Pruebas de tracción y compresión

Los ensayos de tracción y compresión son unos de los métodos de ensayo mecánico más utilizados para evaluar el comportamiento de un material o componente bajo cargas aplicadas.

En un ensayo de tracción, una probeta se somete a una fuerza de tracción hasta que alcanza un punto definido, como el límite elástico, la resistencia última a la tracción o el fallo. Esto revela propiedades como la resistencia a la tracción, la rigidez, el alargamiento y la ductilidad. En un ensayo de compresión, la probeta se somete a una fuerza de empuje, a menudo para determinar la resistencia a la compresión, el comportamiento de deformación o el comportamiento de pandeo.

Estos ensayos pueden realizarse como ensayos estáticos, en los que se aplica una carga constante hasta alcanzar un objetivo o punto de fallo, o como ensayos dinámicos, en los que la carga varía con el tiempo para simular condiciones operativas. Los ensayos estáticos suelen utilizarse para la caracterización básica de materiales y el control de calidad, mientras que los ensayos dinámicos o de fatiga permiten conocer la durabilidad a largo plazo y los modos de fallo.

Los sistemas de ensayo electromecánicos, como el MultiTest-dV, se utilizan ampliamente en aplicaciones de tracción y compresión. Combinan un control preciso del motor con sensores de medición digitales, lo que permite realizar ensayos altamente repetibles y capturar datos detallados sobre el rendimiento.

Sistemas electromecánicos y servohidráulicos

En los ensayos de tracción y compresión se utilizan dos tecnologías de accionamiento principales: los sistemas electromecánicos y los sistemas servohidráulicos.

Los sistemas electromecánicos utilizan tornillos o actuadores accionados por motor para aplicar la fuerza. Ofrecen una gran precisión, una excelente repetibilidad y un control preciso en una amplia gama de fuerzas y velocidades. Esto los hace adecuados para aplicaciones que requieren una alta resolución de medición, como el ensayo de ensamblajes delicados, plásticos, elastómeros y pequeñas piezas metálicas. Por ejemplo, la gama MultiTest-dV ofrece un control preciso de la fuerza con una precisión de ±0,1% de la carga indicada, ajustes flexibles de la velocidad de 0,1 mm/min a más de 1.000 mm/min y captura de datos integrada.

Los sistemas servohidráulicos utilizan fluido hidráulico a presión para generar movimiento. Son capaces de generar fuerzas muy elevadas y suelen utilizarse para probar componentes estructurales o de gran tamaño en sectores como el aeroespacial y la automoción. Son adecuados para ensayos cíclicos y de fatiga a alta velocidad, pero requieren más mantenimiento y suelen ser menos eficientes energéticamente que los sistemas electromecánicos.

Pruebas estáticas y de fatiga

Los ensayos estáticos aplican una carga o desplazamiento constante hasta que se produce un punto de ajuste o un fallo. Esto es esencial para determinar propiedades como la resistencia a la tracción, el límite elástico y el módulo de compresión.

Los ensayos de fatiga aplican y retiran cargas repetidamente para reproducir las tensiones que experimentará un componente en servicio. Esto es crucial para predecir la vida útil del producto e identificar posibles puntos de fallo. Los ensayos de fatiga de ciclo alto pueden durar hasta un millón de ciclos con cargas más bajas, mientras que los ensayos de fatiga de ciclo bajo evalúan el rendimiento con tensiones más altas y menos ciclos.

Un ensayo típico implica:

• Preparación de la probeta: la probeta se prepara según la norma pertinente, con dimensiones y acabado superficial controlados. Los materiales que se suelen ensayar son metales, plásticos, elastómeros, materiales compuestos y textiles.
• Montaje en el bastidor de ensayo: la probeta se fija mediante mordazas o fijaciones adecuadas que eviten el deslizamiento o los daños. En los ensayos de compresión suelen utilizarse platos planos o plantillas de compresión.
• Aplicación de la fuerza: la máquina aplica una carga controlada a una velocidad determinada. Las células de carga miden la fuerza aplicada y los extensómetros registran el alargamiento o la compresión.
• Control ambiental: los ensayos pueden realizarse a temperatura ambiente o en cámaras para simular calor, frío o humedad.
• Captura y análisis de datos: las mediciones se registran como curvas de fuerza-desplazamiento o tensión-deformación, que revelan parámetros como el módulo elástico, el límite elástico y la carga máxima antes del fallo.

