4.2. FRICCIÓN. La fricción es la resistencia al movimiento que ofrecen dos cuerpos en contacto en movimiento relativo.
Sus efectos son apreciados en varios procesos de manufactura como por ejemplo durante la operación de forjado, se forma lo que se denomina abarrilamiento en la cual se impide el flujo del metal debido a la fricción contra las superficies del dado. Ciertas operaciones operacione s requieren fricción, por ejemplo, el laminado. Sin la fricción el material de abajo no podría ser arrastrado dentro de la estrecha separación entre los rodillos. Los efectos de la fricción pueden redundar en un efecto positivo o negativo según lo que se busque, y perjudicial en todos los procesos tribológicos.
La fricción se puede presentar de dos formas, el coeficiente entre la fuerza necesaria para iniciar el movimiento y el peso, se le denomina coeficiente de rozamiento estático, siendo mayor la fuerza requerida para iniciar el movimiento que para mantener el movimiento, y a éste se le denomina coeficiente de rozamiento dinámico.
Cuando el bloque esta a punto de moverse (movimiento inminente), la fuerza horizontal F alcanza un cierto valor (llamado F s ) que vence la fricción y el bloque comienza a deslizarse. Esto define el coeficiente de fricción estática -µ s- :
El coeficiente de fricción cinético es el que se aplica en la mayoría de los procesos por el movimiento relativo entre las superficies involucradas. Esta se define como:
Donde µ k = coeficiente de fricción cinético, F k = fuerza cinética (aprox. 75% de la fuerza estática) y N = fuerza normal. Una explicación de la fricción aceptada comúnmente es la teoría de la adhesión, la cual sostiene que dos superficies deslizantes (no lubricadas) están en contacto una con la otra sólo en una pequeña fracción del área aparente entre ellas. Esto es verdad aun cuando las superficies sean bastante lisas. Cuando se observan en una vista ampliada, cada superficie se caracteriza por asperezas microscópicas que hacen contacto con su opuesta sólo en ciertos puntos. Estos puntos comprenden el área real de contacto A r entre las dos superficies las cuales soportan la carga normal incrementándose los esfuerzos en dichos puntos ocasionando deformaciones plásticas y adhesión en algunos casos, como se aprecia en la Figura.
Estos contactos están influenciados influenciados por el tipo de materiales en contacto y su condición (qué tan limpia y seca está la superficie, por ejemplo). Para romper estos enlaces adhesivos conforme las superficies se mueven, una con respecto a la otra, se requiere un a fuerza F , la cual se aplica contra las uniones como una fuerza cortante. Estas conexiones suman un área equivalente al área real de contacto. De la misma manera, la fuerza normal N implica la resistencia a la fluencia del material (la resistencia a la fluencia del material más débil) aplicada sobre el área real de contacto. Entonces podemos definir el coeficiente de fricción de acuerdo a la teoría de la adhesión como:
Donde T = esfuerzo cortante e Y = esfuerzo de fluencia a la compresión de la aspereza. Para la mayoría de los materiales esta ecuación predice un valor más alto que el normalmente observado. Sin embargo, parece más realista cuando consideremos que la adhesión ocurre probablemente probablemente en una cierta fracción de las asperezas debido a la variación en la altura de dichas asperezas, a la limpieza y otros factores. En los casos donde se fuerzan dos metales en estrecho contacto, el coeficiente de fricción alcanza valores muy altos. 4.2.1. Fricción Seca. Se presenta por deslizamiento o por rodadura cuando un objeto sólido seco, es movido tangencialmente con respecto a otra superficie o cuando intenta hacer tal movimiento.
4.2.2. Fricción Fluida. Es la resistencia al movimiento que ofrece un fluido interpuesto entre dos superficies con movimiento relativo, debido al rozamiento entre sus capas moleculares moleculares..
4.2.3. Causas de la fricción. Los factores más relacionados con todos los procesos tribológicos son: Lubricación. Una película apropiada interpuesta entre dos Lubricación. superficies reduce la fricción entre dos elementos.
Carga. Reduce el espesor de la película lubricante, pero incrementa Carga. la cohesión entre sus capas. Influye directamente en la fricción y es un factor que no se puede controlar, ya que hacen parte de los mecanismos: su propio peso, y la carga que transmite. Geometría de las partes. partes. La forma de los elementos influye considerablemente: considerable mente: por deslizamiento o por rodadura. Perfil de la superficie metálica. metálica. El método y el proceso de mecanizado y el estado de las superficies tienen una notable influencia en la fricción y el desgaste, tanto de orden mecánico como físico, la cual se manifiesta en: asentamiento, fijación y extensión de la película lubricante, resistencia y continuidad de la película del lubricante, proceso de desgaste, fenómenos fenómenos de la fricción, régimen de lubricación. Materiales. Dependiendo del tipo de material y aleaciones presenta Materiales. presenta un mayor o menor coeficiente de fricción.
También es importante conocer los tratamientos térmicos, mecanizados, etc., una pieza metálica mecanizada no solo es definida dimensionalmente, dimensionalme nte, se ha de tener en cuenta el tipo de estructura, la cual esta compuesta por la capa absorbida, superficial amorfa, subyacente, y las internas. Tolerancias en el diseño de elementos mecánicos. mecánicos. Se deben calcular exactamente para evitar que se puedan producir daños debido a la falta de película lubricante cuando las tolerancias son muy reducidas. Unos de los factores que se deben tener en cuenta: la temperatura de funcionamiento, carga, velocidad, lubricante a emplear, contaminantes en la atmósfera, materiales empleados y las áreas de contacto. Acabado superficial. superficial. El coeficiente de rozamiento es mayor cuando la superficie es áspera y menor para superficies pulidas.
Adhesividad. Esta relacionada con la capilaridad superficial del Adhesividad. lubricante el cual dependerá del acabado superficial. Las irregularidades ayudan a retener el lubricante permitiendo una mayor adherencia.
Temperatura de operación . Esta determinada también por el acabado superficial, a mayor aspereza incrementa su temperatura.
Partículas abrasivas . Estas pueden ser causadas por desprendimie desprendimientos ntos superficiales o por contaminación atmosférica; atmosférica; aumentando directamente la fricción. Toda máquina y elemento es diseñado y construido para realizar un trabajo, el cual se puede ver afectado indirectamente por algunas de las causa mencionadas anteriormente anteriormente y las cuales las podemos apreciar en: generación de calor, pérdida de potencia, y daños superficiales. Esto ocasiona incrementos en los costos de producción y mantenimiento del equipo. El control de la fricción se realiza desde los diseños de la máquina o elemento, materiales adecuados, acabados superficiales, propiedades de los lubricantes.
