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DEPARTAMENTO DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA RECTIFICACIÓN INTEGRANTES: ESMERALDAS CARLOS
JIMÉNEZ FELIPE TEMA 1:
PROCESO DE RECTIFICADO APLICADO TAMBORES
O DISCOS DE FRENOS.
OBJETIVOS: GENERALES:
Diagnosticar y analizar los distintos defectos generados por alteraciones de
operación del disco o tambor de frenos como térmicos, mecánicos, desgaste, etc. Establecer un proceso adecuado para la corrección de defectos en el disco o tambor de frenos por distintas causas de operación del sistema de frenos.
ESPECÍFICOS: Reconocer la conformación estructural del disco o tambor de frenos. Revisar en el manual o especificación para saber cuál es el margen o tolerancia de
rectificado permisible en el disco o freno de tambor.
Comprobar que la superficie plana rectificada no se encuentre con problemas de pandeo u otra anormalidad antes de montarla en la maquina rectificadora.
Realizar el procedimiento respectivo en la máquina rectificadora, para el proceso de rectificado del disco o tambor de freno según sea el caso.
REVISIÓN TEÓRICA En la actualidad los frenos de disco han sido introducidos prácticamente en la totalidad de los vehículos, si bien se siguen utilizando los frenos de tambor en el eje trasero en las gamas bajas, como forma de reducir costos y simplificar el INFORME DE LABORATORIO LABORATORIO INGENIERÍA AUTOMOTRIZ AUTOMOTRIZ
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funcionamiento del freno de mano. Dado que la mayoría del esfuerzo de frenada se produce en el eje delantero, esta solución ofrece un compromiso razonable entre costo y seguridad. MECANISMO Y COMPONENTES
Sistema de frenado de un sólo pistón.
El líquido de frenos circula por el circuito hidráulico hasta presionar el pistón y empujar la pastilla contra el disco (azul). La presión contra el disco hace que la pastilla se aleje del pistón, empujando la otra pastilla contra el disco. El rozamiento entre las pastillas y el disco frena la rueda.
Daños en los discos de freno Los discos pueden sufrir diferentes daños: alabeo, rayado, rotura y cristalización. Alabeo El alabeo se produce por un sobrecalentamiento de la superficie de frenado que
provoca una deformación en el disco. Esto provoca vibraciones en la frenada y una disminución en la potencia de frenado. El alabeo puede ser prevenido con una conducción menos exigente con los frenos, aprovechando el freno motor con un INFORME DE LABORATORIO INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA RECTIFICACIÓN uso inteligente de la caja de cambios para reducir la carga del freno de servicio. Pisar el freno continuamente provoca una gran cantidad de calor, por lo que debe evitarse. Para verificar se mide con micrómetro (el espesor) y con un comparador de
dial o carátula (para medir la deformación). Rotura
La rotura está en todos los tipos de discos, en los que pueden aparecer grietas entre los agujeros (para los ventilados y superventilados), y grietas en la superficie
de fricción que tiene el disco. Rayado
Es producido cuando las pastillas de freno no están bien instaladas o son de material más duro que el material proveniente de los discos, esto al frenar provoca un rayado en el cual hace que el disco, en la supe rficie de fricción se deforme. La solución para este problema es el rectificado de ambos discos, pero a veces es a causa de la mal instalación de ese sistema. Cristalización El disco se cristaliza cuando, al momento de frenar, el material de fricción del disco con las pastillas generan una mayor temperatura (por ejemplo, al frenar desembragado en la bajada de una cuesta),y a su vez generan que la resina que contiene el material de fricción se haga liquida y suba a la superficie formando una
capa que evita el rozamiento y la abrasión entre ambos objetos, provocando que el disco o la pastilla se deterioren, quedando la pastilla con un brillo en la superficie y con textura ultra dura y el disco en cambio de un color azulado, pudiendo aparecer
micro fisuras a raíz de dicha cristalización. Para este daño hay que reemplazar el disco o la pastilla de freno por uno nuevo. Sin embargo esta peligrosa práctica INFORME DE LABORATORIO INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
