EoW July 2014

Artículo técnico

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Advanex

acero inoxidable trefilado según la norma EN 10270-3, de calidad 1.4310 o tipo 302. Por lo tanto, estos dos materiales son los que se han estudiado en esta investigación.

Resortes para investigación

Tipo de resorte: de extensión, de alambre redondo Diseñados según: EN 13906-2: 2001 Normas de tolerancia: DIN 2097: 1973 Material

2 Resortes Los resortes usados en esta investigación fueron suministrados por Advanex (2) de Nottingham, Reino Unido. Fueron enrollados en una máquina automática que formó también los dos ganchos, y poco después del enrollado el autor recogió los resortes para efectuar el tratamiento térmico en condiciones bien controladas no mucho después del enrollado. Los resortes fueron fabricados con alambre de 0,71mm y tenían un diámetro exterior nominal de 6,03mm, 19,5 espiras, una tensión inicial relativamente alta, y ganchos ingleses o en cruz. La resistencia a la rotura del acero al carbono era 2465MPa y la del acero inoxidable 1981MPa. La Figura 3 ilustra los datos de diseño de los resortes de acero al carbono, obtenidos mediante SCP (3) y aplicando la norma EN13906-2 como método de diseño. 3 Tratamiento térmico Los resortes fueron sometidos a tratamiento térmico LTHT en un horno, provisto por IST (4) , capaz de mantener la temperatura configurada con una tolerancia de entre ±5°C y el tiempo de tratamiento total fue siempre de 20 minutos. Un termopar puesto entre los resortes indicó que alcanzaron la temperatura configurada en dos minutos desde que entraron en el horno. Se trataron térmicamente lotes de 20 resortes (los de acero al carbono a 150, 200, 250, 300 y 350°C, y los de acero inoxidable a 200, 250, 300, 350, 400 y 450°C). 4 Prueba de carga Los resortes fueron sometidos a carga de prueba según el método siguiente, gracias a IST (4) . Se midió la longitud libre de los resortes en el equipo de prueba de carga (en concreto, la longitud que corresponde a una carga de 0,1N) y, luego, se midió la carga a 30mm. Se observó que aplicando una carga a los resortes hasta 30mm no se tenía efecto alguno en su longitud libre, así que se cargaron los resortes a longitudes progresivamente mayores verificando cada vez que la longitud libre no se veía significativamente alterada; después, se volvió a medir la carga a 30mm. Se continuaron las pruebas hasta que la pérdida de carga a 30mm resultó ser por lo menos un dos por ciento. Se probaron de dos a cinco resortes a cada temperatura de tratamiento térmico y se calculó la media de los resultados. La Tabla 2 muestra los resultados para el acero al carbono. Se observa inmediatamente que el tratamiento térmico LTHT resulta muy provechoso para las prestaciones del resorte; por lo tanto, está bien que las normas de diseño a nivel mundial den por hecho siempre que se haya realizado un tratamiento térmico LTHT después del enrollado. Analizando bien estos resultados se observa que cuando el diámetro externo se reduce a temperaturas de tratamiento LTHT más altas, el valor de la constante del resorte, como se esperaba, aumenta, tomando de todos modos siempre valores inferiores a lo previsto por la teoría (ver la Figura 3 ), que no considera la deflexión elástica de los ganchos. Sin embargo, la constante teórica de un resorte con diámetro exterior de 6,13mm sería 0,834N/mm y la de un resorte con diámetro exterior de 6,03mm sería 0,882N/mm. La Tabla 1 muestra un grupo de resultados típicos.

EN 10270-1 trefilado Módulo de Youngs (E) Módulo de rigidez (G)

206000 81500

N/mm 2 N/mm 2 kg/mm 3

Densidad

.00000785

No precargado:

0-45

%

Tipo de extremidad Gancho en cruz Selección del tipo de gancho Igual al diámetro del cuerpo Diámetro exterior del gancho 6.03 mm

Parámetros de diseño Diámetro del alambre Diámetro exterior Espiras totales Constante del resorte

0.710 6.03 19.50 0.880 4.92 25.00

mm mm

N/mm (Calculados)

Tensión inicial Longitud libre

N

mm

Datos de las tensiones

Posiciones operativas

Inferior Tracción

% tracción

I T

1

2

SL

Ningún dato

SM DM SH DH

2070 2070 2330 2330 2465

9 U 17 U 48 O 9 U 17 U 48 O 8 U 15 U 42 U 8 U 15 U 42 U

Especificado

8 U 14 U

40 U

Datos operativos

Posiciones operativas 1 2

Longitud (mm)

30.00 48.95 9.32 26.00 5.00 23.95 353 985 807.07 2252.3 0.891 1.05 1.41 1.67 2.26 2.66 23.78 mm 186.33 N/mm 2 14.55 mm 14.76 mm 4.61 mm 5.32 mm 4.61 mm 361.06 mm 0.112 kg 27958 RPM N/A mm 22.35 mm 22.35 mm 25.86 mm 1.19 7.50

Carga (N)

Deflexión (mm)

Tensión en el cuerpo (N/mm 2 ) Tensión en el gancho (N/mm 2 ) Tol. de carga calidad 1 (N) Tol. de carga calidad 2 (N) Tol. de carga calidad (N) Datos calculados Longitud libre estimada: Longitud del cuerpo: Longitud del cuerpo (máx): Tensión inicial:

Factor de esfuerzo: Índice del resorte: Diámetro interior:

Diámetro medio espira: Diámetro interior gancho: Longitud del alambre:

Peso/100:

Frecuencia natural:

Deflexión disponible (SL): Deflexión disponible (SM): Deflexión disponible (DM): Deflexión disponible (SH): Deflexión disponible (DH):

25.86 mm Software copyright © 2002-2011 Institute of Spring Technology, Sheffield, Reino Unido (V1.0.15) ▲ ▲ Figura 3 : Datos de diseño nominales del resorte de acero al carbono que presupone que los resortes han sido tratados térmicamente

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Julio de 2014