resortes y alambres

Alambres Y Resortes

• Se denomina alambre a todo tipo de hilo delgado que se obtiene por estiramiento de los diferentes metales. Los principales metales para la producción_de_alambre_son: Hierro, Cobre, Latón, Plata, Aluminio, entre otros.

¿QUÉ ES UN ALAMBRE?

• Trefilar es la operación de conformación en frío consistente en la reducción de sección de un alambre o varilla. • Los materiales más empleados para su

conformación mediante trefilado son el Acero, el Cobre, el Aluminio y los Latones, aunque puede aplicarse a cualquier metal o aleación dúctil.

¿CÓMO SE OBTIENE? POR TREFILADO

• Alargamiento: Porcentaje sobre la longitud original.

• Reducción de sección: Proporción en que se reduce la sección transversal de un hilo o alambre cuando este pasa a través de una trefila.

Alguna Terminología…

TRÉFILA, HILERA Ó DADO

PROCESO DE TREFILADO

• Comercialmente se encuentran alambres que van desde 5/8``, hasta un calibre 17, equivalente a 0.054``• Las aplicaciones varían

desde la medicina dental (brakets), hasta la ingeniería civil (cables tensores)

PRESENTACIÓN COMERCIAL

• Alambre Galvanizado: Todo tipo de mallas, alambre de púas, grapas, jaulas, electrodomésticos, autopartes, etc.

• Alambre Recocido: Principalmente en la construcción.• Alambrón: Es utilizado para la fabricación de piezas y partes

mecánicas, para resortes y cables de alambre.• Alambre de Cobre: Principalmente se utiliza en instalaciones

eléctricas y componentes electrónicos.• Alambre de Platino: Aplicaciones médicas, aeroespaciales,

químicas, electrónicas, etc.

Algunos Materiales

Algunas Presentaciones

CABLES DE ACEROLos cables de acero están compuestos de una determinada cantidad de torones o trenzas colocados o cerrados en forma Helicoidal alrededor de un núcleo o alma de soporte. Cada uno de los torones esta conformado por cierta cantidad de alambres los cuales también se encuentran colocados de forma helicoidal alrededor de un alambre central de un torón. Los alambres en el torón están colocados en una forma geométrica definida y predeterminada.1. Alambre2. Torón3. Alma

Guayarles LTDA. www.Cablesguayarles.com

Núcleos o Almas de un Cable de Acero

El propósito del núcleo o alma de un cable de acero, es la de permitir la colocación adecuada de los torones y permitirles moverse o trabajar libremente, de tal manera, que cada torón asuma la parte de carga proporcional que le corresponda en condiciones normales de trabajo

Siglas Alma de Acero: IWRC ó AAAlma de Fibra: FC ó AF

El alma de acero, se usa en aquellos cables cuya aplicación requiere grado máximo de resistencia, especialmente cuando los cables puedan encontrarse sujetos al aplastamiento. También cuando los cables vayan a ser usados en presencia del calor extremo

ARROLLAMIENTO:

• Teniendo en cuenta el sentido de los alambres en el cordón, y de los cordones en el cable, se pueden distinguir los siguientes tipos de cable:

• sZ Cruzado derecha. Los cordones se arrollan a derechas y los alambres de cada cordón a izquierdas.

• zZ Lang derecha. Los cordones se arrollan a derechas y los alambres de cada cordón a derechas.

• zS Cruzado izquierda. Los cordones se arrollan a izquierdas y los alambres de cada cordón a derechas.

• sS Lang izquierda. Los cordones se arrollan a izquierda y los alambres de cada cordón a izquierdas.

• Existe además el arrollamiento alternado, con cordones alternativamente arrollados en el mismo sentido que los alambres y en sentido contrario.

www.cyesa.com

COMPOSICION

La composición de un cable se designa por el número de sus cordones, la composición de estos y el tipo de alma, por ejemplo:

– Cable de seis cordones formado cada uno de ellos por 19 alambres y alma textil. 6x 19+ FC. – Cable de ocho cordones formado cada uno de ellos por 25 alambres y alma metálica. 8x 25– Según el nº alambres en cada capa del cordón, puede ser por ejemplo: • Warrington (W) –Capa exterior con 2 diámetros de alambres• Seale (S) -Igual nº alambres en últimas capa• Warrington - Seale (WS) – combinación 2 últimos tipos• Relleno (F) –Incorpora hilos finos de relleno

Según el tipo de alma, puede ser por ejemplo:• Alma de fibra (FC)• Alma metálica (IWRC)• Alma de cordón ( WRC

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6x19 WS (1+9+9) FC

ANTIGIRATORIO (ROTATION RESISTANCE)

• Con un cable convencional, una carga externa crea un momento de fuerzas que intenta desenrollar el cable y rotar la carga.

