Optimización de la superficie de husillos con rosca trapezoidal: análisis tribológico y aplicación

Los husillos con rosca trapezoidal son ideales para soportar cargas pesadas y, por lo tanto, se utilizan con frecuencia en sistemas de elevación de gran capacidad. Tanto el proceso de conformado por laminado de rosca como el proceso de mecanizado por «whirling» (torneado a alta velocidad) pueden utilizarse para fabricar estos husillos. Para mejorar la baja eficiencia de los accionamientos de rosca trapezoidal, es crucial comprender y minimizar las pérdidas por fricción. Como parte de un proyecto de cooperación entre el Instituto de Ingeniería de Producción y Máquinas Herramienta (IFW) y Bornemann Gewindetechnik, se realizaron investigaciones para adaptar el proceso de «whirling» con el fin de optimizar las propiedades tribológicas de los husillos roscados. El proceso desarrollado permite reducir el coeficiente de fricción en los accionamientos de rosca trapezoidal y, por lo tanto, también el par motor requerido. Al utilizar microtexturas obtenidas por «whirling», se puede reducir la pérdida por fricción en un 25,5% y disminuir significativamente el desgaste adhesivo.

1 Introducción

Para la producción de husillos roscados largos, que se utilizan comúnmente en sistemas de elevación, existen diversos procesos de fabricación en competencia, incluyendo el conformado y el mecanizado [1]. Al diseñar el proceso de fabricación de elementos de máquina estandarizados, como los husillos con rosca trapezoidal, no se consideran el comportamiento en servicio y la vida útil [2].

Al diseñar superficies que están sometidas a fricción deslizante, es relevante considerar los regímenes de fricción: fricción límite, fricción mixta y fricción fluida, los cuales se clasifican utilizando la curva de Stribeck [3]. En el estado hidrodinámico, la fuerza se genera por la fricción interna del lubricante [3-5]. Esto es proporcional al área de contacto, la viscosidad del lubricante y la velocidad de cizallamiento del grosor de la película de lubricante. En el caso de la fricción mixta, la película de lubricante se interrumpe en ciertos puntos por picos de rugosidad individuales, los cuales luego contribuyen a la transmisión de carga [4]. Especialmente a bajas velocidades de deslizamiento, esto representa una desventaja en términos de establecer y mantener el estado de lubricación hidrodinámica [6].

El contacto directo entre los dos triboelementos puede conducir a un aumento en el consumo de energía [7]. Las microtexturas pueden tener un efecto beneficioso a través de diversos mecanismos. Por ejemplo, las microtexturas pueden servir como reservorios de lubricante [8], y las elevaciones localizadas en la película de lubricante pueden llevar a un aumento de la presión de apoyo cuando el lubricante fluye sobre ellas [9]. Se puede generar una presión hidrodinámica en las microtexturas definidas. Aquí, tanto los efectos de cavitación [4] como el aumento de la presión de apoyo en microtexturas sucesivas juegan un papel importante [10,11]. Estas investigaciones indican que la topografía superficial de los husillos con rosca trapezoidal ofrece un gran potencial para reducir la fricción mediante microtexturas debido al contacto deslizante altamente cargado.

Las microtexturas para reducir las pérdidas por fricción en los contactos deslizantes pueden inducirse mediante procesos de fabricación como el flycutting o la texturización láser [10,12]. El proceso de «whirling» como proceso de mecanizado ofrece un gran potencial para la microtexturización integrada en el proceso, ya que alcanza una productividad significativamente mayor que, por ejemplo, el fresado de rosca [1,13]. Los estudios sobre texturización superficial mediante «whirling» hasta ahora se han realizado solo como un proceso adicional de texturización y no como una funcionalización integrada del proceso de la textura superficial [14]. Existen diversos enfoques para la microtexturización como un proceso de fabricación separado [12, 15], pero estos requieren grandes esfuerzos de integración debido a un paso adicional en el proceso. En un estudio, Denkena et al. demostraron una mejora en las propiedades tribológicas de superficies sometidas a altas cargas termomecánicas, como en los cilindros, mediante microtexturización [12]. El proceso de «whirling», como método de producción mecanizado, presenta un potencial específico para la funcionalización debido a las texturas superficiales creadas en el flanco de la rosca (Fig. 1).

