El área de la mecánica de contacto se

ocupa del análisis de los cuerpos elásticos, visco elásticos o plásticos que se encuentran

en contacto estático o dinámico. La mecánica de contacto es una disciplina fundamental

dentro de la ingeniería para el diseño de sistemas técnicos basados en la seguridad y el

ahorro de energía.

Los principios de la mecánica de contacto pueden ser aplicables en áreas como el

contacto rueda-carril, mecanismos de acoplamiento, embragues, sistemas de frenos,

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neumáticos y rodamientos deslizantes, motores de combustión, articulaciones, juntas,

remodelaciones, estudio de materiales, soldadura por ultrasonidos, contactos eléctricos y

muchos otros. Los desafíos actuales en este campo incluyen desde la verificación de

resistencia entre elementos de contacto y la influencia de la lubricación y el diseño de

material en la fricción y el desgaste. Otras aplicaciones de la mecánica de contacto se

amplían al campo de la micro y nanotecnología

Contacto entre una esfera y un semi-espacio elástico

Contacto entre una esfera y un semi-espacio elastico

Una esfera elástica de radio   se hunde la profundidad   en un semi-espacio

elástico , creando así un área de contacto de radio   . La fuerza   necesaria

toma la siguiente forma   ,

con

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 .

y   son los módulos de elasticidad y   son los coeficientes de Poison

asociados a cada cuerpo.

Contacto ente 2 esferas

Dado un contacto entre dos esferas de radios   y  , las ecuaciones siguen

válidas, con el radio   definido como

 .

La distribución de presiones en el área de contacto está dada por

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 ,

con

 .

El máximo esfuerzo cortante se da en el interior con   para  .

Contacto entre dos cilindros cruzados de mismo radio 

Esto es equivalente al contacto entre una esfera de radio   y un plano

Contacto entre un cilindro rígido y un semi-espacio elástico

Contacto entre un cilindro rígido y un semi-espacio elástico

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Un cilindro rígido es presionado en un semi-espacio elástico, creando una

distribución de presiones descrito por

 ,

con

 .

La relación entre la profundidad de la hendidura y la fuerza normal está dada por

 .

Contacto entre una hendidura cónica rígida y un semi-espacio elástico

Contacto entre una hendidura cónica rígida y un semi-espacio elástico

En el caso del hundimiento de una hendidura cónica rígida en un semi-espacio

elástico, la profundidad de la hendidura y el radio de contacto están relacionados por

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 ,

con   definido como el ángulo entre el plano y la superficie lateral del cono. La

distribución de presiones toma la

forma   .

El esfuerzo tiene una singularidad logarítmica en la punta del cono (en el centro

del área de contacto). La fuerza total se calcula 

d).-Energía de Adhesión por Compatibilidad de los Materiales: En la

actualidad existen varias teorías que tratan de explicar el fenómeno de adhesión de los

adhesivos en los sustratos, actualmente no existe una teoría unificada que justifique

todos los casos, es necesario el uso y combinación de las distintas teorías para justificar

casos particulares.

Definición de adhesión – La adhesión corresponde a todas las fuerzas o

mecanismos que mantiene unido el adhesivo con cada sustrato, el término de adhesión

se refiere a una fina capa (capa límite) que existe entre el sustrato y el propio adhesivo.

En la definición de adhesión se utiliza 2 conceptos importantes a definir:

Fuerza o mecanismos que mantiene unido el adhesivo con cada sustrato.

Capa límite.

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Las fuerzas o mecanismos se refieren tanto a las fuerzas creadas por las fuerzas

intermoleculares, los enlaces químicos, así como mecanismos de anclaje mediante

rugosidad, adsorción y difusión.

El fenómenos de adsorción se produce cuando parte de los polímeros del adhesivo

entra en contacto con el sustrato pero no lo atraviesan, manteniéndose unidos a este

mediante la acción de las fuerzas intermoleculares y/o enlaces químicos que se

desarrollan en la zona de adhesión denominada capa límite o interface. Podemos definir

la adsorción como la adhesión del adhesivo sin penetración al sustrato.

Por el contrario en el fenómeno de difusión parte los polímeros que conforma el

adhesivos atraviesa al sustrato, generando puntos unión y anclaje entrelazando ambos

materiales. Podemos definir la difusión como la adhesión del adhesivo con penetración

al sustrato.