• Un cable antigiratorio tiene el alma de acero, que es un cable independiente, cerrado en la dirección opuesta a la de los cordones externos. Bajo carga, el alma intenta girar el cable en una dirección, mientras que los cordones externos intentan girar en la dirección opuesta.

• El diseño geométrico del cable antigiratorio es tal que los momentos de fuerzas en el alma y en los cordones externos se compensan unos con otros sobre un amplio espectro de carga, de forma que incluso con grandes alturas de elevación el cable nunca gira

FICHA TECNICA

Silver ltda.www.silvertelecom.com

AscensoresMontacargasGrúas, (cables de tracción)Máquinas de extracción Cables de teleférico.

Empresas de obras públicas, fábricas, minas, canteras, campos de petróleo.

Se utiliza en pequeños diametros.

www.indeli.cl

RESORTES

Son elementos que por medio de la flexibilidad que los caracteriza permiten la aplicación controlada de cargas, el almacenamiento y la liberación de energía, entre otros.

TIPOS DE RESORTE USOS TIPOS DE RESORTE

EMPUJE Resorte helicoidal de compresion Resorte de Belleville

Resorte de torsion: La fuerza actua en el extremo del brazo del par torsional

Plano como muelle de cantilever o mulle de hojasTRACCION Resorte helicoidal de extensión

Resorte de torsion: La fuerza actua en el extremo del brazo del par torsional

Plano como muelle de cantilever o mulle de hojas Resorte de barra de traccion (caso especial de resorte de compresion) Resorte de fuerza constanteRADIAL Resorte toroidal, banda de elastomero,pinzas de resorte TORQUE Resorte de torsion,resorte de potencia

Tabla tomada de el libro diseño de maquinas de Mott pg. 732

ALAMBREPLANOS

CLASIFICACION DE LOS RESORTES SEGÚN SU FORMA

FORMAS ESPECIALES Tipo en voladizo, los elípticos y resortes Belleville

Helicoidales redondos y cuadrados

Tipo de Carga y esfuerzo permisibles

Servicio ligero Cargas estaticas o hasta 10000 ciclos de carga , con baja rapidez de carga (sin impacto)

Servicio promedio Casos tipicos en el diseño de maquinas, aplicación con rapidez moderada y hasta un millon de ciclos.

Servicio severo Ciclos rapidos, con mas de un millon de ciclos: posibilidad de choques e impactos.

Grafica tomada del libro de Diseño de maquinas. Mott pg. 740

RESORTES HELICOIDALES DE COMPRESIONSe fabrican generalmente con enrollado sobre una forma redonda y cilíndrica. Por lo tanto tiene paso constante. Aunque también se encuentra en alambre cuadrado y rectangular

EXTREMOS UTLIZADOS PARA RESORTES DE

COMPRESION

Tomado de shigley pág 503

Debido a que en un resorte a compresión no se necesitan extensiones para soportar carga entonces se tienen las siguientes terminaciones.Un resorte con extremos planos, es un resorte tiene los extremos iguales como si un resorte se hubiera cortado en varias secciones.Un resorte con extremos planos a escuadra o cerrados se obtiene deformando los extremos hasta tener un ángulo de cero grados.Para aplicaciones importantes los resortes deben estar a escuadra o esmerilados pues es mas eficiente la trasferencia de carga.

RESORTES DE EXTENSIONDifieren en los resortes de compresión en que soportan cargas de tensión y que el cuerpo del resorte se enrolla con una tensión inicial.Generalmente para soportar la carga se utilizan extremos de media espira de maquina, abierta. Gancho alzado. Espira torcida corta, espira torcida completa.

tomado de Shigley pág 525

tomado de http://www.resortespugliese.com.ar/extension.php

http://www.resortespugliese.com.ar/extension.php

RESORTES DE EXTENSION• Cuando los resortes de extensión

se fabrican con espiras que están en contacto entre si, éste enrolle se denomina apretado. Los fabricantes prefieren el enrolle apretado debido a que éste lleva una tensión inicial que permite mantener al longitud libre con mayor precisión.

• tomado de Shigley pág 526

•

tomado de Shigley pág 526

RESORTES DE EXTENSION• APLICACIONES:• Las aplicaciones de los resortes de extensión incluyen interiores y

exteriores automotrices, pinzas de presión, carburadores, aparatos de lavado, maquinaria para granja, juguetes, y miles de otros usos. Los resortes de extensión vienen en una amplia variedad de tamaños, desde los aparatos médicos pequeños hasta los resortes para frenos de maquinaria pesada.

RESORTES DE ESPIRAS HELICOIDALES DE TORSION

• Se denomina resorte de torsión cuando un resorte de espiras se somete a torsión en sus extremos.

