UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA E
INDUSTRIAS
CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
ANÁLISIS PARA LA RECUPERACIÓN DE CIGUEÑALES DE
EQUIPO PESADO
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO
DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
DANIEL IVÁN PEDRAZA ROBALINO
DIRECTOR: ING. CARLOS ROSALES
FORMULARIO DE REGISTRO BIBLIOGRÁFICO PROYECTO DE TITULACIÓN
DATOS DE CONTACTO
CÉDULA DE IDENTIDAD: 1723081459
APELLIDO Y NOMBRES: Pedraza Robalino Daniel Iván DIRECCIÓN: Av. Teniente Hugo Ortiz y Ajaví
EMAIL: danielpedraza2009@hotmail.com
TELÉFONO FIJO: 2961675
TELÉFONO MOVIL: 0979266224
DATOS DE LA OBRA
TITULO: Análisis para la recuperación de cigüeñales de equipo pesado
AUTOR O AUTORES: Daniel Iván Pedraza Robalino FECHA DE ENTREGA DEL PROYECTO
DE TITULACIÓN:
27 Marzo del 2017
DIRECTOR DEL PROYECTO DE TITULACIÓN:
Ing. Carlos Rosales
PROGRAMA PREGRADO POSGRADO TITULO POR EL QUE OPTA: Ingeniero Automotriz
RESUMEN: Mínimo 250 palabras La intención principal del presente trabajo de investigación fue el análisis para la recuperación de cigüeñales en equipo pesado, el mismo que tiene como finalidad abaratar costos y disminuir el tiempo que se detiene la maquinaria. El punto más relevante fue la información acerca de los diferentes procesos que se pueden aplicar a un cigüeñal fisurado. Entre los diferentes procesos tenemos el metalizado por flama, el metalizado por detonación es uno de los procesos más costosos que existen en la actualidad, el metalizado por HVOF es el proceso más solicitado por su velocidad y acabados en la pieza, el metalizado por arc spray en cambio es el método más aceptado por el usuario al ser uno de los procesos más eficaces al momento de recuperar una pieza desgastada y el metalizado por plasma uno de los procesos con menor grado de confianza entre los usuarios. Prosiguiendo con lo establecido se desarrolló la metodología, la cual describe el paso a paso del procedimiento establecido en los objetivos y los recursos que fueron utilizados en la investigación. Continuando con los resultados y discusiones que se llevó a cabo en la presente investigación, realizando primero la evaluación al cigüeñal fisurado mediante métodos como tintas penetrantes, partículas magnéticas para ubicar fisuras
difíciles de detectar al ojo humano, una vez detectadas las fisuras y sus dimensiones se procedió al desbaste de material según lo recomendado por los técnicos de la metalizadora, que fue de 1 a 1.5 mm de espesor, una vez realizado este proceso se llevó al metalizado y de vuelta a la rectificadora para desbastar el material que sobra para dejarlo en la medida que recomienda el fabricante. Como último paso se llegó a las conclusiones que ha dejado el presente trabajo de investigación en el análisis de recuperación de cigüeñales en equipo pesado y las respectivas recomendaciones concebidas por el escritor a cargo de la investigación para posibles mejoras en un futuro inmediato.
PALABRAS CLAVES: Metalizado, cigüeñal, desbaste ABSTRACT: The main intention of this research work was
the grinding machine for grinding material that surplus to leave it to the extent that the manufacturer recommends. As a last step was reached the conclusions that has left the present research work on the analysis of recovery of crankshafts in heavy equipment and respective recommendations, all of them conceived by the writer in charge of the investigation for possible improvements in the immediate future
KEYWORDS Metalized, crankshaft, material thínning
Se autoriza la publicación de este Proyecto de Titulación en el Repositorio Digital de la Institución.
DECLARACIÓN Y AUTORIZACIÓN
Yo, PEDRAZA ROBALINO DANIEL IVÁN, Cl 1723081459 autor del proyecto titulado: Análisis para la recuperación de cigüeñales de equipo pesado,
previo a la obtención del título de INGENIERO AUTOMOTRIZ en la Universidad Tecnológica Equinoccial.
1. Declaro tener pleno conocimiento de la obligación que tienen las Instituciones de Educación Superior, de conformidad con el Artículo 144 de la Ley Orgánica de Educación Superior, de entregar a la SENESCYT en formato digital una copia del referido trabajo de graduación para que sea integrado al Sistema Nacional de información de la Educación Superior del Ecuador para su difusión pública respetando los derechos de autor.
2. Autorizo a la BIBLIOTECA de la Universidad Tecnológica Equinoccial a tener una copia del referido trabajo de graduación con el propósito de generar un Repositorio que democratice la información, respetando las políticas de propiedad intelectual vigentes.
Quito, 27 de marzo del 2017
DECLARACIÓN
Yo DANIEL IVÁN PEDRAZA ROBAL1NO. declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título "Análisis para la recuperación de cigüeñales de equipo pesado", que, para aspirar al título de INGENIERO AUTOMOTRIZ fue desarrollado por DANIEL 1VÁN PEDRAZA ROBALINO, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería e Industrias; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 19, 27 y 28.
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Ing. Carlos Rosales.
DIRECTOR D E L T R A B A J O
AGRADECIMIENTO
Gracias a Dios por haberme dado la dicha de la vida, por estar siempre presente en todos los momentos que he vivido y por la seguridad de saber que siempre seré escuchado y bendecido con todo su amor.
A mis padres Gloria Robalino y Patricio Pedraza porque durante mis estudios, y mas aun, durante toda mi vida me han demostrado en todo sentido su apoyo incondicional, su confianza y su amor que me hacen sentir muy orgulloso y agradecido de que sean mis padres.
DEDICATORIA
Con todo mi cariño dedico este proyecto:
A Dios por darme la vida, la fortaleza para saber sobrellevar los
problemas que se han presentado en el trajinar de la vida y por guiar mi camino.
A MIS PADRES, Gloria Robalino y Patricio Pedraza, y a mis hermanos Patricia y Diego Pedraza, por el apoyo total e incondicional que me han brindado a pesar de las dificultades que se han presentado.
A toda MI FAMILIA por el apoyo moral que me han brindado en mi carrera estudiantil.