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puede dejar al vehículo sin f renos, ya que puede causar el "desvanecimiento" de estos, es decir la pérdida momentánea de gran parte o la totalidad de la capacidad de frenado en tanto los frenos no se enfríen. Este percance puede sucederle a quien ignore la teoría del frenaje, la que podría resumirse así: "para poder cumplir su cometido los sistemas de freno tienen que ejecutar dos funciones, la primera es
convertir la energía cinética, es decir la que posee todo vehículo en movimiento, en otra forma de energía que pueda ser sacada del móvil, causando la reducción de la velocidad o la detención en caso necesario, en la mayoría de los casos la energía cinética es convertida en calor por medio del roce entre zapatas y tambores o entre discos y pastillas. La segunda función es la de disipar el calor producido por el roce antes mencionado en el medio ambiente, por lo tanto puede decirse que la
capacidad de los frenos está limitada por la cantidad de calor que puedan disipar al medio ambiente, también es necesario saber que con cada frenada se reduce momentáneamente la capacidad de frenado, razón por la cual los frenos deben usarse lo estrictamente necesario y nunca para ir "aguantando" o refrenando un
vehículo en el descenso de una larga o empinada cuesta, cuestión que podría resultar fatal, no sólo para el conductor y sus acompañantes, sino que también para muchas otras personas. La "cristalización" de zapatas y pastillas es una evidencia concluyente de que los frenos fueron abusados y por lo tanto recalentados. MATERIALES:
Disco o tambor de freno
Máquina rectificadora de Disco o tambor de freno
Calibrador de vernier o pie de rey.
Herramientas de ajuste y desajuste (llaves, dados, llave de presión, hexagonales, etc…) Materiales de protección o seguridad (Gafas de seguridad, guantes, zapatos de trabajo, etc…) INFORME DE LABORATORIO INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
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PROCEDIMIENTO:
Seleccionar un Disco o tambor de freno.
Fig. 1 Disco de freno del Hyundai Tucson 2005 2.0.
Efectuar la respectiva medición del Disco o tambor de freno que para nuestro caso
será del Hyundai Tucson 2005 2.0, en la cual se va a realizar la práctica o rectificado, todo esto tomando en cuenta las características técnicas y/o especificaciones según el fabricante, las cuales se describen a continuación: Realizar la inspección inicial de ubicación de cada uno de los componentes del Disco o tambor de freno; tales como: Mordaza Perno de montaje Pastillas
Perno pasador guía de mordaza Indicadores de desgaste
Pistón de la mordaza
Realizar un reconocimiento previo del Disco o tambor de freno que se dispone.
Realizar los siguientes procesos de rectificado de disco o tambor de freno:
Proceso de diagnóstico INFORME DE LABORATORIO INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA RECTIFICACIÓN Para este proceso se realiza el a nálisis del sistema de frenos a través de las fallas que presentan los discos de frenos, en esta ocasión evaluaremos discos o tambores de freno, estas dos piezas son parte fundamental del sistema de frenos, ya que de ellas depende un frenado eficiente. Los discos o tambores son parte del efecto de fricción con la balata, por esta razón es importante que se tenga un buen asentamiento entre la pastilla y disco así como de la balata o tambor; de esta forma se obtendrá un frenado eficiente, por lo anterior es necesario efectuar una buena inspección de discos y tambores, esto con la finalidad de detectar cualquier problema en estos dos componentes del sistema de frenos.
Fig. 2 D iagnóstico en disco de freno del Hyundai Tucson 2.0
Proceso de evaluación
Con este proceso de evaluación se menciona qué pueden tener los discos y la acción a tomar. Para nuestro caso el disco estaba ligeramente desgastado, habiendo pasado el límite de tolerancia para el rectificado del mismo, esta v erificación se la realiza para cerciorarse de que el disco cuente con el espesor suficiente para ser corregido, en caso contrario se debe reemplazar el disco.