Un desafío específico al utilizar triboelementos metálicos en fricción deslizante es la aparición de adhesión en casos de lubricación insuficiente o sobrecarga. Esto puede llevar al desgaste adhesivo del compañero de fricción con menor dureza y a una transferencia de material al compañero de fricción con mayor dureza en el contacto deslizante [7,17]. La topografía superficial y el área de contacto real en el contacto deslizante juegan papeles cruciales en el riesgo previamente descrito de adhesión debido a lubricación insuficiente [7,16,17]. El contacto directo de los dos elementos de fricción es un requisito fundamental para la adhesión y se define por el número total de microcontactos. En los contactos deslizantes sometidos a una alta presión superficial, el grosor de la película de lubricante se reduce, lo que lleva a un cambio de fricción mixta a fricción límite y va acompañado de un aumento en el coeficiente de fricción [3].

Denkena et al. también demostraron que las texturas superficiales con poca profundidad pueden llevar a una reducción del coeficiente de fricción y un cambio en el régimen de fricción mixta, donde coexisten tanto la fricción sólida como la fluida [12]. Para los triboelementos de acero-bronce en fricciones deslizantes, una profundidad de textura superficial de 2 a 5 μm ha demostrado ser particularmente favorable para reducir la fricción [16]. Otro fenómeno que puede ocurrir con lubricación insuficiente o bajas velocidades relativas es el efecto stick-slip. Esto provoca que los triboelementos se adhieran durante un breve período antes de que se produzca nuevamente un movimiento deslizante [18]. La aparición frecuente del efecto stick-slip debido a la falta de lubricación conduce a un aumento del desgaste adhesivo y, en consecuencia, a un fallo prematuro del componente [19].

La influencia de las microtexturas en el flanco de rosca cargado de los husillos con rosca trapezoidal sometidos a altas cargas aún no ha sido investigada, pero ofrece un gran potencial para aumentar la eficiencia mediante la reducción de las pérdidas por fricción. Tampoco se tiene conocimiento sobre la influencia de las microtexturas en el desgaste del sistema husillo-tuerca.

Por lo tanto, este trabajo tiene como objetivo abordar esta limitación e investigar la influencia de las texturas superficiales generadas por el proceso de «whirling» sobre el comportamiento tribológico de los husillos con rosca trapezoidal altamente cargados en sistemas de elevación de gran capacidad bajo condiciones reales. El estudio examinará un proceso de «whirling» específicamente desarrollado para la microtexturización integrada en el proceso. A lo largo de la investigación, se presentan diversas texturas superficiales y se evalúa su impacto en la reducción de fricción en el sistema en su conjunto, así como su capacidad para retener lubricante en la superficie y, por lo tanto, prevenir la acumulación adhesiva en el husillo y el desgaste adhesivo en la tuerca.