i
ÍNDICE DE CONTENIDOS
PÁGINA
RESUMEN 1
ABSTRACT 2
1. INTRODUCCIÓN 3
2. METODOLOGÍA 17
3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 19
3.1. IDENTIFICACIÓN DE PROCESOS DEL METALIZADO 19
3.1.1. SELECCIÓN DEL PROCESO ADECUADO 20
3.1.2. CIGÜEÑAL PARA EL PROCESO ARC SPRAY 21
3.2. VERIFICACIÓN DE MEDIDAS DE LOS MUÑONES 22 3.2.1. PARAMETROS ADECUADOS DE LOS MUÑONES 22
3.3. PROCESO DE METALIZADO ARC SPRAY 24 3.3.1. INSPECCIÓN DE PANDEO Y EXCENTRICIDAD 24
3.3.2. DESBASTE DE MATERIAL EN LA RECTIFICADORA 26
3.3.3. mETALIZACIÓN POR ARC SPRAY 28
3.3.4. DESBASTE DE MATERIAL EXCEDIDO 32
3.4. PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS 34 3.4.1. TINTAS PENETRANTES 34
3.4.2. PRUEBAS DE RESISTENCIA 35
4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 45
4.1. CONCLUSIONES 45
4.2. RECOMENDACIONES 46
5. BIBLIOGRAFÍA 47
ii
ÍNDICE DE TABLAS
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Tabla 1. Ponderación de los procesos de metalizado 19
Tabla 2. Rangos de valoración 19
Tabla 3. Componentes del cigüeñal 21
Tabla 4. Diámetros del muñón de biela original 22
Tabla 5. Diámetros del muñón de bancada 23
Tabla 6. Tolerancias del muñón de biela 23
Tabla 7. Características del material de aporte utilizado 30
Tabla 8. Características del material de aporte PMET 885 31
Tabla 9. Características del material de aporte PMET 720 31
Tabla 10. Características del material de aporte PMET 296 31
Tabla 11. Comparación de los diferentes tipos de material de aporte 32
Tabla 12. Diámetros del muñón de bancada 36
Tabla 13. Dureza del cigüeñal desbastado 38
Tabla 14. Dureza despues del metalizado 38
iii
ÍNDICE DE FIGURAS
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Figura 1. Composición estructural del metalizado. 5
Figura 2. Splat. 5
Figura 3. Porosidades en sustrato. 6
Figura 4. Esfuerzo de Torsión 6
Figura 5. Esfuerzo de flexión 7
Figura 6. Fuerza centrifuga 7
Figura 7. Distancia de aplicación 8
Figura 8. Concentración de tinta sobre el eje 8
Figura 9. Partículas Magnéticas 9
Figura 10. Proceso de metalizado 9
Figura 11. Proceso de metalizado con alambre 10
Figura 12. Proceso metalizado por arco spray 11
Figura 13. Fundición mediante dos alambres 11
Figura 14. Equipo de metalizado arco spray 12
Figura 15. Metalizado por flama mediante alambre 12
Figura 16. Metalizado por flama mediante polvo 13
Figura 17. Equipo de metalizado por plasma 13
Figura 18. Rociado por detonación 14
Figura 19. Rociado por HVOF 15
Figura 20. Recubrimiento con epóxido 16
Figura 21. Recubrimiento mediante masilla polimérica 16
Figura 22. Cigüeñal adquirido para las pruebas 21
Figura 23. Dimensiones del cigüeñal 22
Figura 24. Pandeo del cigüeñal en el primer muñon de biela 24
Figura 25. Pandeo del cigüeñal en el sexto muñon de biela 25
Figura 26. Excentricidad del cigüeñal 25
Figura 27. Primer desbaste 26
Figura 28. Verificación con micrómetro 26
Figura 29. Segundo desbaste 27
Figura 30. Segunda inspección 27
Figura 31. Tercer desbaste 28
Figura 32. Limpieza muñón 28
Figura 33. Segunda inspección 29
Figura 34. Preparación para el metalizado 29
Figura 35. Metalizado por el proceso Arc Spray 29
Figura 36. Finalización del metalizado por Arc Spray 30
iv Figura 38. Comprobación de excentricidad en el muñon metalizado 33
Figura 39. Escoria del metalizado 33
Figura 40. Desbaste del muñon metalizado 34
Figura 41. Aplicación de la tinta penetrante 34
Figura 42. Inspección visual antes del rectificado 35
Figura 43. Inspeccion visual después del rectificado 35
Figura 44. Puntos de medición de la dureza en el muñon afectado 37
Figura 45. Medición de dureza en el muñon afectado 37
Figura 46. Dureza del muñon afectado 38
Figura 47. Verificación de la dureza 39
Figura 48. Dureza despues del metalizado 39
Figura 49. Equipos de metalografia 39
Figura 50. Pulido de la muestra 40
Figura 51. Muestra pulida 41
Figura 52. Alúmina 42
Figura 53. Fisura 42
Figura 54. Martensita del Arc Spray 42
v
ÍNDICE DE ANEXOS
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ANEXO 1. Thermal Spraying. 51
ANEXO 2. Masilla para relleno en metales. 69
ANEXO 3. Catalogo Cummins. 73
1
RESUMEN
La intención principal del presente trabajo de investigación fue el análisis para la recuperación de cigüeñales en equipo pesado, el mismo que tuvo como finalidad abaratar costos y disminuir el tiempo que se detuvo la maquinaria. El punto más relevante fue la información acerca de los diferentes procesos que se aplicaron al cigüeñal fisurado. Entre los diferentes procesos tuvimos el metalizado por flama, el metalizado por detonación es uno de los procesos más costosos que existen en la actualidad, el metalizado por HVOF fue el proceso más solicitado por su velocidad y acabados en la pieza, el metalizado por arc spray en cambio fue el método más aceptado por el usuario al ser uno de los procesos más eficaces al momento de recuperar una pieza desgastada y el metalizado por plasma uno de los procesos con menor grado de confianza entre los usuarios. Prosiguiendo con lo establecido se desarrolló la metodología, la cual describió el paso a paso del procedimiento establecido en los objetivos y los recursos que fueron utilizados en la investigación. Continuando con los resultados y discusiones que se llevó a cabo en la presente investigación, realizando primero la evaluación al cigüeñal fisurado mediante métodos como tintas penetrantes, partículas magnéticas para ubicar fisuras difíciles de detectar al ojo humano, una vez detectadas las fisuras y sus dimensiones se procedió al desbaste de material según lo recomendado por los técnicos de la metalizadora, que fue de 1 a 1.5 mm de espesor, una vez realizado este proceso se llevó al metalizado y de vuelta a la rectificadora para desbastar el material que sobro para dejarlo en la medida que recomienda el fabricante. Como últimos pasos se llegó a las conclusiones que ha dejado el presente trabajo de investigación en el análisis de recuperación de cigüeñales en equipo pesado y las respectivas recomendaciones concebidas por el estudiante a cargo de la investigación para posibles mejoras en un futuro inmediato.
2
ABSTRACT
The main intention of this research work was the analysis for the recovery of crankshafts in heavy equipment, which is intended to lower costs and decrease the time that stops the machinery. The most important point was the information about the different processes that can be applied to a cracked crankshaft. Between different processes we have the metalized flame, the metalized by detonation is one of the more expensive processes that currently exist, the metalized by HVOF is the process most requested by its speed and finishes in the piece, the metalized spray arc instead is the method most accepted by the user to be one of the most effective at the time of restore a worn piece and the metalized plasma one of the processes with lower degree of confidence among users. Continuing with the established developed methodology, which describes step by step the procedure established in the objectives and the resources that were used in the research. Continuing with the results and discussions that took place in the present investigation, first performing the evaluation to the crankshaft cracked through methods such as die penetrant, magnetic particles to locate hard-to-detect to the human eye, fissure once detected fissures and its dimensions were rough material as recommended by the technicians of the metallizer that was 1 to 1.5 mm thick, once this process was to the metalized and back to the grinding machine for grinding material that surplus to leave it to the extent that the manufacturer recommends. As a last step was reached the conclusions that has left the present research work on the analysis of recovery of crankshafts in heavy equipment and respective recommendations, all of them conceived by the writer in charge of the investigation for possible improvements in the immediate future.
3
1. INTRODUCCIÓN
El presente trabajo de titulación muestra una visión general del desarrollo de los diferentes procesos que conlleva la recuperación de un cigüeñal de maquinaria pesada, demostrar que la recuperación de un cigüeñal si es factible y los mayores beneficiarios son la maquinaria pesada, la evolución de cada proceso para el desarrollo de la industria automotriz es beneficioso tanto para los clientes como para su maquinaria de trabajo, esto se ve reflejado en la parte económica y en los tiempos que deben parar las maquinarias. Históricamente en el Ecuador no se ha realizado un análisis científico a este tipo de cigüeñales como son los de equipos pesados por su gran tamaño y la tecnología que conlleva realizar dichos procesos. Económicamente un proceso de recuperación de cigüeñales en el área de equipo pesado no se necesita de una cantidad elevada de dinero ya que el primer paso que necesariamente se lo debe realizar es la comprobación del cigüeñal para proceder a la recuperación pertinente. Tecnológicamente la recuperación de cigüeñales abre un sin número de posibilidades que ingresen nuevas tecnologías al país como maquinarias y materiales que se van a emplear durante el proceso de recuperación. Actualmente existe una empresa en la ciudad de Quito que se dedica a la recuperación de cigüeñales, la empresa realiza dicha operación durante seis años, la cual ha sabido ganarse el prestigio del mercado por sus trabajos de calidad, en el país existe la necesidad de tener información y de realizar investigaciones sobre los diferentes procesos que conlleva recuperar un cigüeñal en mal estado, para así favorecer a las industrias que utilizan maquinaria pesada y que el tiempo es uno de sus peores enemigos al momento de realizar una reparación como es el caso del cigüeñal, esta investigación aclarará un sin número de dudas que existe dentro del ámbito automotriz acerca de maquinaria pesada y sus diferentes procesos para recuperar un cigüeñal y los beneficios que traen al país por las nuevas tecnologías que se emplean.
