Comprensión de las pruebas de resistencia:medición de los límites de materiales y piezas cruciales

Las pruebas de resistencia del material y acabado superficial examinan los límites de piezas cruciales utilizadas en productos críticos. Esto es lo que necesita saber para evaluar los límites de la resistencia y la construcción del material, que son tan importantes para la integridad de muchos productos.

Si alguna vez ha pedido ayuda para abrir un frasco de pepinillos, es probable que la empresa embotelladora nunca haya hablado con Mark Fridman. Lo mismo se puede decir de la bolsa de papas fritas que abriste la semana pasada, solo para verlas volar por toda la sala de descanso cuando la costura se partió por la mitad. O la aspirina que necesitabas cuyo frasco anuncia una tapa a prueba de niños que, con mayor precisión, se llamaría resistente a los humanos.

Fridman es el presidente de Mark-10 Corp. en Copiague, Nueva York. Tiene un trabajo divertido. Su empresa fabrica equipos de prueba que intentan rasgar, perforar, pelar, triturar y destruir varios productos fabricados. Muchos de ellos son bienes de consumo como los descritos anteriormente. Pero Fridman y el equipo Mark-10 son especialmente cruciales para las industrias automotriz, aeroespacial y médica, donde la seguridad del producto es primordial.

Determinaciones Forzosas

No todo se trata de destrucción. El equipo Mark-10 puede medir la fuerza de liberación del cinturón de seguridad, la elasticidad del resorte, el torque requerido para colocar un tornillo óseo y muchas otras aplicaciones similares.
 

“La facilidad de uso, la confiabilidad y la durabilidad de estos y otros objetos fabricados se pueden cuantificar mediante un valor de fuerza o torsión”, dice Fridman. “Entonces, ya sea que se trate de equipos médicos, materiales de empaque o componentes aeroespaciales, muchas de las cosas que usamos todos los días deben someterse a este tipo de pruebas físicas para garantizar que cumplan con los criterios de calidad del cliente”.

Por lo general, las pruebas se realizan en las instalaciones donde se fabrican estos objetos y, a menudo, en la propia línea de producción. Entre los componentes de prueba de resistencia mecánica que ofrece Mark-10 se encuentran:

• Los dinamómetros se utilizan para capturar las fuerzas de tensión y compresión (tirar y empujar) en aplicaciones de prueba:los cupones de prueba con forma de mancuerna con los que están familiarizados muchos talleres mecánicos se separarían en un dispositivo de este tipo.
• Los medidores de par miden las fuerzas en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario a las agujas del reloj, como las que se aplican a los sujetadores roscados, las perillas y los diales, o la tapa del frasco de salmuera que se acaba de mencionar.
• Los medidores de coeficiente de fricción (COF) miden las fuerzas estáticas y cinéticas generadas al arrastrar un "trineo" (una pequeña almohadilla de metal) a través de un material objetivo.
• Los probadores de tracción de cables se utilizan para medir la fuerza de tracción de terminales eléctricos engarzados, terminaciones de tubos y conectores de unión de cables.

Muchos de estos están disponibles en versiones portátiles y de sobremesa, y a menudo se utilizan junto con un banco de pruebas manual o motorizado, varios dispositivos de sujeción y accesorios, y el software para cotejar y analizar los resultados de las pruebas.

“Muchos de nuestros clientes, particularmente cuando se trata de productos aeroespaciales, automotrices y médicos, deben cumplir con ciertos estándares ISO, SAE o ASTM”, dice Fridman. “También existen ciertos estándares específicos de la industria, así como aquellos que los fabricantes desarrollan internamente para garantizar que sus productos no fallen en el campo. Un taller mecánico que ofrece servicios de montaje, por ejemplo, podría comprar una de nuestras unidades para comprobar la tensión del resorte en una palanca o la fuerza necesaria para cerrar una puerta. Las pruebas son muy específicas para el uso y las aplicaciones son casi demasiado numerosas para contarlas”.

Superficies de ingeniería

Pat Nugent también está interesada en la calidad del producto, aunque en formas más conocidas por la mayoría de los talleres mecánicos. Como vicepresidente de gestión de productos de Mahr Inc., con sede en Providence, Rhode Island, es responsable de la amplia gama de equipos de metrología de la empresa, incluidos los que se utilizan para medir la rugosidad, la redondez y la forma de la superficie. Explica que el equipo utilizado para cuantificar el primero de ellos, la rugosidad, se desarrolló hace décadas, en un momento en que el mecanizado aún se realizaba mediante levas y manivelas. Además, esos métodos antiguos aún influyen en los estándares de aspereza que se usan en la actualidad.

“Los primeros perfilómetros no eran tan diferentes de un tocadiscos antiguo, excepto que la aguja se movía hacia arriba y hacia abajo en lugar de de lado a lado”, dice Nugent. “Estos primeros dispositivos analógicos usaban un cálculo matemático conocido como Rq, un tipo de promedio cuadrático medio, para determinar la rugosidad de la superficie. Hoy en día, la mayoría de los talleres, al menos los que están aquí en los EE. UU., están más familiarizados con Ra, o aspereza promedio”.

Nugent agrega que en otras partes del mundo se usa típicamente el estándar Rz, que es la diferencia promedio de pico a valle entre cinco longitudes de muestreo consecutivas. Sin embargo, se apresura a señalar que existen aproximadamente cien parámetros y estándares de medición de superficies, y que los fabricantes a menudo se confunden sobre cuál usar y por qué.

“A medida que la industria avanzó hacia la era digital y los equipos de medición se volvieron más capaces, las personas descubrieron cómo recopilar varios perfiles de superficie y usarlos para cuantificar la calidad de las piezas”, dice. “Piense en el orificio de un cilindro de motor. Por lo general, un fabricante mecanizará la superficie en desbaste y luego regresará con una operación de pulido o esmerilado de acabado, que eliminará los picos pero dejará atrás los valles. Si pueden medir y, por lo tanto, controlar estos procesos con la suficiente precisión, se crea una especie de superficie diseñada que proporciona características óptimas de desgaste y lubricación”.

Rugosidad y Ondulación

La buena noticia detrás de toda esta complejidad es que los equipos de medición modernos como el proporcionado por Mahr pueden cambiar fácilmente entre los estándares de rugosidad de la superficie que se encuentran en el dibujo. También pueden medir la ondulación, que va de la mano con la rugosidad.

Dice Nugent:“Le digo a la gente que piense en una mesa de madera sobre la que ha descansado un objeto pesado. El arco en el medio se puede considerar como una ondulación, mientras que el grano que se puede sentir con las uñas es la aspereza de la superficie”.

Es importante reconocer que la rugosidad y la ondulación de la superficie son medidas bidimensionales. Tome una serie de tales medidas utilizando ópticas avanzadas como las que se encuentran en una serie de productos Mahr y es posible obtener vistas tridimensionales detalladas de un objeto mecanizado, moldeado, moldeado o impreso.

Esto se remonta a lo que Nugent dijo anteriormente sobre las superficies diseñadas:la capacidad de medir y, por lo tanto, controlar los procesos de fabricación a nivel microscópico puede conducir a mejoras profundas en el comportamiento del objeto terminado, presentando oportunidades como una integración ósea mejorada en implantes ortopédicos y la creación de superficies que se asemejan más a las que se encuentran en el mundo orgánico.

¿A qué obstáculos se ha enfrentado al medir la resistencia de un material? ¿Cómo los superaste? ¿Qué consejos puedes compartir?