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Fig. 3 E valuación en disco de freno del Hyundai Tucson 2.0
Proceso de rectificado. Para este proceso debemos rectificar los discos de frenos, para evitar que estos produzcan vibraciones en su uso posterior: garantizando que se eliminará por completo el movimiento que provocan los discos sobre el pedal de freno y el
volante del vehículo. Al igual que en el caso de los tambores de freno, con un disco rectificado las pastillas de freno duran más y un permiten un frenado más efectivo.
Fig. 4 Proceso de Rectificado terminado en disco de freno del Hyundai Tucson 2.0
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Diagnostico
Toma de acciones
Revision de tolerancias
Analisis falla del disco freno
Evaluacion
Rectificado
Inspeccion disco de freno
Deteccion de problemas
Evitar problemas de uso(mas durabilidad)
Descripción: En esta operación se verificará el daño o causa del incorrecto funcionamiento d disco de freno en el automóvil. Operación: COMPROBAR EL ESTADO EN QUE SE ENCUENTRA EL DISCO DE FRENO DE HYUNDAI TUCSON 2500 2.0
DETALLE DE ANÁLISIS
DETERMINAR Y DESCRIBIR 1. PROPÓSITO DE LA OPERACIÓN.
¿Es posible mejorar los resultados de otr
Asegurar el buen funcionamiento del sistema de fren manera? del automotor.
No
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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA RECTIFICACIÓN 2. DETALLE DE LA OPERACIÓN.
¿Se puede eliminar esta operación? No, se debe seguir el proceso de rectificad
para asegurar Identificar el daño o falla del disco de freno. Verificar las dimensiones del disco de freno, segú buena capacidad de frenado del vehículo. las especificaciones.
disco de freno.
¿Se puede cambiar con otra? No, debido a que los daños en los disco d
(fotografías)
frenos son
Registrar las condiciones en las que se encuentra
Registrar las dimensiones necesarias del disco d muy frecuentes. freno desgastado o con
el daño para su rectificado.
¿Es la secuencia de operación la mej
Tomar nota de rango de desbaste disponible
posible?
tomar en cuenta en el
Si, siguiendo los pasos y normas estándar
proceso
de
rectificado.
(Acorde
a
la de operación.
especificaciones técnicas). ¿Debería realizarse la operación en otr lugar para mejorar accesibilidad y costos?
Sí, pero no es aplicable al acuerdo.
3. REQUERIMIENTOS DE INSPECCIÓN.
¿Las normas de seguridad son necesarias? Sí, con el fin de brindar protección a los qu
Uso de elementos de seguridad.
Verificar que el funcionamiento de la rectificador se encuentran en el desarrollo del proceso de superficies planas
operación.
se encuentre en óptimas condiciones.
HERRAMIENTAS, MATERIALES Y EQUIPOS.
¿Puede usarse material de menor costo? No.
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Disco de frenos.
Máquina rectificadora de Disco o tambor de freno
Calibrador de vernier o pie de rey.
Herramientas de ajuste y desajuste.
Materiales de protección o seguridad .
4. MANEJO DE HERRAMIENTAS, MATERIALES EQUIPOS.
¿Debe usarse grúa, transportador p gravedad, bandejas o o vehículo especiales?
Herramientas
transportadas
po No, todos las herramientas, materiales
Proceso Manual.
equipos se encuentran
Máquina transportada Automoción o manual .
po al alcance de los usuarios de la máquin rectificadora de superficies planas.
DIAGRAMA DEL FLUJO DE PROCESO
UBICACIÓN: LABORATORIO
RESUMEN
ACTIVIDAD: RECTIFICACIÓN
ACTIVIDADD
ACTU
PROPUESTO AHORROS
FECHA:
OPERACIÓN
0.00
0.00
TRANSPORTE
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
10.00
0.00
0.00
0.00
60.00
0.00
4.00
0.00
0.00
OPERADOR:
GRUP ANALISTA: GRUPO 1.
1.
