Ensayo de muelles de compresión automatizado con tolerancias muy reducidas

Las aplicaciones de muelles y resortes son muy diversas y van desde los mecanismos de relojería hasta los vehículos, pasando por bolígrafos. Todos los muelles y resortes tienen en común la caracterización a través de la constante del muelle, es decir, la curva característica del muelle, que describe la relación lineal o progresiva entre deformación y fuerza. El más conocido es el muelle helicoidal (bolígrafos), un muelle de forma cilíndrica de alambre. Como la tendencia apunta hacia unas tolerancias de producción cada vez más ajustadas, también aumentan las demandas de equipos de medición y ensayo con el objetivo de poder realizar pruebas de calidad de muelles y resortes en los procesos de fabricación actuales. ¿Qué particularidades tienen?

Existen numerosos fallos en la cadena de medición de fuerza y recorrido de las máquinas de ensayos de muelles que es necesario eliminar en la medida de lo posible o, al menos, minimizar. De esta forma, proporcionarán resultados de medición correctos y, en particular, reproducibles. Uno de los errores durante el ensayo dinámico (medición continua de fuerza y longitud del muelle) es el fallo de sincronización: La señal de fuerza, condicionada por el procesamiento de la señal analógica, tiene un tiempo de propagación más largo que la señal digital de recorrido. Esto provoca un offset de recorrido de la curva, a saber, una histéresis entre la curva de carga y de descarga que depende de la velocidad del ensayo. Sin embargo, es necesaria la sincronización temporal exacta de los canales de medición.

Los errores de medición de recorrido se producen, por ejemplo, debido a que los ejes de los muelles y del sistema de medición de recorrido no se encuentran alineados o bien a que el bastidor de carga sufre una deformación elástica. Lo cierto es que cualquier aplicación excéntrica de fuerza comporta momentos de flexión, vuelco y giro y, con ello, la alteración de los resultados de medición de recorrido. Esto también sucede con la deformación elástica de la célula de carga con bandas extensométricas, diseñada para fuerzas axiales. Las fuerzas de aplicación horizontal inducen, además, momentos de flexión adicionales y un momento de giro alrededor del eje central. Es cierto que el valor de fuerza axial se mide con las células de carga adecuadas dentro de los límites de error permitidos, sin embargo, la placa de compresión montada en la célula de carga se inclina de la línea horizontal, lo que puede provocar errores de medición a largo plazo. A estos se añaden los posibles errores de forma y posición como la falta de paralelismo o las irregularidades de los platos de compresión (entre los cuales está colocado el muelle para la medición), los errores de ángulo y de alineación, la holgura de las guías, así como los errores de paso del husillo. También la intervención del usuario en los resultados de medición debe reducirse al máximo. Por este motivo, deberá prescindirse de los ajustes manuales siempre que sea posible.

El software de ensayos TestXpert III ofrece programas especiales para el ensayo de muelles.

La compañía Zwick Roell, especialista en la fabricación de máquinas de ensayos estáticas, ofrece una solución para ensayos cuasiestáticos en muelles helicoidales de compresión de precisión. Para la serie ZwickiLine se desarrolló un dispositivo de ensayo para muelles con tolerancias muy reducidas, utilizados en componentes mecatrónicos y funcionales del sector de la automoción.

Para el ensayo de muelles de compresión, Zwick Roell ofrece un dispositivo que funciona perfectamente con la serie ZwickiLine. Dicho dispositivo tiene una elevada rigidez vertical y lateral y está equipado con una célula de carga de precisión, además de un seguro de sobrecarga. Las guías de precisión solo permiten realizar movimientos verticales de los platos de compresión, y la célula de carga, de elevada rigidez y sensible a las fuerzas transversales, contribuye a reducir al mínimo los errores de medición por elasticidad bajo carga o fuerzas excéntricas.

El dispositivo de ensayo ha sido diseñado para la medición indirecta de la longitud. Gracias a la compensación de la propia deformación axial (curva de corrección), con una medición indirecta se alcanzará una precisión muy elevada. También se prevé el uso de barras protectoras antidobladuras que se pueden adaptar a las geometrías de los muelles.

La serie ZwickiLine está disponible con tres equipamientos distintos: Los rangos de fuerza van de 500 N hasta 5 kN, pasando por los 2,5 kN. Se puede instalar una célula de carga con una Fmáx. más baja si se desea. Los valores de medición se van registrando continuamente (500 juegos de datos sincronizados por segundo). La deformación se compensa a través de la curva de correcciones individual guardada. Una protección de sobrecarga mecánica evita daños y defectos de la célula de carga. La resolución de la señal de recorrido es de 0,2 μm.

Las ventajas destacables para el usuario de la máquina de ensayos son el registro de curvas características y la evaluación automática de los valores medidos con TestXpert III. Aquí también se archivan los programas de ensayos predefinidos. El software de ensayos TestXpert III está diseñado para llevar a cabo ensayos en serie con rapidez y sin demasiada preparación. Los parámetros de control y evaluación necesarios simplemente se introducen diálogos de registro –prácticamente no se requieren otros pasos hasta el ensayo. Gracias a la construcción modular de TestXpert III, se pueden elaborar programas de ensayos especiales asequibles, cortados totalmente a medida del cliente.