2 Configuración experimental

2.1 Pruebas tribológicas

El banco de pruebas mostrado en la Fig. 2 se utiliza para investigar la influencia de la topografía superficial en los flancos de rosca con respecto al comportamiento tribológico. Los husillos de prueba con una rosca Tr80×10 mm fueron oscilados a una frecuencia de f = 0,81 Hz a través de un ángulo de ν = 15°. La rotación de un cambio de carga corresponde a una distancia de 0,42 mm de recorrido translacional de la rosca. Con esta configuración, el husillo roscado fue cargado con una fuerza de peso de FG = 91,3 kN durante el ascenso y descenso. Esto corresponde a una presión superficial de p = 5,0 N/mm², que está dentro del rango de carga máxima para los accionamientos de rosca trapezoidal en sistemas de elevación de gran capacidad. Para esta aplicación, se seleccionó el material de la tuerca roscada G-CuSn 7 ZnPb. Se utilizó la grasa DGM HTF 940, especialmente adecuada para aplicaciones de rodamientos deslizantes, como lubricante. La lubricación en la secuencia de pruebas se basó en un intervalo de mantenimiento de un mes. Este intervalo corresponde a la lubricación del conjunto husillo-tuerca cada 167 ciclos. El banco de pruebas fue instalado por Sincotec, que también es el fabricante del sensor de fuerza Interface 125 kN y del sensor de par SincoTec 1200 Nm.

La condición de desgaste de las superficies de los flancos fue analizada para caracterizar las propiedades de fricción de las diferentes topografías superficiales y sus correspondientes texturas superficiales. Para ello, los husillos fueron posteriormente cortados utilizando una cortadora de discos. Con 20,000 ciclos de carga, se mapeó experimentalmente una vida útil de 10 años para los husillos roscados examinados.

Para investigar el comportamiento tribológico, se prepararon cuatro husillos roscados, comparando diferentes parámetros del proceso en el proceso de «whirling» con un husillo rolado (Tabla 1). Para los husillos roscados por «whirling», se seleccionaron los parámetros del proceso para lograr gradaciones definidas entre las alturas de la textura superficial en los flancos de rosca cargados de los hilos. La serie de pruebas 1 incluye husillos roscados producidos mediante el proceso continuo de rolado. Los parámetros específicos del proceso se basan en la experiencia de Bornemann. Sin embargo, la serie de pruebas 2 se sometió a «whirling» con parámetros del proceso correspondientes al estado del arte y se considera como una referencia adicional para la textura superficial recién desarrollada.

En las series de pruebas 3 y 4, las texturas superficiales desarrolladas en este estudio se produjeron en dos etapas, para aumentar tanto la altura de la textura superficial yf como la longitud de la textura superficial sf. Un aumento de estos dos parámetros de textura lleva a un incremento en el volumen de retención de lubricante en la superficie. La serie de pruebas 3 muestra una altura teórica de textura de yf = 2.31 μm con una distancia de textura de sf = 3.67 μm. En la serie de pruebas 4, los parámetros de textura son aún más pronunciados con yf = 3.61 μm y sf = 4.59 μm. Esto demuestra claramente la limitada ajustabilidad de las texturas debido al proceso de «whirling»: un aumento en la altura de la textura yf conduce inevitablemente a un aumento en la longitud de la textura sf.

2.2 Medición de la topografía superficial

El sistema de medición óptica Duo Vario de Confovis GmbH se utiliza para analizar topografías superficiales 3D generadas experimentalmente. Las topografías superficiales se detectan mediante microscopía de luz blanca confocal. La medición confocal se realizó con una lente Nikon 20x/0.45 NA. Para analizar las superficies de los flancos, se utilizó una resolución de medición lateral de 0.20 μm. El área medida, con un ancho de 2.26 mm y una longitud de 8.71 mm, se detectó con una resolución de 0.28 μm. Los husillos de rosca producidos experimentalmente se orientaron en una posición de medición ortogonal al flanco de la rosca.

3 Aplicación y caracterización de la topografía superficial

Los siguientes resultados muestran cómo la topografía superficial en el flanco de la rosca se puede ajustar específicamente mediante el proceso de torneado y cómo se diferencia de la topografía limitada del proceso de enrollado de la rosca. La figura 3 muestra las topografías superficiales del flanco roscado de un husillo roscado trapezoidal enrollado en comparación con un flanco roscado.