MÉTODO:
NO
MUY
ACTU DEMORA
INSPECCIÓN
PROPUESTO: SI
TÉCNIC ALMACENAJE
TIPO: MATERIAL: DISCO EQUIPO:
RECTIFICADORA DE
SUPERFICIE
PLANAS. COMENTARIOS: TIENE COMO
EL
PRESENTE
PROCES TIEMPO(min) DISTANCIA (m)
OBJETIVO VERIFICAR EL ESTADO EN EL QU COSTOS SE ENCUENTRA
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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA RECTIFICACIÓN EL DISCO DE FRENO DEL HYUNDAI 2500 2.
Y DETERMINAR EL TIPO DE DAÑO O FALL DEL MISMO
DESCIPCIÓN DE LA ACTIVIDAD
SÍMBOLO
MÈTODO
TIEMP (min)
DISTANCIA
RECOMENDADO
(m)
Verificación del desgastes del disco de freno. Verificación del estado del disco de freno. ( Daño, falla, ect.)
15 15
Verificación del límite de tolerancia del disco
0.00
Medición Pie de rey digital..
0.00
Prueba de fallas.
0.00
Uso de
5
especificaciones
técnicas. Medición de dimensiones permisible a debatar.
5
Verificación de la máquina rectificadora
0.00
Medición con pie d rey.
3.00 10
Verificación del conjunto. (funcionamiento)
Proceso de rectificado.
30
2.00
Normas estándares.
Acabado
15
2.00
Normas estándares.
ANÁLISIS DE RESULTADOS:
Si bien la comprobación del desgaste del disco de freno es una operación relativamente fácil, se debe realizar el respectivo procedimiento para la comprobación del mismo, sometiéndolo a pruebas de frenado, con el fin de verificar que el elemento rectificado se encuentra en óptimas condiciones para seguir cumpliendo con su función de brindar seguridad y mayor efecto de frenado en el vehículo. La deformación admitida en el disco de freno la cual estaba presente antes de someterse al rectificado se la otorga al desgaste excesivo de los discos debido al INFORME DE LABORATORIO INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA RECTIFICACIÓN desgaste total de las pastillas, esto debido a que las pastillas se han desgastado tanto que ha llegado haber un contacto metal – metal entre el disco y el soporte de la pastilla, se aprecia un desgaste muy abrasivo que deja unos surcos muy
pronunciados, también se observa transformación de material entre el disco ya que aparecen zonas oscuras. Se puede reconocer este problema por la disminución de la eficacia del freno así como por el ruido que produce al frenar, con el consiguiente incremento de la temperatura que se produce en el contacto metal – metal. Debido a los procesos que debía ser sometido el disco de freno, los tiempos de proceso con el fin de obtener un rectificado uniforme fueron de aproximadamente de dos horas y media, obteniendo un acabado equivalente y eficiente del mismo, claro tomando en cuenta que el disco de freno sobrepaso el limite permisible de tolerancia, por lo que el disco rectificado ya no puede ser reutilizado en el sistema de freno. CUESTIONARIO
¿Por qué razón puede existir fisuras en el Disco de freno? El riesgo de que existan fisuras en el Disco de freno se debe a que el disco este demasiado desgastado.
¿Qué métodos para detectar fisuras en un Disco o tambor de freno conoce? Explique cada uno de ellos.
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¿De qué depende la deformación térmica del Disco o tambor de freno? Dicha deformación térmica depende del calentamiento excesivo y suele tener los orígenes claramente diferenciados: una conducción en condiciones límite, o la costumbre de algunos conductores de mantener el píe sobre el pedal, ejerciendo poca presión, en descensos prolongados para retener el vehículo. Este problema provoca vibraciones en los discos debido a las transformaciones estructurales del disco sufridas por los excesos de temperatura. Además estas
vibraciones se harán cada vez más pronunciadas con el paso de los kilómetros.
¿Qué materiales y procesos de manufactura se aplican en la conformación del Disco o tambor de freno de su práctica, ponga las características físicas, químicas, mecánicas de los materiales aplicados? MATERIALES DE FABRICACIÓN El material escogido para fabricar los discos de freno es la fundición gris laminar que garantiza una estabilidad de las prestaciones durante el período de vida de los discos.
