Ensayo de ruedas, llantas y neumáticos
En el sector del automóvil, las ruedas están fabricadas de acero, aleaciones ligeras o materiales compuestos y los neumáticos correspondientes. El neumático es un compuesto de varios materiales con diferentes propiedades físicas. Los sistemas de ensayos de ZwickRoell se emplean para determinar las propiedades cuasiestáticas y dinámicas de ruedas, llantas y neumáticos. Esto abarca desde ensayos estándar en caucho, refuerzos textiles y cordones metálicos, hasta ensayos completos sobre el conjunto rueda/llanta/neumático.
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Ensayo de componentes de neumáticos
El ensayo de neumáticos plantea desafíos particulares por la compleja composición de sus materiales. Los neumáticos están fabricados de compuestos de goma (a base de caucho natural o sintético, negro de carbono y diversos aditivos) y refuerzos textiles integrados (cordones de acero o de fibra textil). La combinación de estos materiales da lugar a un comportamiento anisótropo, especialmente bajo carga mecánica.
Los distintos materiales y su interacción exigen métodos de ensayo específicos para determinar propiedades como la resistencia a tracción, el comportamiento a la delaminación y las propiedades reológicas. En este ámbito, se llevan a cabo, a temperatura ambiente y a diferentes rangos de temperatura entre -70 y +250 °C, los siguientes ensayos:
- Ensayos de tracción según las normas ISO 37 y ASTM D412, y ensayos de desgarro progresivo según ISO 34 y ASTM D624 en elastómeros con diferentes geometrías de probeta.
- Ensayos de dureza, resiliencia y de abrasión en elastómeros
- Ensayo de desgarre de cuerdas de acero y textiles de capas de elastómero
- Ensayos de tracción en cuerdas de acero y textiles. Alimentación automática de probetas debido al gran volumen de probetas durante el desarrollo de nuevos compuestos
- Determinación de propiedades viscoelásticas
Rigidez de neumáticos de automóvil bajo presión variable
Para determinar la rigidez de neumáticos, se mide la relación de fuerzas en carga vertical y horizontal y a una presión variable de los neumáticos.
Para ello, se combina una máquina de ensayos de materiales de 50 kN AllroundLine con una unidad lineal horizontal y una plataforma de medición de fuerza multicomponentes en el travesaño fijo inferior. Con el programa de ensayos testXpert adecuado, se llevan a cabo y evalúan los ensayos en cuestión, bajo carga vertical y horizontal con diferentes presiones de neumático.
Ensayo de deformaciones axiales de la pestaña de la llanta
Para determinar las propiedades de rigidez se realizan ensayos de compresión en la pestaña de la llanta con un punzón de compresión especial. Para ello se utiliza una máquina de ensayos de suelo con un travesaño móvil con ranuras en forma de T, que sobresale frontalmente. Las llantas se pueden posicionar y sujetar cómodamente y a una altura ergonómica en el área de ensayo. La célula de carga garantiza una medición exacta de la fuerza axial, a pesar de las cargas laterales producidas por la geometría de la llanta. Por su diseño y colocación especiales, la célula de carga se puede emplear tanto para mediciones en el área de ensayos superior e inferior de la máquina.
Determinación de deformaciones superficiales en una llanta de construcción ligera
Durante la determinación de las deformaciones sobre toda la superficie en una llanta de construcción ligera, la carga axial o radial se aplica de forma variable mediante un actuador de ensayo electromecánico, y el comportamiento de deformación se mide mediante un sistema óptico 3D de medición de la deformación. Los consecuentes resultados de deformación aportan información sobre posibles puntos débiles en el componente.
Ensayo de dureza en llantas de aluminio
Durante el funcionamiento del vehículo, las llantas están sometidas a elevadas cargas mecánicas y térmicas, lo que exige una alta resistencia mecánica y a la fatiga del material. Las propiedades del material de las llantas de aluminio dependen en gran medida de la composición de la aleación, del proceso de fabricación (p. ej. fundición a baja presión o forjado), así como de los tratamientos termo-mecánicos posteriores.