La topografía superficial de la serie de pruebas 1 muestra que no se produce textura superficial durante el laminado de roscas. El husillo de rosca en espiral de la serie de prueba 2 no presenta diferencias significativas en la topografía de la superficie en comparación con la serie de prueba 1 y tampoco es reconocible la textura de la superficie. Mediante la adaptación específica del proceso de torbellino, fue posible producir texturas superficiales significativamente más pronunciadas en las series de prueba 3 y 4. En estas series de pruebas, la altura de textura yf y la longitud de textura sf se incrementaron sucesivamente para producir texturas superficiales con una baja proporción de picos, minimizando el contacto directo entre las superficies de los elementos tribo. La mayor distancia entre los picos de textura superficial permite retener el lubricante en los valles del perfil de rugosidad.

Debido a la aparición de efectos de rugosidad estocástica durante el mecanizado, que afecta a la superficie técnica como desviaciones de forma en el cuarto nivel, la textura superficial menos pronunciada de la serie de pruebas 2 se superpone. Debido a esta superposición, los parámetros de textura son difíciles de determinar y presentan una altura de textura baja yf = 0.82 μm y una longitud de textura sf = 1.63 mm. Efectivamente, con esta baja textura superficial, la serie de pruebas 2 no difiere del ejemplo rolado. Los efectos de rugosidad estocástica durante el «whirling» son causados principalmente por la rugosidad en el borde de corte de la herramienta de «whirling», también conocida como astillado. Esto se forma como una marca negativa en la superficie recién creada durante el mecanizado [20]. La topografía de las series de pruebas 3 y 4 muestra surcos característicos y recurrentes generados por el astillado. Si la altura de la textura yf es inferior a la rugosidad Rz en el borde de corte de la herramienta de «whirling», la textura se superpone y la textura característica del proceso de «whirling» no se produce. Esto es evidente en los perfiles de rugosidad de los flancos de la rosca (Fig. 4).

La medición se ve además distorsionada al restar la forma de rosca aproximada matemáticamente de la topografía superficial, lo que da como resultado que las texturas en el borde del rango de medición tengan una altura de textura ligeramente más baja (Fig. 3 y 4).

4 Evaluación tribológica

Los efectos de las texturas de la superficie remolinada sobre el sistema tribológico de tornillo y tuerca en los accionamientos de tornillo trapezoidales para sistemas de elevación de alta resistencia se analizaron utilizando la configuración de prueba descrita en la Sección 2.2. En el diseño de tornillos trapezoidales, a menudo se asume que el coeficiente de fricción es constante para simplificar. Sin embargo, el coeficiente de fricción no puede considerarse una propiedad material, ya que está influenciado por todos los componentes del sistema tribológico. Para poder caracterizar la influencia de la topografía superficial en este sistema, todas las variables influyentes se mantienen constantes. En la serie de pruebas solo se varía la textura superficial inducida por el proceso de fabricación.

