Pruebas de tracción: un “Cómo” comprimido

Fuente de la imagen: Mecmesin, una empresa del grupo PPT

La prueba de tracción es un tipo de prueba física que se realiza en una muestra de prueba para medir atributos mecánicos, principalmente para indicar si es adecuada para su propósito. La muestra puede ser un producto terminado (componente o ensamblaje) o una muestra de materia prima utilizada para fabricar un producto terminado. La prueba de tracción coloca la muestra bajo tensión controlada separándola o estirándola hasta una determinada carga, alargamiento o un evento relevante (a menudo su destrucción).

La aplicación de cargas de tracción indica mucho sobre el rendimiento en servicio cuando un producto se someterá a tensión durante el uso. Por lo tanto, se llevan a cabo pruebas de tracción para medir funcionalidades como el esfuerzo operativo en dispositivos médicos, la resistencia a la rotura de conectores y cierres soldados, la resistencia de juntas y sellos adhesivos, y la fuerza de apertura de tapas abatibles y tapones extraíbles de embalaje. .

Probar objetos bajo compresión, flexión, torsión o carga dinámica son métodos que también son relevantes para verificar la calidad del producto, pero la prueba de tracción es particularmente valiosa en casi todas las industrias manufactureras y es fundamental en la evaluación comparativa de materias primas.

Objetivos de sostenibilidad más exigentes y desafíos de recursos están impulsando el uso de nuevos materiales. La fabricación aún requiere que el material tenga una ductilidad, tenacidad u otras propiedades adecuadas para que coincida con el material reemplazado y que tenga un perfil preciso para informar las modificaciones del proceso de producción. Para comparar y cuantificar las prestaciones de un material se realiza un procedimiento de ensayo de tracción muy específico para:

Se producen muestras de prueba del material en forma de mancuerna (o "hueso de perro") de geometría conocida, para permitir que las propiedades destacadas se calculen con precisión a partir de la fuerza de tracción aplicada y el alargamiento medido. Por ejemplo, los términos familiares tensión y deformación se utilizan para calcular la propiedad fundamental de elasticidad de los materiales, el módulo de Young.

Tensión (σ) = Fuerza (F) / Área de la sección transversal (A)

Deformación (ε) = Alargamiento (ΔL) / Longitud original (L)

Módulo de elasticidad de Young (E) = σ / ε

A partir de estas mediciones también se pueden calcular otras propiedades relacionadas con la ductilidad, tenacidad, fragilidad y resistencia máxima a la tracción.

Aunque los dos grupos de especímenes de prueba (productos terminados y materias primas) se manejan de diferentes maneras durante su ciclo de vida, existen prácticas universales aplicables para realizar una prueba de tracción precisa en cualquiera de ellos. De hecho, el equipo utilizado a menudo se denomina máquina de pruebas universal (UTM), y es capaz de realizar una variedad de tipos de pruebas que la organización puede necesitar realizar. Los componentes necesarios para realizar un procedimiento de prueba son:

Se encuentran disponibles desde bancos de pruebas simples y operados manualmente hasta sistemas de pruebas altamente automatizados, que permiten realizar pruebas para controles rápidos de producción, necesidades legislativas o innovación en el desarrollo de productos. Los medidores portátiles y de mano también se utilizan cuando las circunstancias lo exigen. Cualquiera que sea la implementación, optimizar la calidad de los resultados es vital para cosechar los beneficios de la inversión. Más allá de elegir un marco de prueba y una celda de carga adecuados para manejar las cargas esperadas con una precisión aceptable, es la selección de los accesorios adecuados lo que contribuye en gran medida a garantizarlo.

Un medidor de mano simple conectado a un marco de prueba que mide la resistencia a la rotura de un diseño de tapa de botella con cierre de plástico atado. Un tornillo de banco estándar superior sujeta la tapa y un accesorio inferior personalizado impreso en 3D garantiza un ajuste y alineación exactos con la preforma, para optimizar la precisión. | Fuente de la imagen: Mecmesin, una empresa del grupo PPT

La calidad de los resultados depende en gran medida de la configuración correcta del aparato para minimizar los errores. En un ensayo de tracción, la aplicación de la carga a lo largo del eje apropiado y la eliminación del deslizamiento o daño de la muestra es de primordial importancia. Las empuñaduras utilizadas para sujetar la pieza de prueba deben garantizar que se cumplan estas condiciones.

Como ocurre con cualquier función de garantía de calidad, la consideración de los estándares de prueba internacionales es un requisito previo y, en muchos casos, se especifica el tipo de agarre, lo que enfatiza la importancia de este componente del equipo de prueba para lograr resultados válidos.