• Existen de cuerpo único de cuerpo doble.

• A menudo se enrolla apretado pero con fricción entre espiras despreciable.

• El extremo que se encuentra con mas frecuencia y el menos costoso es el de torsión directa.

• Estos resortes suelen usarse con una varilla o mandril , para tener soporte cuando sea difícil incorporar los extremos a fin de proporcionar resistencia.

• El alambre de un resorte de torsión trabaja a flexión solamente a diferencia de los tensión y compresión.


• Los resortes a torsión se diseñan para que en el momento de servicio se enrollen mas apretados.

• A medida que se aumenta el par de torsión, disminuye su diámetro interior de espira por lo tanto debe tenerse cuidado de no pellizcar la varilla o el mandril.

• los resortes de torsión tienen configurados los extremos de manera conveniente al cuerpo de las espiras con gancho corto, con desplazamiento recto, con gozne , de torsión directa y con extremos especiales0

• tomado de Shigley pág 526


• APLICACIONES:• Son de uso común en ganchos de

ropa, persianas de ventana ,trampas para animales, trinquetes, tablas para apuntes, los resortes de torsión se utilizan en bisagras, contrabalanzas y aplicaciones de retorno de palanca. Los tamaños varían desde miniatura, utilizados en aparatos eléctricos, hasta grandes resortes de torsión utilizados en unidades de control de asientos.

DIAMETROS• Diámetro externo• Diámetro interno• Diámetro de paso • Diámetro de la sección del alambre cuando este es redondo.

Lo cual se conoce como diámetro estándar del alambre.

Imagen tomada de Diseño de maquinas. Mott pg. 737

Imagen tomada de Diseño de maquinas. Shigley pg. 500

LONGITUDESComo longitudes de este tipo de resortes existen cuatro pero realmente se utilizan tres :

LONGITUDES

LIBRE

INSTALACION

COMPRESION

OPERACION

LONGITUDES

CONSTANTE DEL RESORTE: Cuando no se tienen el valor de la constante del resorte se debe recordar que por la ley de Hooke, tenemos que:

INDICE DEL RESORTE:

Es una relación entre el diámetro medio del resorte y el diámetro de alambre del mismo el cual se expresa de la siguiente manera:

Esta relación debe ser .

PASO Este indica la distancia axial de un punto de una espiral a otro punto de la siguiente espiral cuando el resorte esta en la longitud libre:

• Extremos escuadrados y rectificados: • Extremos solamente encuadrados: • Extremos planos y rectificados: • Extremos planos:

ANGULO DE PASO

Este es el ángulo de inclinación que tiene las espiras del resorte. Estas tienen que tener un ángulo menor a 12° ya que si esta es superada el resorte comienza a tener esfuerzo de compresión que no son deseados en el diseño de los resortes.

MATERIALES PARA RESORTES

Industrialmente en Colombia se manejan tres tipos de aceros al carbono para los alambres de los resortes y un tipo de acero inoxidable. Estos se manejan bajo la norma ASTM y son: - ASTM 227- ASTM 228 - ASTM 229 - ASTM A313

• Los procesos por los cuales se fabrican en frio o en caliente, esto depende del tamaño, el índice y propiedades deseadas.

• No se aconseja utilizar material pre-endurecido: (D/d <4 ; d > ¼ )in.• Un factor importante es la fluencia torsional del material. ()

ASTM 227- Es un alambre estirado duro, que se utiliza para fabricar

resortes de uso general mas barato y se debe utilizar solo donde la duración, la exactitud y la deflexión no sean muy importantes.

- No se debe emplear a mas de 120° (250°F), o a temperaturas bajo cero.

ASTM 228- Alambre de piano es el mejor, el mas tenaz, y el mas

empleado de todos los metales para la fabricación de resortes pequeños.

- Presenta la mayor resistencia a la tensión y puede soportar mayores esfuerzos a cargas repetidas que cualquier otro material para resortes.

- No se debe emplear a temperaturas mayores a 120°(250°F) o a temperaturas bajo cero.

ASTM 229- Alambre templado en aceite, este es un acero para resortes de

uso general que se emplea para elaborar muchos tipos de resortes de espiras. (opción para el piano)

- Este alambre no es adecuado para cargas de choque o impacto.

- No se debe emplear tampoco a temperaturas mayores de 180°(350°F) ni a temperaturas bajo cero.

PROPIEDADES DE EL ACERO 1070 PERTENECIENTE A LA NORMA ASTM 229

N° SAE o AISI RESISTENCIA A LA TRACCION

RESISTENCIA A LA FLUENCIA

ALARGAMIENTO EN 50mm DUREZA BRINELL

Kgf/

mm^2 Mpa kgf/mm^2 Mpa

%

1070 90,9 891,4 54,6 535,4 15 267

tabla tomada de http://www2.ing.puc.cl/~icm2312/apuntes/materiales/materials2.html

ASTM A313- Este material consta de muy buen resistencia a la corrosión.- Trabaja a altas temperaturas.- Muy baja capacidad magnética.- Estirado en frio.