4.1 Investigación del coeficiente de fricción

En los sistemas de elevación de alta carga, las roscas de movimiento suelen estar dispuestas verticalmente, por lo que un flanco de rosca cargado se carga tanto durante los movimientos de elevación como de descenso. Para el cálculo del coeficiente de fricción en una rosca trapezoidal, se puede utilizar la fricción en el plano inclinado [21]. La fuerza normal FN se puede calcular a partir de la fuerza de peso FG y la fuerza de fricción FR, que se obtiene del par de fricción necesario para el movimiento rotacional a través de las relaciones geométricas. Esto da lugar a un par de fricción significativamente más alto al elevar. Dado que el par de fricción se mide en el banco de pruebas y la fuerza de peso FG se controla a un valor constante, el coeficiente de fricción μ se puede calcular a partir de estas variables. La determinación separada del coeficiente de fricción μ para el levantamiento y el descenso es posible considerando las diferentes orientaciones de los componentes de fuerza. El curso ejemplar del coeficiente de fricción para estas dos formas de movimiento para el husillo rolado en la serie de pruebas 1 se muestra en la Fig. 5. Considerando las diferentes orientaciones de la fuerza, ambas formas de movimiento muestran un curso similar para el coeficiente de fricción. A pesar de un par de accionamiento más alto, que se requiere para el levantamiento, se puede ver un comportamiento característico del coeficiente de fricción, que se presenta con un husillo roscado trapezoidal durante 20,000 ciclos de carga. El coeficiente de fricción promedio para ambos tipos de movimiento aumenta significativamente al principio de la prueba, alcanza un máximo alrededor de los 2000 ciclos y luego cae a un nivel constante alrededor de los 8000 ciclos. Este comportamiento se denomina fase de rodaje y describe el cambio general en el coeficiente de fricción a lo largo de la prueba, dependiendo del sistema tribológico [22]. El movimiento oscilante sobre una pequeña distancia angular emula una distancia corta de elevación y descenso en un cambio de carga. El perfil de velocidad resultante dentro de un cambio de carga consta de una fase de aceleración, una fase de velocidad constante y una fase de desaceleración, cada una para el levantamiento y el descenso. El efecto stick-slip, que ocurre a bajas velocidades, se favorece particularmente en el punto de reversión de dirección. Este efecto se manifiesta en una breve adherencia de las superficies, seguida de un deslizamiento repentino de los triboelementos. Este movimiento puede generar vibraciones, que se reflejan en una mayor desviación del coeficiente de fricción [19]. En la Fig. 5, este efecto se puede observar en forma de una mayor desviación dentro de los primeros 5000 ciclos de carga.

Un coeficiente de fricción constante para la rosca trapezoidal investigada Tr80× 10mm se alcanza después de aproximadamente 8000 ciclos de carga. Durante la fase de rodaje, se produce un aumento inicial del coeficiente de fricción cuando se prueban las roscas trapezoidales enrolladas, que también va acompañado de una gran desviación del coeficiente de fricción. El mayor coeficiente de fricción se asocia con el mayor desviación, t indica una mayor ocurrencia del efecto de deslizamiento, que puede dar lugar a un mayor desgaste del adhesivo. Debido a las curvas de coeficiente de fricción similares de ambas formas de movimiento, a continuación sólo se considera el movimiento de elevación con mayor fuerza.

Hay una clara diferencia en las curvas de coeficiente de fricción para las superficies mostradas en la Fig. 3. Mientras que las series de prueba 1 y 2 difieren en los procesos de fabricación—rollo de roscas y torneado de roscas, respectivamente—ambas muestras exhiben una topografía superficial similar con casi ninguna textura superficial (Fig. 3). Esta similitud se refleja también en las curvas de coeficiente de fricción (Fig. 6). Mientras que el coeficiente de fricción de la serie de ensayo 1 tiene un máximo significativo, en la serie de ensayo 2 no puede observarse ningún máximo durante la duración del ensayo. Sin embargo, en ambos ensayos se alcanza un nivel constante después de un número similar de ciclos de carga (L = 8000).

El coeficiente de fricción medio μm durante toda la duración de la prueba también asume un valor similar para ambas pruebas. Se observa una fase de rodaje tanto en el husillo roscado whirled como en el husillo roscado rolado, lo que posteriormente conduce a un coeficiente de fricción muy constante con baja desviación a un nivel de μ= 0.1. En la serie de pruebas 3, con una altura de textura de yf= 2.31μm, se observa una fase de rodaje significativamente más corta, que se completa después de aproximadamente 4500 ciclos de carga. El coeficiente de fricción promedio μm se puede reducir a μm= 0.098 en la serie de pruebas 3, en comparación con el husillo rolado (μm= 0.115) y el flanco de rosca whirled sin texturizar (μm= 0.112), lo que corresponde a una reducción del coeficiente de fricción del 14.6%. Una reducción aún más significativa se muestra en la serie de pruebas 4 (yf= 3.61μm), en la que la textura superficial introducida reduce tanto el comportamiento de rodaje en aproximadamente un 44% como también disminuye permanentemente el coeficiente de fricción a un nivel más bajo de μm= 0.085, lo que corresponde a una reducción del 25.5% en comparación con el husillo roscado rolado. No fue posible una reducción completa de la fase de rodaje con este husillo en el sistema tribológico descrito.