Sistemas como el MultiTest-dV pueden combinarse con sensores de alta precisión, como células de carga VFG, AFG o ELS. Los extensómetros capturan mediciones precisas de la deformación para garantizar resultados exactos y repetibles.

Aplicaciones industriales

Los ensayos de tracción y compresión se utilizan en múltiples sectores para validar el rendimiento del diseño, garantizar la calidad y cumplir los requisitos normativos:

• Automoción: evaluación de ejes de transmisión, pernos, muelles y elementos de fijación para garantizar un funcionamiento seguro bajo carga.
• Dispositivos médicos: medición de las fuerzas del émbolo de la jeringa, la elasticidad del tubo y la resistencia a la tracción de la sutura de acuerdo con las normas de seguridad.
• Embalaje - Pruebas de fuerzas de empuje y extracción de tapones de botellas, precintos y cierres para equilibrar la resistencia del sellado con la facilidad de apertura.
• Aeroespacial y defensa: evaluación de la integridad estructural de elementos de fijación, soportes y componentes compuestos en condiciones extremas.

Garantía de calidad y ciclo de vida del producto

Cuando se aplican en una fase temprana del desarrollo del producto, estas pruebas ayudan a detectar defectos en los materiales, validar diseños y simular condiciones de servicio. Mediante el uso de software de control y análisis como VectorPro, los ingenieros pueden automatizar las secuencias de ensayo, recopilar conjuntos de datos detallados y generar informes listos para el cumplimiento. Los datos resultantes permiten mejorar los productos y planificar el mantenimiento predictivo.

Mecmesin ofrece una gama de sistemas para ensayos estáticos y cíclicos, incluyendo:

• Comprobadores de fuerza motorizados MultiTest-dV - Sistemas electromecánicos compactos para control de calidad e investigación, que ofrecen un control fino de la velocidad, salidas digitales y compatibilidad con una amplia variedad de mordazas y útiles.
• Comprobadores de materiales de una columna OmniTest - Adecuados para aplicaciones de fuerza media, ofrecen mayor capacidad de carga y adaptabilidad para una amplia gama de tipos de ensayo.
• Comprobadores demateriales de doble columna OmniTest - Diseñados para ensayos de alta carga o de grandes componentes, ofrecen la estabilidad y capacidad necesarias para aplicaciones exigentes.

Todos los sistemas admiten configuraciones de ensayo personalizadas, cámaras ambientales e integración con extensómetros, células de carga de alta precisión y software de análisis avanzado.

Los ensayos de tracción y compresión se rigen por normas internacionales que garantizan la comparabilidad y el cumplimiento de la normativa:

• ISO 527 - Propiedades de tracción de los plásticos
• ISO 7500 - Verificación de los sistemas de medición de fuerza de las máquinas de ensayo
• ASTM D638 - Propiedades de tracción de los plásticos
• ASTM E8 - Ensayo de tracción de materiales metálicos
• ASTM D695 - Propiedades de compresión de plásticos rígidos

En sectores regulados como el aeroespacial, la automoción y los dispositivos médicos, el cumplimiento de estas normas es esencial para la aprobación de productos y la garantía de calidad.

La elección del equipo adecuado para ensayos de tracción y compresión depende de factores como el tipo de material, el rango de fuerzas, la velocidad de ensayo, las condiciones ambientales y las normas aplicables. El equipo técnico de Mecmesin puede asesorarle en la selección del equipo más adecuado y en el desarrollo de procedimientos de ensayo que garanticen resultados precisos, repetibles y conformes a las normas.