Para caracterizar las propiedades del material, se utiliza el ensayo de dureza como método de ensayo no destructivo. Este método permite garantizar valores característicos mecánicos constantes en diferentes lotes y series de producción. En la práctica, se utiliza principalmente el método de ensayo de dureza Brinell según la norma ISO 6506 o ASTM E10 (p. ej. HBW 2,5/62,5), especialmente para el ensayo de áreas sometidas a grandes esfuerzos como el lecho de la llanta, la estructura de los radios, el núcleo de la llanta y la brida de fijación de la rueda.
Para el análisis de la homogeneidad y la profundidad de penetración del tratamiento térmico, así como para determinar los perfiles de dureza, se puede emplear el método Vickers según ISO 6507 de forma complementaria. El ensayo puede realizarse manualmente, en el marco del control de producción, o de forma automatizada mediante sistemas de ensayos en línea.
Para el ensayo completo de dureza en llantas, el durómetro universal VisionLine de ZwickRoell es la mejor opción.
Ensayo de pastillas de freno de disco
Las pastillas de freno de disco son uno de los componentes más importantes de un freno de rueda. Para poder evaluar la calidad de estas pastillas, se determina, entre otros, la diferencia de espesor de las pastillas mediante una carga de compresión unidimensional en la dirección normal a la superficie de fricción de las pastillas de freno de disco.
Para esta tarea, se equipan máquinas de ensayos de materiales de ZwickRoell con un dispositivo de compresión con sistema de medición integrado. La deformación se mide a través de tres palpadores de medición, dispuestos en un círculo graduado desplazados 120°. La compresión se aplica a través de un cabezal de compresión adaptado que simula el pistón y aplica la fuerza de forma circular. Gracias a la suspensión flexible del cabezal de compresión, se produce un contacto totalmente paralelo con la pastilla de freno de disco. Y así se garantiza una aplicación de la carga de compresión totalmente uniforme y homogénea. La posición de ensayo del punzón de compresión se alinea con el eje central del centro de gravedad de la superficie de la pastilla de freno de disco. El dispositivo de ensayo sirve tanto para pastillas de freno de una sola pieza como partidas.
Ensayo de dureza en discos de freno
Los discos de freno son componentes críticos para la seguridad en el área del chasis del vehículo y están expuestos a cargas térmicas y mecánicas extremas durante su funcionamiento. Para garantizar un comportamiento de fricción estable, baja propensión a fisuras y una buena resistencia al desgaste, se utilizan en la producción en serie principalmente aleaciones de fundición (GJL) o materiales compuestos, (como p. ej., híbridos de fundición-aluminio o compuestos de matriz cerámica, CMCs).
El ensayo de dureza se emplea como método de ensayo no destructivo para verificar la calidad del material en discos de freno:
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- Para discos de fundición, el método Brinell conforme a ISO 6506 es el estándar establecido. Los ensayos se realizan principalmente en el anillo de fricción y la zona del buje del disco. Las cargas típicas de ensayo oscilan entre HBW 2,5/187,5 y HBW 10/3000, dependiendo del espesor del material, su microestructura y especificaciones. Además, el método Vickers conforme a ISO 6507 se utiliza para evaluar la microestructura perlítica laminar, con el fin de deducir la resistencia al desgaste de los discos de freno.
- En el caso de discos de freno revestidos o tratados térmicamente, como los de fundición con alto contenido en carbono (high-carbon) o los endurecidos por láser, puede utilizarse el método Vickers según ISO 6507 para analizar la estructura laminar perlítica y determinar la resistencia al desgaste del material.
- Las especificaciones OEM y las normas del sector como la SAE J431 (para fundición gris), así como las normas internas de cada fabricante, definen los rangos de dureza permitidos y los métodos de ejecución. En la producción en serie, el ensayo se realiza manual o parcialmente automatizado, y en aplicaciones de gran volumen, integrado en línea dentro de los controles digitales de proceso.
El durómetro universal VisionLine de ZwickRoell es la solución ideal para el ensayo de dureza en discos de freno.