Para el efecto es necesario plantear el siguiente objetivo general; analizar la recuperación de cigüeñales en maquinaria pesada; a continuación, los objetivos específicos.
Analizar los diferentes procesos de recuperación de cigüeñales.
Definir los parámetros máximos y mínimos para la recuperación de cigüeñales en equipo pesado.
Determinar el proceso y materiales adecuados para la recuperación de cigüeñales en equipo pesado.
Analizar las ventajas y desventajas que conlleva la recuperación de cigüeñales en equipo pesado.
4 equipos, en este caso se centrará en una parte de cigüeñales de equipo caminero como son las retroexcavadoras, tractores, volqueta, por motivo que soporta grandes esfuerzos, así como también la elevada temperatura en su interior, la cual es parte principal para el movimiento de la maquinaria. La búsqueda de nuevos procesos para la recuperación de cigüeñales y la importancia que se deben dar a los posibles métodos de recuperación. El motor diésel fue inventado y patentado por Rudolf Diésel en 1892, la diferencia que existe entre el motor Otto y Diésel es el encendido que tienen estos dos diferentes motores. El motor de combustión interna diésel es una maquina idónea de transformación de energía capaz de transformar la energía térmica que es proporcionada por un combustible fósil en energía mecánica, el cual provoca el movimiento de un mecanismo que se aprovechará como fuente de energía. El encendido del motor diésel se logra por elevadas temperaturas que puede llegar a alcanzar, esta temperatura se observa en el segundo tiempo que es el de compresión. (Calleja, 2011).
El metalizado es un proceso que ayuda a recuperar partes metálicas que están sometidas a desgaste por fricción a altas temperaturas, este proceso viene desarrollándose a partir de 1910, hasta estos días con una sola diferencia el proceso que se lleva acabo es automatizado mediante maquinarias especializadas para dicho proceso, la reducción de costos y la temperatura alcanzada es menor a la establecida. La unión que se forma entre el material base y el material de aporte es la unión de partícula – partícula, la variación de tecnología en el campo de metalizado no ponen en riesgo sus propiedades como es el caso de la porosidad, las grietas que pueden presentar en escalas tanto macro como microscópicas, esta característica influye de gran medida en la durabilidad y calidad de la capa metalizada. (J.R Davis & Associates, 2004).
Los diferentes materiales de aporte se presentan en polvo, alambre o barras que son proporcionados a la maquinaria de metalizado que mediante una energía que es concebida por un arco eléctrico, gases de combustión o plasma, esta energía llega a calentarlos hasta que alcances su estado de fusión, los rangos de cada proceso varían dependiendo del metalizado que se desee realizar como es el caso de la velocidad, la temperatura y la entalpía, las características que se obtiene una vez realizado el proceso de metalizado son importantes a la hora de realizar el análisis como son: la dureza, adherencia y porosidad.
Al generar las partículas fundidas entre los diferentes procesos de metalizado, el impacto y la deformación de la partícula con el material base será la misma para todos los procesos, en el tamaño de la partícula, temperatura y velocidad son las diferencias físicas que existen entre los diferentes procesos, la composición estructural del metalizado se basa en tres etapas, como se muestra en la figura1.
5 aporte, las posibles fallas que se puede observar en la prueba de microestructura que se lo realiza una vez terminado el proceso de metalizar.
Figura 1. Composición estructural del metalizado. (Thermal Spray Coating: Gordon England, 2003).
En el momento que una partícula choca con el material base se produce un efecto denominado splat que consiste en el impacto de esta partícula en forma esférica y al momento del impacto se aplana en forma de discos para llenar los espacios vacíos de la zona afectada y en su mayoría existen espacios entre splat que provoca una mínima oxidación interna del material en algunos casos cuando la gota de material de aporte no se expande al momento del impacto, como se muestra en la figura 2, por tal motivo se recomienda limpiar la superficie antes de cualquier tratamiento térmico, calibrar la maquinaria a utilizar, verificar el rociado de la pistola. (J.R Davis & Associates, 2004). Otra causa que provoca el metalizado en los diferentes procesos es la porosidad una característica que no es deseable en la estructura, la adhesión se ve afectada entre el sustrato y el material de aporte, la existencia elevada de porosidad afecta de manera que hay presencia de óxido y un alto parámetro de desgaste, la causa más frecuente de la porosidad son las partículas sin fundir que impactan contra el material fundido y quedan solidificadas produciendo porosidades que afectan de gran medida a la pieza rellenada.
Figura 2. Splat. (J.R Davis & Associates, 2004)
6 derretimiento de las gotas rociadas y el ángulo de impacto, como se muestra en la figura 3. (J.R Davis & Associates, 2004).
Figura 3. Porosidades en sustrato. (J.R Davis & Associates, 2004)
En los diferentes procesos de metalización existen propiedades que se deben tomar muy en cuenta siempre y cuando se identifica a que trabajo va ser sometido.
Las propiedades son las propiedades térmicas, dureza, la resistencia a la corrosión, oxidación, adherencia con el material base y maquinabilidad. Las fuerzas que soporta el cigüeñal, un estudio del cigüeñal se pudo entender varias fuerzas que soporta un cigüeñal en el momento de realizar un trabajo o esfuerzo, un claro ejemplo son los esfuerzos de Torsión, flexión como también soporta fuerzas de inercia, centrifuga.
Esfuerzos de torsión son acciones de fuerzas que someten al cigüeñal y tratan de girarlo en un sentido, en cambio por los cojinetes tanto de biela como de bancada tratan de frenarlo para que deje de giran en un solo sentido.
Una clara visión del esfuerzo de torsión se da en los cuatro tiempos de un motor a gasolina o diésel, en el tiempo de expansión y compresión, como se observa en la figura 4.
Figura 4. Esfuerzo de Torsión (Gutiérrez, 2006)
7 al cigüeñal sino contara con las propiedades de cada uno de los materiales que lo constituyen.
En la fase de expansión es donde se demuestra este esfuerzo el cual actúa sobre las muñequillas las cuales están sujetas a los apoyos de bancada, como se observa en la figura 5.
Figura 5. Esfuerzo de flexión (Guitian, 2004).
Las fuerzas de inercia son fuerzas provocadas por el movimiento alternativo del pistón, el cual permite el movimiento o reposo del cigüeñal, la fuerza de inercia se divide en dos tipos: de primer orden que consiste cuando el pistón cambia de velocidad esto se observó cuando pasa por el PMS y el punto muerto inferior (PMI), y de segundo orden: cuando el pistón experimenta una aceleración, un claro ejemplo es en el momento de apagar un vehículo, el cigüeñal no se detiene instantáneamente sino en cambio se va deteniendo paulatinamente, esto se debe a los contrapesos que existen en el cigüeñal, un elemento importante para la conservación del movimiento del cigüeñal es el volante de inercia. (Martínez, 2000).
Las fuerzas centrífugas en el movimiento de un cigüeñal en su propio eje existen fuerzas imaginarias que se denominaran fuerza centrífuga la cual quiere salir para sus extremos o hacia el exterior queriendo huir del centro, mediante estas fuerzas ayudan a mantener el giro del cigüeñal debido al movimiento de las masas rotatorias como son los contrapesos y el volante de inercia, como se observa en la figura 6. (Martínez, 2000).