La capa límite se refiere a una fina capa correspondiente a las interfaces entre el

sustrato y el adhesivo en donde se producen todas las fuerzas mencionadas

anteriormente.

La adhesión está parame trizada bajo 2 conceptos:

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Energía de adhesión: Representa la suma de todas las energías producidas por las

interacciones (enlaces químicos, momentos dipolares, así como fuerzas electrostáticas y

mecanismos de anclaje, adsorción y difusión.) que se desarrollan en la capa límite.

Trabajo reversible de adhesión: Representa el trabajo que tenemos que aplicar para

superar la suma de todas las interacciones o fuerzas y mecanismos que se desarrollan en

la capa límite.

Tal y como se ha citado anteriormente, existen diversas teorías y modelos que

tratan de explicar el fenómeno de la adhesión, no existiendo actualmente un modelo

unificado sobre la adhesión que explique todos los casos, las siguientes teorías son los

modelos vigentes que explican el fenómeno de la adhesión:

Modelo mecánico

Teoría de la difusión

Teoría electrostática de la adhesión

Teoría termodinámica de la adhesión

Con objeto de garantizar la calidad de la adhesión entre dos materiales es

importante cumplir los siguientes 2 parámetros:

 Elección de la preparación y limpieza adecuada al sustrato que se quiere aplicar

el adhesivo.

 Elección correcta del adhesivo durante la fase del diseño, tanto por la

compatibilidad del adhesivo con el sustrato, los efectos del envejecimiento que puede

soportar el adhesivo, así como los coeficientes de expansión térmica de los sustratos.

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El uso de ensayos destructivos permite evaluar la correcta adhesión de una unión

según el tipo de fractura (cohesiva, adhesiva o mixta) y el valor de la resistencia de

fractura obtenida del ensayo.

Los ensayos destructivos más habituales utilizados para evaluar la adhesión son:

Ensayos de cizalladora

Ensayos de torsión

Ensayos de pelado

Las probetas que se realizan para hacer estos tipos de ensayos pueden ser

sometidas a condiciones climáticas, químicas o físicas previamente (luz ultravioleta,

niebla salina…), con objeto de valorar el efecto del envejecimiento que puede soportar

la adhesión durante la vida en uso de la unión.

El fenómeno de la adhesión es en la actualidad estudiado en los centros de

investigación y desarrollo, dada la importancia que tiene este fenómeno en el campo de

los adhesivos, puesto que el conocimiento al completo del fenómeno de la adhesión

permitirá el desarrollo de adhesivos 

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e).-Acabados de las Superficies de Acuerdo al Tipo de Maquinado Utilizado:

Acabado superficial abarca es un rango amplio de procesos industriales que alteran la

superficie de un elemento de fabricación para lograr una propiedad determinada. Los

procesos de acabado puede emplearse para: mejorar la apariencia,

adhesión, soldadura , resistencia a la corrosión , resistencia , resistencia química,

resistencia al desgaste , dureza , modificar la conductividad eléctrica , y otros defectos

superficiales y control de la superficie de fricción . En casos limitados algunas de

estas técnicas pueden utilizarse para restaurar dimensiones originales para salvar o

reparar un artículo.

Los procesos de acabado de superficie pueden clasificarse por cómo afectan a la

pieza:

Quitar o remodelación de acabado

Añadir o modificar acabado

Procesos mecánicos pueden también clasificarse juntos por terminar la final de la

superficie de similitudes.

Lapeado.

En el lapeado, el abrasivo se aplica en una suspensión sobre una superficie dura.

Las partículas no pueden ser presionadas contra dicha superficie, dejándolas fijadas a la

misma, por lo que ruedan y se mueven libremente en todas las direcciones. Las

partículas de abrasivo arrancan pequeñas partículas de la superficie de la muestra,

provocando en ella deformaciones profundas. Ello es debido a que la partícula de

abrasivo, que goza de libertad de un movimiento, no es capaz de extraer una autentica

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"viruta" de la superficie de la muestra. Por dicha razón, la velocidad de eliminación de

material (la cantidad de material que es eliminado en un determinado periodo de tiempo)

es muy baja durante el lapeado, lo que hace que los tiempos de preparación sean muy

largos. En el caso de los materiales blandos, las partículas de abrasivos a menudo son

introducidas a presión en la superficie de la muestra, en la que quedan firmemente

incrustadas. Tanto las deformaciones profundas como los gránulos incrustados son

defectos extremadamente poco deseables en la preparación de muestras material

gráficas. Por las razones expuestas anteriormente, el lapeado solo se utiliza para la

preparación de materiales quebradizos muy duros, como los materiales cerámicos y las

muestras mineralógicas.