Bajo tensión, es más probable que la muestra se salga, por lo que la mejor práctica es eliminar el deslizamiento con cuñas, palancas, levas/rodillos excéntricos y pinzas-tijeras "autoajustables" en el agarre superior (unido a la celda de carga). Otros tipos de agarre estándar disponibles en el mercado; Las variedades de tornillo de banco, pellizco, palanca, garra y mandril aún pueden hacer un trabajo perfectamente bueno, y las caras de mordazas intercambiables, desde caucho blando hasta acero dentado y recubierto de diamante, agregan versatilidad a la configuración.

El soporte inferior puede utilizar el mismo agarre si la geometría de la muestra lo permite (mancuernas de materia prima); de lo contrario, puede ser necesario un agarre estándar alternativo o un soporte especializado y más complejo de varias piezas. Algunas industrias utilizan plantillas de sujeción ajustables y dedicadas para sujetar el producto de prueba, agarrando un recipiente de plástico moldeado o de baja fricción sin deformarlo mientras se quita la tapa, por ejemplo.

Algunas muestras pueden justificar un sistema de agarre diseñado completamente a medida, ya sea debido a geometrías patentadas o para una intercambiabilidad eficiente de las piezas de prueba. Los avances en la impresión 3D han permitido a los fabricantes de equipos ofrecer ese servicio, reduciendo los costos y permitiendo a las empresas más pequeñas realizar sus propias pruebas internas.

Algunos accesorios pueden incluso requerir compresión mecánica para aplicar tensión correctamente a la pieza de prueba: la flexibilidad de un UTM.

Los datos medidos suelen presentarse en una pantalla y obtenerse de sensores dentro del propio dispositivo, como un medidor de tensión en la celda de carga para la fuerza y ​​un codificador en la cruceta móvil para la distancia. En situaciones donde el resultado de interés es sólo la fuerza necesaria para provocar un evento (ceder, romper), tirando a una determinada velocidad (distancia/tiempo), esta configuración puede ser 100% adecuada. En la aplicación especializada de ensayos de tracción de materiales, estos datos de desplazamiento pueden no ser lo suficientemente buenos. La sencilla razón es que el desplazamiento de la cruceta puede no representar el alargamiento real de la muestra de prueba, lo que hace que los cálculos sean incorrectos.

El accesorio que se ocupa de este tema es el extensómetro. Este instrumento, del tipo "contacto", sujeta ligeramente la mancuerna en cada extremo de su longitud de calibre y, a medida que el material se estira, los brazos se separan, enviando los datos de desplazamiento correctos para el cálculo.

Una regla de oro de la metrología es que el equipo utilizado para medir el resultado no debe interferir con el resultado. En muchas situaciones esto es inevitable, pero los efectos son insignificantes en comparación con los valores medidos. Los videoextensómetros son la solución de siguiente nivel en este caso, ya que al no tener contacto, registran datos precisos de alargamiento sin tocar la muestra de prueba.

La cámara ambiental permite realizar las pruebas en condiciones de temperatura controlada en escenarios donde los estándares de prueba lo estipulan. | Fuente de la imagen: Mecmesin, una empresa del grupo PPT

El elemento final de actualización del sistema completo de prueba de materiales es la capacidad de realizar pruebas en un entorno de temperatura representativo del mundo real, si así lo dicta la aplicación del producto final o los estándares de prueba obligatorios. Una cámara ambiental (o gabinete térmico) proporciona condiciones ambientales cerradas para el espacio de prueba, que pueden estar en valores elevados o bajo cero. Se deben utilizar empuñaduras resistentes a la temperatura.

Una vez que se ha seleccionado el hardware y se han alcanzado los niveles deseados de exactitud, precisión, resolución y repetibilidad para una sola máquina, se puede considerar el intercambio de datos en toda la empresa. El software habilitado en la nube ahora puede permitir compartir sin problemas programas de prueba, optimizar la repetibilidad entre sitios y compartir resultados con los clientes. Además, las implementaciones en industrias altamente reguladas pueden admitir pistas de auditoría y funciones de seguridad de firma electrónica.

La teoría, los objetivos y los beneficios de los procesos de pruebas de tracción permanecen constantes y con una buena comprensión de los requisitos de control de calidad relevantes de su organización (y la selección del equipo más apropiado) se puede aliviar la tensión de lidiar con factores externos en evolución.

Carl Bramleyes el gerente de productos de materiales de PPT UK Ltd. Para obtener más información, llame al (703) 433-9247, envíe un correo electrónico a [email protected] o visite www.mecmesin.com.