Seguimiento del desgaste

Alrededor del siete por ciento del producto nacional bruto es el daño que causa cada año el desgaste en los países industrializados. En este caso se aplica lo siguiente: cuanto antes se detecte un estado crítico, menor será el impacto, tanto en términos de seguridad como de eficiencia económica. Esto es precisamente lo que investigan los científicos y estudiantes del Departamento de Ingeniería Mecánica General de la Universidad de Leoben / Estiria. La investigación, que a menudo también se lleva a cabo por encargo de cooperaciones industriales internacionales, se centra en las máquinas de los sectores de la movilidad y la energía y sus componentes mecánicos. Con el fin de evaluar y calcular de antemano el desgaste de los componentes, los (futuros) ingenieros realizan análisis de daños de componentes sometidos a esfuerzos tribológicos a escala de modelo, por ejemplo, engranajes, sistemas de tren de válvulas, cigüeñales, bielas, pistas de cilindros o bulones de pistón. Un segundo tema central de la cátedra es la resistencia a la fatiga de los componentes. Para ello, se examina principalmente su comportamiento de resistencia a las vibraciones utilizando pequeños objetos de prueba. "Para comprobar la resistencia a la fatiga, llevamos a cabo elaboradas pruebas con máquinas de ensayo de vibraciones, por ejemplo", explica el Dr. mont. Michael Pusterhofer, científico principal de la Cátedra. "En este proceso, un componente, como una biela o un cigüeñal, se diseña para su funcionamiento y se somete a pruebas de tracción y empuje". El objetivo es optimizar los sistemas técnicos, ya sea en términos de capacidad de carga, comportamiento ante el desgaste, eficiencia o costes de fabricación.

Prueba de las muestras con la MarSurf VD 140

Tras las series de pruebas, las muestras se examinan en detalle. Una herramienta importante es la MarSurf VD 140, que lleva aproximadamente un año apoyando el trabajo en el laboratorio. La estación de medición de rugosidad y contornos con una distancia de exploración de 140 mm ofrece alta velocidad y mucha flexibilidad. Esto se demuestra sobre todo por el gran rango de medición, un peso máximo de la pieza de trabajo de 80 kilos y un sistema de sujeción muy sencillo con el que se pueden colocar las piezas de trabajo de forma segura, rápida y correcta. "Esto último también favorece la alta repetibilidad y precisión de las mediciones, y con los rápidos ejes CNC y el software MarWin, el proceso también se puede automatizar", explica Michael Parzer, Field Sales Engineer de Mahr Austria GmbH. Las mediciones con la MarSurf VD 140 son realizadas principalmente por estudiantes a partir del cuarto semestre y estudiantes de tesis, afirma Pusterhofer. El rango de medición en el instituto es de 70 milímetros para el contorno y de aproximadamente medio milímetro para la rugosidad. Dado que el dispositivo de medición puede automatizarse, es posible medir hasta 100 muestras en una sola pasada y utilizarlas para desarrollar preguntas, por ejemplo, para tesis posteriores. Con la Allrounder táctil de Mahr es posible realizar múltiples mediciones de 30 a 40 perfiles en paralelo, "la máquina lo hace automáticamente, por ejemplo a intervalos de 0,5 milímetros cada uno. La dispersión con el dispositivo es extremadamente baja", subraya el ingeniero. A continuación, un software de desarrollo propio crea una superficie en 3D a partir de las mediciones, lo que permite identificar el nivel de desgaste.

Táctil frente a óptico

Los resultados de las mediciones se trasladan finalmente a componentes reales utilizando diversos métodos y modelos. Como informa Pusterhofer, en el instituto también se utiliza la medición óptica en 3D. "Con un dispositivo 3D también se pueden resolver las tareas de medición descritas anteriormente, pero a menudo no es necesario realizar mediciones tan exhaustivas para todas las cuestiones. Con un microscopio confocal, se necesitarían unas ocho horas para esta tarea; con el VD 140 táctil, en cambio, sólo cinco minutos con una resolución máxima. No habría mejor garantía de calidad para este caso", resume el investigador. Está muy satisfecho con el dispositivo de Mahr porque es ideal para tareas de medición rápidas y recurrentes. Entretanto, colegas de otros departamentos también lo aprecian y les gusta utilizar el dispositivo, por ejemplo, para comprobar la expansión térmica de compuestos estratificados o para investigar la influencia de diferentes parámetros de fundición en la morfología de la superficie.

Servicio directo gracias a su ubicación cercana

El dispositivo funciona en el instituto desde hace aproximadamente un año y amplía así el gran parque de maquinaria del Departamento de Ingeniería Mecánica General. Según informa Pusterhofer, la maquinaria se amplió en 2021, y él mismo había abogado firmemente por un dispositivo táctil. "Hicimos un proceso de adjudicación interno, que ganó Mahr. Además de las altísimas precisiones, también nos convenció el precio. Y lo que también nos beneficia es la proximidad a la sede de Mahr, que hace posible un servicio directo", explica el ingeniero. Michael Parzer siempre estuvo disponible y nos prestó un gran apoyo, afirma. "La VD 140 funciona de maravilla y estoy muy, muy contento con la compra, al igual que mis compañeros". - Pusterhofer y un técnico del instituto realizaron un curso de formación de dos días en Mahr Austria y, desde entonces, se han encargado de transmitir los conocimientos a los compañeros y estudiantes del instituto. Equipado con esta potente tecnología 2D, el equipo de investigación puede ahora concentrarse plenamente en sus competencias básicas y, en concreto, contrarrestar el desgaste y la fatiga de los materiales. Y, en última instancia, también impulsar la transición energética y de movilidad.