Existen también discos de materiales compuestos en matriz de carbono, usados en alta competición y el los frenos de aviones, aunque por su elevado costo no son factibles para vehículos comunes. En la actualidad se están desarrollando disco de freno en aluminio con una base de carburo de silicio; gracias a la disminución de su peso con bastantes atractivos, pero la mala disipación de calor que tienes los hacen no viables de momento, porque necesitan un sobre dimensionamiento importante que hace que se pierdan las ventajas de peso reducido. INFORME DE LABORATORIO INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
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PROCESOS DE MANUFACTURA QUE SE APLICAN EN LA CONFORMA CIÓN DEL DISCO DE FRENO.
Los discos se moldean de acero especial fundido de acuerdo al diseño del auto. Se maquinan para que tenga canales que disipen el calor y proporcionen fricción adecuada. Se hacen taladros para aumentar la superficie de disipación del calor. Se maquinan los taladros para el montaje.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL MATERIAL DELS DISCO DE FRENO. Las características básicas de la fundición de los discos se pueden ver en la siguiente tabla: Tabla 1 Características físicas en el material de discos de freno.
PROPIEDADES FÍSICAS
VALORES
RESISTENCIA A LA TRACCIÓN
240N/mm2
DUREZA
170-250 HB
CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DEL MATERIAL DELS DISCO DE FRENO. INFORME DE LABORATORIO INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
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La composición básica del material de los discos es una fundición gris laminar que contiene un 92% y un 93% de hierro; además de otros componentes básicos tales como el silicio, manganeso y otros. Que garantizan la calidad de un elemento crítico en el frenado como es el disco. En el siguiente grafico se puede observar el porcentaje de los diferentes materiales que junto con el hierro, que supone el 93% del total, el resto de materiales suponen entre el 7% y el 8% que resta de la
composición total del disco.
Fig. 5 Composición de los discos.
CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS DEL MATERIAL DEL DISCO DE FRENO.
Resistencia del material: debe ser resistente a la fricción y proporcionar una superficie de alta fricción pero no agresiva a la zapata. Debe resistir al impacto, flexión y torsión. Construcción mecánica: debe tener suficiente superficie, grosor adecuado para resistir su trabajo, y además tener un diseño que disipe el calor producido por la fricción. Aleación: debe ajustarse a los anteriores requerimientos y tener una durabilidad 'adecuada'.
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Aplicar el método FMEA para determinar las causas raíces de los Fallos más comunes en los diferentes subsistemas de los vehículos. Para la presente aplicación se establecerán 5 de los distintos fallos en el del Disco y se establecerá el fallo por el cual se generó el proceso de rectificación en la tabl a. FMEA
Tabla para la información primaria Código Subsistem
Modo
Denominació
Función
(forma)
Causas
Consecuencia
Afecta
de fallo Disco
4.1.1.
Elemento
Alabeo
Sobrecalentamient Vibraciones e La
integrida
giratorio que
de la superficie
la frenada y
recibe la
de frenado que
una
física del
presión de la
provoca
disminución
(Seguridad
pastillas para
una deformación
en la potenci al frenar)
ejecutar la
en el disco.
de frenado.
vehícul
acción de detener las ruedas. 4.1.2.
Mordazas
Soporte de la Desequilibri Recalentamiento
Pérdida de l La
(tipo
pastillas y los en
del respectivo
capacidad de física
flotantes)
pistones de
conjunto de
Frenado.
freno.
Diseñadas
4.1.3. Pastillas
para
frenado.
frenado.
Cristalizació Material de fricción del disco
integrida
del vehículo y el correcto frenado
Pérdida de l La
integrida
capacidad de física
producir una
con las
frenado
del
alta
pastillas generan
provocando
conductor,
fricción con e
una
además
esta peligrosa
disco.
mayor temperatur desequilibrio práctica
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vehículo
pued en el frenado. dejar al vehícul
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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA RECTIFICACIÓN sin frenos. 4.1.4.