Figura 6. Fuerza centrifuga
8 La comprobación del cigüeñal se lo realiza mediante dos procesos que ayuda a identificar las fisuras que existen en un cigüeñal antes de proceder a recuperarlo, uno de los procesos que se utilizan es el de tintas penetrantes, el cual revela fallas o fisuras en la superficie mediante un tinte visible al ojo humano. La manera en que realiza su trabajo la tinta penetrante es introducirse en las fisuras que existen en la superficie mediante la capilaridad del material, durante un lapso de tiempo la tinta llega a penetrar en las fisuras el cual se llama tiempo de penetración, el exceso de tinta es removido mediante un paño el cual deja a simple vista las fisuras o discontinuidades superficiales que existen en el cigüeñal o pieza a tratar.
En la aplicación de tintas penetrantes existen dos aplicaciones, el primer método del líquido penetrante es que sea visible a simple vista o a su vez que se vea mediante una luz fluorescente, el segundo método se aplica tinte penetrante que es visible a simple vista o al ojo humano, en cambio para remover el exceso de tinta se lo puede dividir en tres técnicas que se lo puede aplicar dependiendo de la tinta penetrante que utilice, la primera técnica para remover la tinta penetrante es con agua, la segunda técnica es la aplicación de solventes especializados para la remoción del tinte, la tercera técnica es la de líquidos postemulsificables, como se observa en la figura 7 y 8.
Figura 7. Distancia de aplicación (END Ensayos no destructivos, 2000).
9 El segundo proceso que puede aplicarse al cigüeñal o a diferentes piezas es mediante partículas magnéticas el cual es un ensayo no destructivo, con la finalidad de identificar fisuras en la pieza a tratarse, la manera de utilización de dicho proceso es someter la pieza a flujo energético por el cual la pieza se magnetiza ocasionando un flujo en toda la pieza por este motivo donde existen fisuras de cualquier dimensión al momento de rociar partículas magnéticas o limalla este se acumulara en la zona con fisura y será fácilmente apreciable al ojo humano, como se muestra en la figura 9.
Figura 9. Partículas Magnéticas (END Ensayos no destructivos, 2000).
Para proceder a recuperar un cigüeñal se debe observar con delicadeza cada una de las partes que lo conforman, una de las partes con mayor importancia son los apoyos de bancada y biela en los cuales se va recuperar, siempre y cuando se realicen una comparación de las muñequillas y apoyos, como también el equilibrado del cigüeñal para tener un grado de certeza, mediante los diferentes procesos que se los mencionara más adelante.
Proceso de metalización que apareció en el año de 1920, el cual se desarrolló una pistola portátil de metalizado, un desarrollo notable en este proceso sucedió entre los años 1930 – 1950. Este proceso metalúrgico se utiliza para recuperación de piezas expuestas a desgate por fricción, abrasión, corrosión, cavitación y altas temperaturas, como se observa en la figura 10. (Izquierdo, 2002)
Figura 10. Proceso de metalizado (Izquierdo, 2002).
10 metalizado se utiliza una pistola especial y el material de aporte se llevará al estado de fundición por una llama de gas oxiacetilénico, luego se procede atomizarlo por un chorro de aire comprimido, como se observa en la figura 11. (J.R Davis & Associates, 2004).
Figura 11. Proceso de metalizado con alambre (AWS Committee on Thermal Spraying, 1997).
Los procesos de metalizado en la industria de la metalúrgica son utilizados para salvar piezas mal maquinadas, repara partes desgastadas o adicionar propiedades especiales a la superficie a tratarse, otras opciones que ayudan a conservar piezas con este proceso es el mejorar la resistencia al desgaste, tener una mayor resistencia a la corrosión o al calor, mejorar el acabado de las superficies.
Para la preparación del material se deben seguir rigurosos procedimientos, deben de estar completamente limpias sin ningún agente contaminante que pueda producir alteraciones durante el proceso, otra etapa del proceso que es primordial es el desbastado o limado, estos pasos tienen una gran importancia ya que permiten una buena adhesión mecánica entre la pieza y el recubrimiento que se lo va a llevar a cabo.
La socavación es con frecuencia necesaria en los ejes y superficies similares para permitir un acabado grueso uniforme sobre la parte finalizada. La profundidad de la socavación depende del diámetro del eje y de los servicios requeridos. Si la superficie socavada se oxida o contamina, la misma deberá ser limpiada antes del desbastado y pulverizado. (El proceso de metalizado: Sapiensman, 2003).
Para el paso final del proceso de metalizado es el desbaste de la superficie de la pieza para alcanzar las medidas deseadas por el cliente y antes de llegar al pulverizado del mismo.
Las aplicaciones más frecuentes son: Recubrimientos anticorrosivos (zinc, aluminio, aceros inoxidables), reparación de ejes (aceros) y bancadas (babbit), aplicaciones anti-fricción (bronces, molibdeno), conductividad eléctrica (zinc, zinc-estaño, cobre). (Granda, 2002).
11 arrastran con aire a alta velocidad para chocar contra la superficie de trabajo. (Poveda, 2001).
Para seguir los diferentes procesos de metalización se debe tener en cuenta varios factores y superficies que se van a tratar, el trabajo que se requiera para recuperar las diferentes piezas desgastadas, a continuación, se tiene varios parámetros que se deben tomar muy en cuenta antes de proceder a metalizar una pieza como son: el costo del proceso, las longitudes de la pieza a tratar, el material que se va a utilizar en el momento de aplicar dicho proceso. Metalizado por Arc Spray es un proceso que usa un arco eléctrico de corriente directa, el cual se produce por la unión de dos alambres que llevan la carga de positivo un alambre y de negativo el otro, al momento de la unión de estos dos alambres se produce una fusión directa, como se observa en la figura 12.
Figura 12. Proceso metalizado por arco spray (Granda, 2002).
Debido a la unión de los alambres y que su fundición es directa e instantánea, la eficiencia térmica en este proceso es más alta que en cualquier otro proceso. Un flujo de aire que sale a presión se encuentra ubicada justo atrás de la intersección de los dos alambres y de esta forma lanza la fundición hacia la pieza desgastada, como se observa en la figura 13. (J.R Davis & Associates, 2004).
Figura 13. Fundición mediante dos alambres (Granda, 2002).
Los flujos de aire que sales atravesó de conductos a altas velocidades son aproximados de entre 0.8 a 1.8 𝑚
3
𝑚𝑖𝑛. El aire atomizado es usado para acelerar
la salida de las partículas hacia la superficie a tratarse.
12 sensible retenido por las partículas individuales de la fundición, los tamaños de las partículas aumentan conforme incrementa la corriente eléctrica.
Las dimensiones de las partículas del material fundido se encuentran desde su microscópico hasta alrededor de 200 micrómetros, las partículas tienen una forma esférica al momento de impregnarse al material, esto dependerá de los parámetros que se necesita al realizar los respectivos estudios de la pieza desgastada, como se observa en la figura 14. (AWS Committee on Thermal Spraying, 1997)
Figura 14. Equipo de metalizado arco spray (Granda, 2002).
Proceso de metalizado por flama es un proceso muy común y uno de los primeros en desarrollarse, este proceso apareció en los años de 1910. El metalizado por flama se caracteriza por la energía química que emplea, el producto a utilizarse es el acetileno en combinación del oxígeno para la generación de altas temperaturas para su combustión y así fundir el material de aporte con el material base, como se observa en la figura 15. (AWS Committee on Thermal Spraying, 1997).
Figura 15. Metalizado por flama mediante alambre (Metalizado: Mec Mex, Inc., 2004)
En la actualidad existen varias técnicas que tienen el mismo principio de funcionamiento para la generación de calor:
• Metalizado por combustión a alta velocidad (High Velocity Oxy Fuel)
• Metalizado por flama con alambre.
13
• Metalizado por flama con pistola de detonación.