Proceso de lapeado.

Tres posiciones de una superficie de abrasivo, pasando sobre la superficie de la

muestra, rodando. Posición 1: La partícula empieza a introducirse en la superficie de la

muestra. Posición 2: La partícula rueda y extrae un fragmento del material de la muestra

por percusión. Debido al "efecto de martilleo" se producen deformaciones importantes

en el material de la muestra. Posición 3: La partícula sigue rodando sin tocar ya la

superficie de la muestra. Cuando la partícula vuelve a pasar de nuevo sobre la muestra,

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es extraído un nuevo fragmento, más pequeño o más grande, en función de la forma de

la partícula.

Esmerilado.

El esmerilado consiste en la eliminación del material, mediante la utilización de

partículas de abrasivos fijas, que extraen virutas del material de la muestra.

El proceso de extracción de virutas con una grano de abrasivo de aristas vivas provoca el

menor grado de deformación de la muestra, proporcionando simultáneamente la tasa

mas alta de eliminación de material. El pulido utiliza básicamente el mismo mecanismo

que el esmerilado.

Pulido.

El pulido, como proceso, se ha descrito ya anteriormente junto con el esmerilado.

El pulido incluye los últimos pasos del proceso de preparación. Utilizando de forma

sucesiva tamaños de grano cada vez más pequeños y paños cada vez más elásticos, el

pulido permite eliminar todas las deformaciones y rayas provocadas por el esmerilado

fino. El riesgo del pulido radica en la aparición de relieves y en el redondeo de los

bordes, como consecuencia de la elasticidad de los paños. Dichos inconvenientes se

reducen utilizando unos tiempos de pulido tan cortos como sea posible

Desbarbado.

Las rebabas o barbas son montículos delgados que se forman en los bordes de una

pieza debido al maquinado, al cizallado de láminas y en el recorte de forjas y piezas

fundidas.

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Entre sus efectos perjudiciales están: interferir con el ensamble de las partes,

ocasionar atascamientos de las mismas, des alineamientos, y cortocircuitos en

componentes eléctricos, además, pueden reducir la vida a la fatiga de los componentes.

En forma tradicional, éstas se han quitado siempre manualmente, lo cual puede

ocupar hasta un 10% del costo de la pieza. En general, la economía del desbarbado

depende de del grado de desbarbado requerido, la complejidad de la parte y el lugar de

las barbas, así como de la cantidad de las partes.

Abrillantado.

Es muy parecido al pulido, sólo que se realiza con partículas muy finas sobre

discos suaves de tela o piel. El abrasivo se suministra externamente con un lápiz de

compuesto abrasivo.

Rectificado.

El rectificado es un proceso de remoción de virutas que utiliza un grano abrasivo

individual como herramienta de corte. Las principales diferencias entre las acciones de

grano y de herramienta de una punta son las siguientes:

1. Los granos abrasivos individuales tienen formas irregulares y están a distancias

aleatorias en la periferia de la piedra.

2. El ángulo promedio de ataque de los granos es muy negativo, como por ejemplo

– 60º o menos, lo que hace que las virutas del material sufran una deformación mayor

que en los otros procesos de corte.

3. Las posiciones radiales de los granos varían.

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4. Las velocidades de corte son, en general, muy altas, del orden de 30 m/s.

Maquina rectificadora

Electro pulido.

El electro pulido es un tratamiento superficial mediante el cual el metal a ser

pulido actúa como ánodo en una celda electrolítica, disolviéndose. Con la aplicación de

corriente, se forma un film polarizado en la superficie metálica bajo tratamiento,

permitiendo a los iones metálicos difundir a través de dicho film. Las micro y macro

proyecciones, o puntos altos de la superficie rugosa, lo mismo que zonas con rebabas,

son áreas de mayor densidad de corriente que el resto de la superficie, y se disuelven a

mayor velocidad, dando lugar a una superficie más lisa, nivelada y/o rebabada.

