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Diciembre de 2018 Página 1 de 2

Aumento de la fricción estática con láser

Gerhard Flores, Gerente de Desarrollo Tecnológico y Propiedad Intelectual en Gehring Technologies

La estructuración láser con escaneo ofrece un aumento de la fricción estática de hasta 5 veces, es automatizable y puede integrarse en una línea de producción.

Durante una presentación realizada en septiembre de 2018 en el marco de la reunión de la Asociación Americana de Fabricantes de Engranajes (AGMA, por su abreviatura en inglés), Gerhard Flores habló sobre la necesidad de producir superficies planas y curvas con la funcionalidad de alta fricción estática para transmisiones de potencia antideslizantes ajustadas por fuerza.

Según Flores, esta necesidad es especialmente importante para la estructuración de la biela y la leva para una alta resistencia al torque o las conexiones frontales de las ruedas dentadas, los engranajes o los ajustes del árbol de levas. Detalló que se están sustituyendo soluciones costosas como capas de diamante, recubrimientos o diseño de ajuste de forma. En cambio, ahora se realiza manufactura innovadora mediante un proceso de láser modificado con micro estructuras expuestas definidas. El requisito previo para una alta fricción es exponer micro rebabas de fusión de una altura micrométrica menor con estructuras de material martensítico. Como resultado, las superficies de alta fricción estática se pueden producir económicamente con la repetibilidad de tolerancias pequeñas en producciones de alto volumen. Este es el resumen de su presentación:

La producción de superficies que generan conexiones de fricción estática con la contraparte se realiza cada vez más con un rayo láser modificado. Las superficies de contacto caracterizadas por adhesión están dispuestas con topografías que aseguran el funcionamiento de las piezas de trabajo y se pueden producir de manera rentable. Los requisitos de las conexiones incluyen cargas por torques y fuerzas de corte. El sistema se mantiene en un estado de fricción adhesiva durante las diferentes condiciones operativas y no permite ningún movimiento relativo de las áreas de contacto.

La característica principal del sistema adhesivo se reveló en una prueba de esfuerzo. En ella, las superficies de contacto endurecidas y estructuradas se cargan contra las no estructuradas y sin endurecer con una fuerza axial de 80 kN durante 60 segundos para un ángulo de giro de 4 grados. El curso del torque se indicó como valor objetivo. Las áreas de contacto (di = 15 m, da = 30 mm) estaban secas y libres de grasa. En la unión de adhesivo y fricción de deslizamiento hay un valor máximo de adhesivo.

Usando el banco de fricción adhesiva o el agregado funcional se pueden evaluar los efectos de la estructura. Cada estructura que aumenta la fricción del adhesivo se caracteriza por un contorno de perfil elevado que influye en su contraparte. A continuación, se producen múltiples perfiles de micro forma para absorber las fuerzas cortantes. Además, los perfiles de microforma dan como resultado una conexión por fricción con un alto coeficiente de fricción adhesiva. Debido al efecto térmico del rayo láser, la dureza es modificada debido al corto tiempo de calentamiento.

Existen diferencias significativas en las superficies de fricción adhesiva estructurada por láser de las levas, las bielas, las conexiones frontales y las superficies de sustratos pretratados. Las topografías de levas pueden levantarse con elevaciones de perfil bajo y sin profundización. El material se derrite uniformemente. Las líneas de estructura de las bielas son superpuestas equidistantes. Tanto los árboles de levas como las bielas pueden absorber el torque de las juntas del cubo del eje. Entre las estructuras de las conexiones frontales a menudo se producen profundizaciones causadas por la transferencia de material. Por último, las superficies de los sustratos pretratados exhiben una estructura escamosa con micro rebajes y son adecuadas para unir materiales de capa a sustratos.

La estructuración láser de superficies de fricción adhesiva en conexiones de tipo de fricción rígida puede sustituir a las conexiones de bloqueo positivo u otras conexiones de tipo de fricción costosas como las capas intermedias de diamante. El coeficiente de fricción adhesivo alcanzable depende de la profundidad de la altura, la forma del perfil de rugosidad estructurada por láser, la disposición de la densidad de la estructura, las propiedades martensíticas de los materiales tratados con láser, la fuerza normal y si el lubricante está incrustado en las superficies de contacto o no.

Diferentes conexiones con resistencia a la torsión tienen diferentes superficies de contacto cilíndricas. Una conexión por contracción con la superficie interna estructurada con láser de la leva y el eje, permite que el árbol de levas sea fabricado de una forma rentable en la producción en serie. En el caso del eje de conexión de sujeción y el cubo, las superficies de contacto estructuradas con láser se acoplan mediante sujeción. Esto reemplaza la costosa alternativa de conexiones positivas. De esta manera, las conexiones de pasadores o accesorios pueden reemplazarse por superficies de contacto de tipo fricción con una alta fricción adhesiva generada por el proceso de estructurado con láser.


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