Para obtener el material pulverizado con el cual se va a recubrir la pieza desgastada, se introduce en una llama de oxy corte y por la acción del gas comprimido sale la fundición a altas velocidades para impregnarse en el material base. En la figura 16 se presenta un metalizado por flama mediante polvo.
.
Figura 16. Metalizado por flama mediante polvo (Metalizado: Mec Mex, Inc., 2004).
El proceso de metalizado por plasma consiste normalmente de átomos neutros, iones positivos y electrones libres. El plasma es producido por transferir energía dentro de un gas hasta que el nivel de energía es suficiente para ionizar el gas, permitiendo a los electrones y a los iones actuar independientemente uno del otro. El estado del plasma se logra cuando, bajo un campo eléctrico, las corrientes pueden ser sostenidas conforme los electrones libres se mueven a través del gas ionizado. En la figura 17 se observa los componentes del metalizado por plasma. (AWS Committee on Thermal Spraying, 1997).
Figura 17. Equipo de metalizado por plasma (Granda, 2002).
14 por la mezcla que ocurre en la cámara, esta mezcla está constituida por oxígeno, acetileno y el material en polvo con el cual se va a llevar acabo el relleno de la pieza. Por el motivo que las detonaciones ocurren constantemente la velocidad con el que es recubierto la pieza sale a altas velocidades esto produce que el recubrimiento sea muy denso y con alta dureza. (AWS Committee on Thermal Spraying, 1997).
Una de las características de este proceso es el excesivo ruido que emana, los niveles que alcanza este proceso son de 140 decibeles y se lo debe realizar en habitaciones correctamente adecuadas. Los resultados de este proceso son de alta calidad y con un costo muy elevado. En la figura 18 se observa el rociado por detonación. (AWS Committee on Thermal Spraying, 1997).
Figura 18. Rociado por detonación (Metallizing for performance: IRS. Inc, 1992).
El proceso de rociado por combustible de oxígeno a altas velocidades es un nuevo proceso de termo rociado, el cual consta de oxígeno y un gas combustible a presiones elevadas, uno de los gases que se utilizan para este proceso son propano, propileno e hidrogeno.
La mezcla de gases es acelerada a velocidades supersónicas y el material de alimentación en forma de polvo es inyectado dentro de la llama. El proceso minimiza la entrada térmica y maximiza la energía cinética para producir recubrimientos que son realmente densos, con baja porosidad y alta fuerza de enlace. (AWS Committee on Thermal Spraying, 1997).
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Figura 19. Rociado por HVOF (Metallizing for performance: IRS. Inc, 1992).
El proceso de restauración mediante epóxidos para relleno son utilizados con mayor frecuencia en el área metalúrgica y para nuestro estudio se hace referencia al cigüeñal ya que sufre desgate porque se encuentra en constante fricción con las chaquetas tanto de biela como de bancada, los epóxidos reparan, reconstruyen y restauran partes que han sufrido algún tipo de desgaste, una vez empleado este proceso a la pieza se la puede perforar, roscar y hasta maquinar la pieza recuperada, una de las varias ventajas que presenta ese producto es que pueden unirse a varios materiales como son los metales, cerámicas, madera, vidrio y hasta en polímeros. (Loctite, 2003). El epóxido superior metal está constituido por partículas de ferro silicio que proporciona una alta resistencia a la compresión y a los productos químicos. Recomendado para reparar superficies degastadas.
Epóxido wear resistant putty constituido por fibras de cerámicas el cual proporciona unas excelentes características como la resistencia a la abrasión y al desgaste, recomendado para reparar zonas desgastadas. (Chesterton, 2002)
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Figura 20. Recubrimiento con epóxido (Granda, 2002).
Proceso cerámico mediante masilla polimérica reforzada con acero de silicio para la reparación, reconstrucción e ideal para reparación de roturas desgastes, es fácil de aplicar y no requiere de herramientas especiales. Se adhiere a casi cualquier superficie. Este producto es completamente maquinable y brinda una solución eficaz a una gran variedad de reparaciones de ingeniería general, como se observa en la figura 21.
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2. METODOLOGÍA
En el presente trabajo de titulación se realizó mediante una investigación de campo y bibliográfica como primer paso, la identificación de los diferentes procesos que se realizó en los cigüeñales cuyo problema son de desgaste en los muñones tanto de biela como de bancada en maquinaria pesada.
Para identificar cada uno de los procesos que se emplean para la recuperación de cigüeñales se debió realizar una investigación bibliográfica dentro y fuera del país para obtener una gran cantidad de argumentos y aprovechar todas las fuentes de investigación.
Para identificar cada uno de los procesos que se pueden llevar acabo, se realizó una investigación de campo, para el efecto se dirige a la rectificadora para reunir información acerca de los procesos de rellenado de cigüeñales, acerca de estos procesos mediante fuentes bibliográfica, una de las fuentes bibliográficas se obtiene información referente a maquinaria pesada y de esta forma se eligió un proceso idóneo. Para identificar cada uno de los procesos se recurrió a pruebas y ensayos que se realizaron tanto en la rectificadora como en la empresa especializada en metalización, lo cual se observó diferentes ejes de un automóvil que fueron sometidos al metalizado y observo cada uno de los procesos a los cuales fueron sometidos y mediante la información antes conseguida sobre cada uno de los procesos se pudo reconocerlos.
En la metalización el proceso más utilizado es el metalizado por arc spray el cual era uno de los procesos que se investigó y el que con mayor frecuencia se utilizaba para recuperar cigüeñales, al momento de realizar la investigación acerca de los procesos de recuperación de cigüeñales observe que existen varios procesos y su costo también varía dependiendo del proceso que se escoja, en la metalizadora se indicó cada uno de los procesos y los costos que implicaban recuperar un cigüeñal.
Uno de los puntos importantes que se deben tomar en cuenta en la rectificación fueron los limites o parámetros que deben de cumplir los cigüeñales al momento de ingresar a recuperación, para definir los parámetros de un cigüeñal se basaron en ensayos, manuales de fabricantes e investigaciones que se realizaban con mucha precaución. Se realiza ensayos no destructivos en la pieza los cuales ayudan a identificar las posibles fisuras que pueden existir en el cigüeñal, el ensayo no destructivo se debe regir a la norma ASTM E-165.
18 El material adecuado para la fundición o material de aporte son dos alambres que se lo debe escoger con mucho precaución siempre y cuando se conozca las propiedades del cigüeñal y cual material de aporte es compatible para el rellenado del cigüeñal, para esto se dirige a la hoja de información del cigüeñal o ficha técnica en donde se procederá a verificar de que material es fabricado, ya que existe una variedad de materiales que se puede aplicar al proceso de metalizado, como primer paso se debe conocer los materiales que están constituidos cada uno de los cigüeñales que se van a rellenar, según las pruebas realizadas con diferentes materiales se llegó a la conclusión que el material que se debe escoger debe ser resistente a varias propiedades como la corrosión, abrasión y la temperatura es muy importante al momento de aplicar el proceso de metalizado.
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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. IDENTIFICACIÓN DE PROCESOS DEL METALIZADO
Dentro de las diferentes investigaciones se encontró alrededor de unos cinco procesos de metalización, se pudieron identificar, los cuales sirven de gran ayuda al área automotriz en la reducción de costos al momento de remplazar piezas, el más utilizado es el metalizado por Arc spray que es el que tiene mayor aplicabilidad en el país, tabla 1, los demás procesos tienen un costo elevado, no existe el personal adecuado para la aplicación de estos procesos por ende la mayoría de proceso por metalizados no existen en el país.
Tabla 1.Ponderación de los procesos de metalizado Proceso por Flama Proceso por Detonación Proceso por HVOF Proceso por Arc Spray Proceso por Plasma Producto terminado
3 5 5 5 3
Precio por muñón
5 1 2 4 3
Prestación de servicio
1 1 1 5 3
Material de aporte
1 2 3 5 3
Maquinaria 1 1 2 4 3
Lugar de trabajo
1 1 1 4 1
Total 12 11 14 27 16
Los rangos de valoración para apreciar los diferentes procesos de metalizado y obtener un resultado acorde a nuestras exigencias, como se muestra en la tabla 2.