Accionarse
Fuga
por la
presión.
d Escape de la
Falta de
presión
presión ejercida capacidad por el líquido d de
Pistón de
ejercida por
frenos.
mordaza
líquido
d
frenado y su función.
accionamient lo que hac
frenos
que
y
mordaza no
provoc
producir que
La eficiencia d
l
empuje la l
pastilla contr
pastillas
el disco de
generen
forma
alta
eficiente.
fricció
contra disco. 4.1.5.
Indicador de Indica que l Alambre de Alambre desgaste.
pastilla
(Eléctrico).
está
señal dañado.
Desgastado.
Sobretensión.
desgastada.
Sensor
La integridad del
sistema eléctrico no envía seña automotor y l sobre determinación d desgaste de
correcto
pastillas.
funcionamiento de frenado.
CONCLUSIONES.
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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA RECTIFICACIÓN a) Cuando el disco ha sido usado más allá de su vida útil, es decir, cuando se han sobrepasado el espesor mínimo expresado por el fabricante como en el caso de
disco de nuestra práctica, aparece un escalón en las pistas del disco que provoca una reducción de la masa del disco. Esto produce la mala disipación del calor debida a la pérdida de masa. b) El desgaste excesivo provocado en el disco de freno utilizado para su rectificado,
según el análisis de fallas; este puede ser más adelante debido a un calentamiento excesivo, provocar la aparición de grietas, así como manchas de color más oscuro debido al sobrecalentamiento de dichas zonas. c) La pérdida de masa del disco provoca que disminuya la conductividad térmica del mismo con lo cual se produce un aumento de la temperatura mucho mayor y
más rápida. Debido a ese exceso de temperatura los discos se deforman con la consiguiente aparición de ruido y vibraciones. d) Con el proceso de evaluación se menciona qué pueden tener los discos y la acción a tomar. Para nuestro caso el disco estaba ligeramente desgastado, habiendo pasado el límite de tolerancia para el rectificado del mismo, esta verificación se la realiza para cerciorarse de que el disco cuente con el espesor suficiente para ser corregido, en caso contrario se debe reemplazar el disco. e) La deformación térmica de un disco de freno depende del calentamiento
excesivo y suele tener los orígenes claramente diferenciados: una conducción en condiciones límite, o la costumbre de algunos conductores de mantener el píe sobre el pedal, ejerciendo poca presión, en descensos prolongados para retener el vehículo. Este problema provoca vibraciones en los discos debido a las transformaciones estructurales del disco sufridas por los excesos de temperatura.
Además estas vibraciones se harán cada vez más pronunciadas con el paso de los kilómetros.
RECOMENDACIONES. INFORME DE LABORATORIO INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
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a) Consulta las especificaciones del fabricante o verifica en el cuerpo del disco la
tolerancia máxima del espesor del disco. b) Realiza una inspección visual del disco rectificado y asegúrate de que el disco no presente grietas o fisuras, si esto ocurre reemplázalo. c) Nunca se deben rectificar los discos a menos que la máquina con el que se cuente tenga la precisión necesaria para ello, y la pasada sea una pasada a limpiar, no a desbastar. Esto significa que para rectificar discos se deben dar una serie de consideraciones, ya que nunca de bemos de sobrepasar el mínimo espesor recomendado por el fabricante. Al igual que no se debe de rectificar discos en tornos, cuya precisión, rigidez de bancada, etc. no sea la requerida para dejar un acabado superficial bueno. d) El polvo producido por el sistema de frenos puede contener partículas que
pueden dañar la salud, por lo que no se debe soplar con aire comprimido y se debe utilizar un cubre bocas para evitar inhalarlo. e) Se debe utilizar los elementos de protección adecuados con el fin de brindar seguridad a los usuarios de los equipos de rectificación, así como también saber
manejar bien las herramientas de trabajo con el propósito de no ocasionar daños a las personas presentes en el taller.
BIBLIOGRAFÍA. Nash, Frederick C. (18 de Septiembre de 1980) [1970]. Fundamentos de mecánica automotriz [Automotive fundamentals]. Traducido por Ing. Juan José Blanco (12
edición). México D.F.: Editorial Diana. pp. 91 y 92. ISBN 9681308654. INFORME DE LABORATORIO INGENIERÍA AUTOMOTRIZ