PROPIEDADES DEL ACERO INOXIDABLE AISI 302 PERTENECIENTE A LA NORMA ASTM A313

COMPOSICION QUIMICA EN %

C Mn Si P S

0,08-0,15 2,0 - 14,0 1 0,045 - 0,060 0,03

Diametro Resistencia a la tensión

in mm KSI

0,207 - 0,5 5,26 - 12,70 182 -160

tabla tomada de la empresa multiformas en alambre

Tipos de materiales para la fabricación de resortes con alambres metálicos en Colombia

• 1070• Se usa con tratamiento térmico para mejorar sus propiedades • Es muy usado para la fabricación de resortes expansivos y de

compresión de diámetros pequeños

1045• Es el mas usado para la fabricación de resortes con alambres

gruesos o de diámetros grandes• Se le hace temple para mejorar sus propiedades de

compresión y expansión• 1090 tipo americano:• Se emplea para resortes de alto ciclaje • Es costoso dado que su uso es por pedido especial y es

ampliamente utilizado en la industria aeronautica.

302 inox

• Los alambres de este tipo son de vital importancia en la industria de los resortes dado que se emplean bastante en la industria alimenticia y elementos que estén en constante contacto con el líquidos oxidantes

Tomado de euromerida.dmtienda.com

Resortes cónicos• Los resortes de

compresión cónicos consisten en muelles diseñados con forma cónica para proporcionar un coeficiente de compresión prácticamente constante y una altura a bloque más baja que un resorte normal.

• Refrentados no rectificados.

• Industria textil Foto tomada por grupo diseño No. 3 en “NEVEO”

Alambres empleados para la fabricación de pines

• Los pines son elementos bloqueantes que a su vez reducen el desgaste excesivo, holgura y vibraciones, especialmente a altas velocidades.

• Facilitan un funcionamiento más eficiente y suave, disminuyendo el desgaste por deslizamiento de los elementos en contacto.Foto tomada por grupo diseño No. 3 en “NEVEO”

Resorte de enrollado doble• Resorte que permite

bloquear y realizar trabajos donde se deba soportar peso muerto.

• Industria arrocera.

Foto tomada por grupo diseño No. 3 en “NEVEO”

TRATAMIENTOS QUE SE USAN EN COLOMBIA

• Pavonado• Zincado• Cromado• Básicamente se le

hacen a el 1070

Tomado de gleasonsales.net

Pavonado• El pavonado consiste en la

aplicación de una capa superficial de óxido abrillantado, compuesto principalmente por óxido férrico (Fe2O3) de color azulado, negro o café, con el que se cubren las piezas de acero para mejorar su aspecto y evitar su corrosión.


Zincado• El zinc se utiliza

ampliamente para la protección del acero para aportarle una mayor resistencia a la corrosión. La capa de zinc se aplica según el procedimiento de galvanización en caliente o por vía electrolítica. Aproximadamente un 40% del consumo mundial de zinc se destina a la galvanización.


Cromado• El cromado se realiza con el

fin de otorgarles una buena presentación o de acabados decorativos al material (o piezas) tratado, otras veces otorgarles mayor dureza y exigente acabado liso con brillo al espejo y con alta precisión

Tomado de maquinasreyes.com

Fleje• Tipo de resorte que no fabrican

en Colombia• El resorte en fleje es idóneo

para aplicaciones que requieran de una deflexión larga pero con apenas un incremento de carga. Normalmente, el muelle se monta con un tambor atravesando su diámetro interno y el extremo libre amarrado a la fuerza de carga, equivalente a una aplicación de contrapeso. Esta relación se puede invertir con el extremo libre en posición estática y el resorte en si proporcionando la carga.

Tomado de asosem.org

Tomado de bgespana.com

Trabajo pesado• Se importan pero ya se

hacen en Colombia.• Los muelles de compresión

de carga alta son adecuados para aquellas aplicaciones donde se requieran altas cargas y poca disponibilidad de espacio. Los muelles de compresión de carga de SPEC están diseñados para trabajar en un alojamiento o guiados por un eje.

• Troqueladoras industriales.• Refrendado y rectificado.

Foto tomada por grupo diseño No. 3 en “NEVEO”

COSTO

• Es importante reconocer, que a la hora de calcular el costo de manufactura de un resorte, sus principales fundamentos para analizar este son: la complejidad del resorte, además de el diámetro del alambre utilizado y posteriormente la calidad del material y los tratamientos a los cuales han sido sometidos.

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