Tabla 2. Rangos de valoración
Malo 1
Regular 2
Promedio 3
Bueno 4
Excelente 5
20 cigüeñal en el país, una de las principales características es que no existe la prestación de servicio en el país, el material de aporte es muy escaso hasta el punto de no existir en el país, la maquinaria se demora en llegar al país entre 3 a 6 meses y eso representa un costo elevado al momento de introducir el proceso al país, para el lugar de trabajo se debe realizar varias adecuaciones como es el área que se destina para la maquinaria, la iluminación que debe cumplir al momento de rociar el material de aporte, la temperatura ambiente que debe cumplir para que el material de aporte no sufra alteraciones al momento de aplicar dicho proceso.
El proceso por detonación es uno de los procesos más costosos en el país que se aplica por su tecnología que conlleva realizar dicho proceso, el producto terminado es uno de los mejores trabajos realizados, el precio del producto terminado tiene un alto costo, por el momento la prestación de servicios en el país no se encuentra disponible por el elevado costo que conlleva realizar este producto, el material de aporte no existe en nuestro país por ende el proceso tampoco se realiza, la maquinaria se demora de 6 a 12 meses en llegar al país y su lugar de trabajo debe cumplir con adecuaciones específicas para este proceso, uno de las adecuaciones es el alto ruido que produce al momento de aplicar este proceso en el cigüeñal, debe ser una cabina que no permita atenuar las ondas sonoras producidas por el proceso de detonación.
El proceso HVOF tiene un excelente terminado en la pieza aplicada, el precio es costoso, la prestación de servicio que brinda no se encuentra en el país, el material de aporte no se encuentra vigente y su maquinaria si se desea implementar en el país se demora en llegar de 3 a 6 meses.
El proceso de Arc spray es uno de los procesos con un excelente terminado al momento de terminar dicho trabajo, su precio no es tan elevado comparado con otros procesos, la prestación de servicios si se encuentra en el país a una menor escala, el material de aporte existe en el país con una variedad de componentes alternativos dependiendo del material al cual se lo va aplicar, la maquinaria que se encuentra en el país es fácilmente transportable por sus dimensiones y no se demora en llegar como las demás maquinarias y sus lugares de aplicación pueden ser en ambientes abiertos sin muchas adecuaciones siempre y cuando el operario cumpla con las normas de seguridad.
El proceso por plasma es un proceso de buena calidad al momento de terminar su proceso, se encuentra entre los procesos con un costo elevado, la prestación de servicios actualmente en el país es muy escaso por no decir casi nula, el material de aporte existe en el medio, pero a una menor escala sin mucha demanda en el mercado, la maquinaria con la que se emplea dicho proceso se demora en llegar entre 2 a 3 meses dependiendo del país de origen y el país que solicite la maquinaria. El proceso se debe realizar en un ambiente cerrado con adecuaciones pertinentes, como por ejemplo muy buena ventilación ya que es un punto importante al momento de aplicar cada uno estos procesos ante mencionados.
3.1.1. SELECCIÓN DEL PROCESO ADECUADO
21 encuentra detenida la maquinaria, para aplicar dicho proceso es un lapso corto de tiempo comparado con remplazar el cigüeñal.
3.1.2. CIGÜEÑAL PARA EL PROCESO ARC SPRAY
Una vez elegido el proceso idóneo se procede a observar el cigüeñal que fue seleccionado para recuperar, figura 22, el cual sufrió un recalentamiento y un leve golpe de biela en el primer muñón, el cual serviría de mucha ayuda al momento de aplicar el proceso por Arc spray, el proceso elegido para recuperar el cigüeñal fue comparado con los demás procesos y por falta de existencia de las demás técnicas de metalizado y por sus elevados costos no se optó por otro proceso.
Figura 22. Cigüeñal adquirido para las pruebas
La composición química y sus porcentajes en el cigüeñal de prueba, se muestra en la tabla 3.
Tabla 3. Componentes del cigüeñal Fundición gris
Componentes Porcentaje
Carbono 0.63
Silicio 0.28 Manganeso 0.76
Cromo 0.12
Molibdeno 0.01
Níquel 0.02
Fósforo 0.007
Azufre 0.05
Cobre 0.01
Aluminio 0.06
Plomo 0.02
Titanio 0.004 Vanadio 0.001
Hierro 97.96
El carbono se encuentra presente en el cigüeñal por las siguientes
características tiene una alta dureza y un excelente resistencia al desgaste, el silicio proporciona dureza al material, el manganeso tiene propiedades
22 anticorrosivas y oxidación el cual evita el deterioro del cigüeñal por los factores antes mencionados, cromo es muy resístete a la corrosión, molibdeno aporta dureza y resistencia a la corrosión, níquel aporta dureza, ductilidad y maleabilidad a la pieza, el fósforo es un disipador de calor, azufre brinda propiedades como la fragilidad, ser blando al momento de moldear la pieza, cobre es resistente a la oxidación, corrosión y tiene una buena ductilidad, maleabilidad, aluminio tiene una dureza baja, es maleable y dúctil, plomo tiene una alta resistencia a la corrosión, titanio es muy resistente a la corrosión, vanadio es resistente a la oxidación, el hierro tiene una buena dureza, blando, maleable y dúctil en la aplicación de diferentes áreas de metalurgia.
3.2. VERIFICACIÓN DE MEDIDAS DE LOS MUÑONES
La verificación de medidas en cada uno de los muñones se realizó para evidenciar si sus dimensiones son las correctas con respecto al catálogo que se obtuvo, estas medidas se realizaron tanto a los muñones de biela como de bancada, se obtuvo un panorama amplio de cada uno de los muñones por lo cual se observó que muñón presentaba adherencia de material por sobrecalentamiento.
3.2.1. PARAMETROS ADECUADOS DE LOS MUÑONES
Para dicha tarea se recurrió a la rectificadora para comparar las medidas de los seis muñones y observar en la ficha técnica la medida original, tabla 4.
Tabla 4. Diámetros del muñón de biela original Medidas del muñón de biela
Diámetro externo de muñón de biela
Cummins Serie L10 78.950 – 79.013
Cummins Serie B (4 y 6 cilindros) 68.962 – 69.013 (Ficha Técnica: Cummins , 1919).
Una vez verificadas las dimensiones del cigüeñal con el micrómetro se llega a la conclusión que pertenece al motor Cummins serie b por sus medidas que son de 69 mm de radio, figura 23.
23 Las medidas que se presentó a la rectificadora fueron de 68.9 mm el cual se empezó retirando material mediante el desbaste, los técnicos de la metalizadora sugieren en rebajar una capa de 1 a 1.5 mm de espesor para realizar la metalización en una superficie libre de fisuras o defectos.
Para verificar los parámetros máximos y mínimos que debe tener un cigüeñal fisurado se remite a las siguientes tablas 5 y 6, las cuales sirven de gran ayuda al momento de tomar las medidas de desgaste en los muñones tanto de biela como de bancada, los mayores problemas que existen en la actualidad es el corto tiempo de vida útil de los cigüeñales recuperados, al no tener en cuenta las tolerancias.
Tabla 5. Diámetros del muñón de bancada Tolerancia de los muñones de bancada
Diámetro del eje Tolerancia permitida
Menores de 38 mm 0.013 mm
De 38 a 250 mm 0.025 mm
De 250 mm en adelante 0.050 mm
(J.R Davis & Associates, 2004).