Simultáneamente, y bajo condiciones controladas de intensidad de corriente

y temperatura, tiene lugar un abrillantamiento de la superficie.

En aleaciones, como el acero inoxidable, se tiene además la ventaja adicional que,

al ser el hierro un metal que se disuelve fácilmente, se incrementa el contenido de cromo

y níquel en la superficie, aumentando así la resistencia a la corrosión.

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En una escala macroscópica, el contorno de una superficie maquinada se puede

considerar como una serie de picos y valles. La profundidad de los mismos y la distancia

entre los picos dependen de los métodos utilizados para producir la superficie.

En una escala microscópica, la superficie es aún más compleja, con pequeñas

irregularidades sobrepuestas a los picos y valles.

Con el fin de producir una superficie verdaderamente lisa, ambos tipos de

irregularidades (macroscópicas y microscópicas) deben ser eliminadas.

Así, las funciones de un proceso de pulido ideal se pueden distinguir como:

a) Alisado: eliminación de las irregularidades a gran escala (tamaño superior a 1

micrón).-

b) Abrillantado: remoción de pequeñas irregularidades de un tamaño inferior a

centésimas de micrón.-

Galvanizado.

La galvanización en caliente es un proceso mediante el que se obtiene un

recubrimiento de zinc sobre hierro o acero, por inmersión en un baño de zinc fundido, a

una temperatura aproximada de 450º C. A esta operación se la conoce también como

galvanización por inmersión o galvanización al fuego. El proceso de galvanizado tiene

como principal objetivo evitar la oxidación y corrosión que la humedad y

la contaminación ambiental pueden ocasionar sobre el hierro.

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Muleteado.

Muleteado de una superficie es la terminación que se le da a la misma para

facilitar el agarre.

Puede realizarse por deformación, extrusión o por corte, este último de mayor

profundidad y mejor acabado.

Anodizado.

El proceso de anodizado consiste en obtener de manera artificial películas de óxido

de mucho más espesor y con mejores características de protección que las capas 

naturales, estas se obtienen mediante procesos químicos y electrolíticos. Artificialmente

se pueden obtener películas en las que el espesor es de 25/30 micrones en el tratamiento

de protección o decoración y de casi 100 micrones con el procedimiento de

endurecimiento superficial (Anodizado Duro).

Podemos decir que el proceso de anodizado consiste en formar artificialmente una

capa de óxido de aluminio en la superficie del metal, este procedimiento llevado a cabo

en un medio sulfúrico produce la oxidación del material desde la superficie hacia el

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interior, como dijimos anteriormente el material que produce la oxidación, es oxido de

aluminio, muy característico por su excelente resistencia a los agentes químicos, dureza,

baja conductividad eléctrica y estructura molecular porosa, esta última junto con las

anteriores, es la que nos permite darle una excelente terminación, características que la

hacen adecuada y valiosa a la hora de elegir un medio de protección para este elemento.

Tabla de acabado superficial de acuerdo al material y tipo de acabado.

Conceptos generales.

. La rugosidad superficial. Es el conjunto de irregularidades de la superficie real,

definidas convencionalmente en una sección donde los errores de forma y las

ondulaciones han sido eliminados.

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. Superficie real: Es la superficie que limita el cuerpo y lo separa del medio que lo

separa.

. Superficie geométrica: Superficie ideal cuya forma está especificada por

el dibujo y/o todo documento técnico.

Superficie de referencia. Superficie a partir de la cual se determinan los

parámetros de rugosidad. Tiene la forma de la superficie geométrica. Se puede calcular

por el método de mínimos cuadrados.

Perfil real: es la intersección de la superficie real con un plano normal.

Ondulaciones. Procedentes de holguras y desajustes en las máquinas-

herramienta que fabricaron la pieza.

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Altura de una cresta del perfil: Distancia entre la línea media y el punto más

alto de una cresta respecto a la dirección de las alturas.

Altura máxima de una cresta, Rp: Distancia del punto más alto del perfil a la

línea media, dentro del. Profundidad máxima de un valle, Rm: Distancia del punto más

bajo del perfil a la línea media, dentro del.

Altura máxima del perfil, Rmax: Máxima distancia entre la cresta más alta

(Rp) y el valle más bajo (Rm).