Para los muñones de bancada se debe regirse a la tabla de tolerancia que explica los diferentes tipos de diámetros que se puede encontrar en el mercado, cabe recalcar que los muñones de bancada cumplen la función de sujetar al cigüeñal, por ende se puede soportar fisuras más pronunciadas, mientras mayor sea sus dimensiones mayor profundidad de fisura puede soportar, en la tabla proporciona rangos de diámetros, mediante los cuales si existiera una fisura que no sobre pase las tolerancias permitidas se va a tener un cigüeñal en perfecto estado y una larga vida útil por ende a favorecer en la parte económica al operario.
Tabla 6. Tolerancias del muñón de biela Tolerancia de los muñones de biela
Diámetro del eje Tolerancia permitida
Menores de 25.00 mm 0.005 mm
De 25.00 – 50.00 mm 0.010 mm
250.00 mm en adelante 0.013 mm
(J.R Davis & Associates, 2004).
24 entre mayor sea sus dimensiones del codo de biela, la tolerancia para sus fisuras aumenta.
La parte principal de una maquinaria pesada es el cigüeñal por lo cual va sufrir averías como en la parte externa o interna del material, en la parte externa habla del rayado de los muñones y micro soldaduras estas averías se presentan por falta de lubricación o por el factor humano cuando se acelera la maquinaria en el primer encendido de la mañana cuando el motor se encuentra frio y existe una poca cantidad de aceite en las piezas mecánicas como en el caso del cigüeñal, para una buena lubricación el sistema debe estar entre 1.75 a 2 bares, mientras que en la parte interna se encuentra roturas de cigüeñales por fatiga a la que están sometidos.
3.3. PROCESO DE METALIZADO ARC SPRAY
El metalizado por Arc Spray es el proceso con mayor demanda cuando se hizo una referencia de costos para recuperar cigüeñales, el cual favoreció de gran medida al saber que se lo realiza en una empresa ubicada en Quito, el metalizado fue de gran ayuda al momento de recuperar cualquier tipo de ejes que se encuentre en un gran nivel de desgaste por fricción.
3.3.1. INSPECCIÓN DE PANDEO Y EXCENTRICIDAD
Para empezar con el proceso de metalizado se debió realizar el desbaste de material para obtener una superficie totalmente lisa y sin ningún tipo de fisura, en la rectificadora donde se realizó otras pruebas como son el pandeo que puede existir en el cigüeñal por estar sometidos a esfuerzos de flexión, se comprobó el pandeo que existe en el cigüeñal, como se muestra en la figura 24 y 25, se procedió a montar en la rectificadora para darle un movimiento giratorio y mediante seis relojes comparadores se revisó mediante la inspección visual, en el cigüeñal de prueba se comprobó que presenta un pandeo de 0.2 centésimas de milímetro se evidenció que no existe un pandeo pronunciado del cigüeñal.
25 En equipos pesados a diésel la tolerancia de pandeo en condiciones
normales de trabajo es de 0.4 mm.
Figura 25. Pandeo del cigüeñal en el sexto muñón de biela
La excentricidad se comprobó mediante el reloj comparador,como se indica en la figura 26, además se sabe que el cigüeñal van de par en par como por ejemplo el primer muñón coincide con el ultimo muñón por esta razón la excentricidad en ambos muñones debe ser la misma o debe tener una mínima variación para la comprobación de la excentricidad, la aguja del reloj palpador no debe de exceder de 0.02 mm o es lo mismo decir 2 centésimas de milímetro.
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3.3.2. DESBASTE DE MATERIAL EN LA RECTIFICADORA
Se procedió a desbastar el material en menores cantidades de espesor para precautelar el estado del cigüeñal como de la muela de rectificar, figura 27, en el primer desbaste se rebajó una cantidad de 0.4 mm de espesor.
Figura 27. Primer desbaste
Para la inspección de la medida de desbaste correspondiente se procedió con el micrómetro a verificar la cantidad de espesor que fue removido, como se muestra en la figura 28.
27 Se continuó con el segundo desbaste, figura 29, la cantidad de espesor fue de 0.4 mm con una duración de 25 minutos en cada desbaste. El segundo desbaste tuvo un problema de tiempo por complicaciones con la taladrina o comúnmente llamado refrigerante.
Figura 29. Segundo desbaste
La comprobación se realizó con el micrómetro, para la medición se tomó dos medidas uno a cada extremo del muñón para ir comprobando que no exista ovalamiento del muñón y este procedimiento se efectuó en cada verificación y con toda precaución por la muela de rectificar, con un total de 0.8 mm de espesor, como se observa en la figura 30. En la medición que se realizó el espesor total del cigüeñal era de 68.1 mm, con el ultimo desbaste el cigüeñal completaría el proceso de rectificado.
28 El tercer desbaste se procedió de la misma manera que las anteriores con una reducción de 0.4 mm llegando a su totalidad de 1.2 mm de espesor, como se muestra en la figura 31.
Figura 31. Tercer desbaste 3.3.3. METALIZACIÓN POR ARC SPRAY
La preparación del cigüeñal para el metalizado debe realizarse en una zona limpia y libre de agentes contaminantes, como primer punto se procedió a limpiar el muñón afectado con paños húmedos, como se observa en la figura 32.
29 Como segundo punto se preparó el cigüeñal para el granallado, figura 33, el cual consistió mediante una sierra abrir unos pequeños conductos para que el material base de adhiera con mayor facilidad al material base.
Figura 33. Segunda inspección
Como último paso se procedió a metalizar el cigüeñal afectado, como se muestra en la figura 34 y 35, el procedimiento se demoró alrededor de unos 25 minutos.
Figura 34. Preparación para el metalizado
30 Una vez terminado el proceso del muñón metalizado tiene una apariencia de rugosidades y un color opaco como se muestra en la figura 36 y 37.
Figura 36. Finalización del metalizado por Arc Spray
Figura 37. Acabado superficial del metalizado por Arc Spray
La característica del material de aporte es muy esencial al momento de metalizar por la razón se debe analizar sus componentes como sus beneficios, como se muestra en la tabla 7.
Tabla 7. Características del material de aporte utilizado Composición química PMET 273
Elementos Porcentaje
Cromo (Cr) 29 %
Boro (B) 3.7%
Manganeso (Mn) 1.7%
Silicio (Si) 4.6%
Hierro (Fe) 61%
(Polymet, 2001).
31
Tabla 8. Características del material de aporte PMET 885 Composición química PMET 885
Elementos Porcentaje
Níquel (Ni) 93 %
Aluminio (Al) 5.3 %
Otros elementos 1.7 %
(Polymet, 2001).
El PMET 885 tiene una buena adherencia con la mayoría de los materiales, en superficies lisa y limpias tiene una adhesión de 9000 psi y en superficies rugosas o granalladas alcanza una adhesión de 10000 psi, tiene una excelente resistencia al impacto y flexión, material autoadhesivo y es ideal para restauraciones de piezas de aleaciones con base de níquel, como se muestra en la tabla 8.
Tabla 9. Características del material de aporte PMET 720 Composición química PMET 720
Elementos Porcentaje
Cromo (Cr) 13%
Silicio (Si) 1%
Manganeso (Mn) 1%
Carbón (C) 0.3 %
Hierro (Fe) 84.7 %
(Polymet, 2001).
El PMET 720 tiene una excelente adherencia al material base, su recubrimiento es denso comparado con los demás materiales de aporte y buena resistencia a la corrosión. En el ámbito laboral es muy utilizado en elementos que se pueden mecanizar y con mayor frecuencia en elementos que están sometidos al desgaste como es el caso del cigüeñal, como se muestra en la tabla 9.
Tabla 10. Características del material de aporte PMET 296 Composición química PMET 296
Elementos Porcentaje
Cromo (Cr) 23 %
Níquel (Ni) 6 %
Molibdeno (Mo) 3.5 %
Boro (B) 2.5 %
Silicio (Si) 2 %
Cobre (Cu) 2 %
Manganeso (Mn) 1 %
Hierro (Fe) 60 %
(Polymet, 2001).
32 adherencia con el material base y es utilizado en una gran variedad de piezas mecánicas como ejes, rodamientos, tubos de perforación, todo lo relacionado con el desgaste por fricción que es ocasionado generalmente cuando dos piezas metálicas tienden a rozar y en medio de estas dos piezas metálicas se encuentran con una fina película de lubricante que sirve de protección al desgaste, como se muestra en la tabla 10.
Tabla 11. Comparación de los diferentes tipos de material de aporte Material de
aporte Elemento
Alambre MeteqCo
PMET 296 PMET 720 PMET 885 PMET 273
Cromo 23 % 13 % 29 %
Níquel 6 % 93 %
Molibdeno 3.5%
Boro 2.5 % 3.7 %
Silicio 2 % 1 % 4.6 %
Cobre 2 %
Manganeso 1 % 1 % 1.7 %
Hierro 60 % 84.7 % 61 %
Carbón 0.3 %
Aluminio 5.3 %
(Polymet, 2001).
El material de aporte ideal para el proceso de metalización por Arc spray es el PMET 296 por sus características el cromo es muy dúctil y puede ser forjado y manejado con facilidad, níquel tiene como característica de ser resistente a la corrosión, boro tiene una densidad relativamente baja, con dureza considerablemente alta y su punto de fusión alto, el silicio se emplea como aleación del cobre, manganeso y otros metales para resistencia a la corrosión y oxidación, el hierro cumple un papel fundamental al momento de elegir el material de aporte por el motivo que a menor cantidad de hierro la corrosión en el proceso va hacer menor a la estipulada en los demás metalizados, por tal motivo y las características que cumplen cada elemento del material de aporte elegido es el PMET 296, como se muestra en la tabla 11.
3.3.4. DESBASTE DE MATERIAL EXCEDIDO
33
Figura 38. Comprobación de excentricidad en el muñón metalizado
El muñón una vez rellenado terminó con medidas de 69.2 mm y su medida original era de 69 mm, el desbaste de 0.2 mm fue realizado con mucha precaución, se efectuó este procedimiento con una muela de desbaste diferente porque tenía los filos achaflanados, esto permitió que el técnico de la rectificadora pueda desbastar el muñón sin ningún peligro por la escoria que se encontraba al filo de los contrapesos y del muñón, como se muestra en la figura 39 y 40.
34
Figura 40. Desbaste
3.4. PRUEBAS NO DESTRUCTIVAS
Las pruebas no destructivas es un paso fundamental que se debió tomar para verificar si existió alguna fisura o fractura del material antes de llevarlo al metalizado y decidir si el material de estudio es idóneo para la recuperación, las pruebas que se realizó al cigüeñal fueron de gran ayuda para identificar las fisuras que existían en cada uno de los muñones.
3.4.1. TINTAS PENETRANTES
Es uno de los métodos más utilizados para comprobar fisuras o desperfectos que son visibles al ojo humano, esta prueba se realizó antes de desbastar el material afectado, en el muñón afectado se comprobó que existen fisuras que fueron detectadas por el método de tintas penetrantes, como se muestra en la figura 41.
35 Una vez aplicado la tinta reveladora se observó que existen fisuras en el muñón afectado que se logró visualizar a simple vista, como se muestra en la figura 42.
Figura 42. Inspección visual antes del rectificado
En el muñón rectificado se procedió a pasar la tinta penetrante, se pasó la tinta reveladora se limpió la zona afectada y se observó que no existen fisuras, como se muestra en la figura 43.
Figura 43. Inspección visual después del rectificado 3.4.2. PRUEBAS DE RESISTENCIA
La prueba de resistencia de materiales ayuda a detectar la resistencia a esfuerzos y cargas que se les puede aplicar sin romperse, la prueba de dureza ayuda a verificar la resistencia que tiene el cigüeñal al ser penetrado, se realizó antes y después del metalizado.
Para comprobar la dureza que tiene el cigüeñal antes de cualquier proceso que se le desee aplicar, se realizó el ensayo de dureza para comprobar si sufrió una alteración en sus propiedades, luego de un recalentamiento, su dureza original es de 450 HB, como se muestra en la tabla 12.
36 durezas mínimas, a continuación, se realiza un análisis de las zonas afectadas por el recalentamiento y el leve golpe de biela que sufrió por no cumplir con los horarios de mantenimiento establecidos. La dureza del cigüeñal varía dependiendo de las afectaciones que sufrió durante su tiempo de trabajo, por tal motivo se realizó la medición en tres zonas diferentes.
Tabla 12. Diámetros del muñón de bancada Dureza del muñón
Muñón recalentado
Dureza original
Variación Porcentaje de variación
1 465 450 15 3.22% HB
2 485 450 35 7.2% HB
3 430 450 20 4.65% HB
Uno de los procedimientos con mayor grado de certeza es la toma de medidas en tres zonas diferentes del muñón del cigüeñal, como se muestra en la figura 44, la cual se toma varias mediciones para tener un análisis claro de las zonas más afectadas del muñón.
Figura 44. Puntos de medición de la dureza en el muñón afectado
Se puede observar que la dureza se a alterado en la zona 1,por tanto se tiene un aumento de la dureza por el motivo del recalentamiento, el cual se adhirio particulas del cojinete de biela al muñon afectado, esto conlleva a microsoldaduras que afectan sus propiedades internas como externas del cigüeñal.
37 aumento de material en la segunda zona reforso o añadio sus propiedades de dureza, como se muestra en la tabla 45.
En la tercera zona se observo un decaimiento de la dureza por el desprendimiento del material que se produjo por el rozanmiento de metal contra metal sin ninguna pelicula de lubricación, al desprenderse material del muñon de biela conlleva a un material mas blando, suave bajo en dureza
Figura 45. Medición de dureza en el muñón afectado
El procedimiento para efectuar la prueba de dureza en el cigüeñal fue:
Seleccionar la zona a medir, limpiar muy cuidadosamente la zona, en el durómetro portátil seleccionar el material que se va a realizar la prueba, como se muestra en la figura 46.
Figura 46. Dureza del muñón afectado
38 que cada vez que se desbaste material el sustrato metálico es más suave y cambia su dureza, este caso se comprobó una vez desbastado el material afectado, después de la primera rectificada se tuvo una variación, como se muestra en la tabla 13.
Tabla 13. Dureza del cigüeñal desbastado
Dureza cigüeñal
1 286 HB
2 322 HB
3 370 HB
Figura 47. Verificación de la dureza
Una vez terminado el proceso de metalizar y desbaste de material se ejecutó la tercera prueba de dureza la cual dictamina si el metalizado cumple con la dureza original, como se muestra en la tabla 14.
Tabla 14. Dureza después del metalizado Dureza del cigüeñal
Dureza final Máximo 470HB Mínimo 430 HB
1
455 HB Si cumple
2
465 HB Si cumple
3
39 Una vez comprobado que la dureza aumenta con el metalizado, se procedio a efectuar la siguiente prueba que determinara si el material de aporte se adhirio al muñon afectado, como se muestra en la figura 48.
Figura 48. Dureza después del metalizado
Para conocer las características internas del cigüeñal se procedió a realizar la prueba de metalografía, la cual reveló la composición interna del cigüeñal y detallar cuidadosamente cada uno de los elementos o agentes extraños que se encuentren incrustados en el material base, se procedió con cautela para revelar el historial del tratamiento mecánico y térmico al cual ha sido sometido. Se realizó un procedimiento para el análisis metalográfico, como primer paso se procedió a la toma de muestra que requieren para su análisis, la preparación de la muestra es un paso esencial y por último el ataque químico al cual se lo expone para visualizar en los equipos especializados.
Otro punto importante es la preparación del material antes de ingresar a los equipos de verificación, como se muestra en la figura 49, si no se realizó los pasos cuidadosamente se tendrá una muestra que no sería la ideal para conocer las propiedades internas y otras características del cigüeñal.