4.2 Análisis del desgaste del adhesivo

El desgaste que se produce cuando el husillo y la tuerca entran en contacto es crucial para la vida útil del accionamiento de tornillo trapezoidal. Para identificar los mecanismos de desgaste que se producen en el tornillo de plomo, se examinó la superficie del flanco cargado después de 20.000 ciclos de carga, con una fuerza de peso de FG= 91,3kN y un suministro regular de lubricante (Fig. 7). Después de la prueba, la serie de pruebas muestra un patrón de desgaste claramente diferente en función de la textura superficial del flanco del hilo cargado. Las series de prueba 1 y 2, que se probaron sin texturas superficiales en el flanco de rosca cargado, muestran depósitos de adhesivo pronunciados en el flanco de rosca cargado del husillo roscado. Esto se debe a la eliminación significativa o al desgaste del adhesivo del material de la tuerca. Como la altura de la textura aumenta de la serie de ensayo 3 a la serie de ensayo 4, el grado de desgaste del adhesivo disminuye notablemente (Fig. 7).

Para caracterizar la proporción del flanco cargado cubierto con depósitos adhesivos, se realizó un análisis cromático de imágenes microscópicas para cuantificar los depósitos predominantemente rojos causados por el contenido de cobre en el material de soporte G-CuSn 7 ZnPb. La evaluación del porcentaje de adherencia por área en el flanco de rosca cargado muestra que el tornillo trapezoidal enrollado tiene el mayor porcentaje de adherencia con 36,3% (Fig. 8). La serie de pruebas 2, con los flancos de rosca en espiral, presenta la mayor desviación del área cubierta, con un 27,4% y una desviación estándar del 13,1%. Después de la vida útil simulada experimentalmente, la superficie de esta serie de pruebas se cubre con hasta un 45,4% de residuo de adhesión en algunas áreas. El patrón de desgaste de la serie 4 muestra que una altura de textura de yf= 3,61μm reduce la proporción de desgaste del adhesivo y lo limita a las áreas de los picos de rugosidad (Fig. 8a).

Debido a la baja velocidad de deslizamiento y a la elevada presión superficial en contacto tribológico, la fricción presente en el sistema tribológico se clasifica entre fricción de estado sólido y fricción mixta.

El desgaste del adhesivo en el flanco de la rosca disminuyó de 36,3 a 13,6% en la serie de prueba 3 y aún más a 10,1% en la serie de prueba 4 con las superficies del flanco enrollado en comparación con el husillo roscado enrollado. No se produce adherencia entre los picos de rugosidad pronunciada con una textura superficial claramente pronunciada. Debido a las características del recubrimiento adhesivo, se puede suponer que hay un desplazamiento del límite el régimen de fricción al régimen de fricción mixta. Según Wang et al., el menor número de picos de rugosidad, o en este caso sólo los picos de las texturas superficiales, puede conducir a una reducción del coeficiente de fricción [4]. En estas áreas, se conserva la superficie original creada por el proceso de torbellino.

La disposición sucesiva de las microtexturas también puede favorecer la formación de una película lubricante de bajo espesor, como se describe en [10]. Debido a la reducción de la fricción en estado sólido sobre toda la superficie de contacto, se requiere un par de fricción menor para el movimiento del husillo roscado. El lubricante puede retenerse en las zonas de textura pronunciada, aumentando el espesor de la película lubricante y provocando la fricción del fluido, evitando así el contacto directo entre las superficies. El contacto directo entre los picos de rugosidad de los elementos tribo es una condición necesaria para el desgaste del adhesivo [19].

Como resultado de las texturas superficiales más pronunciadas (Fig. 9b), la proporción de fricción en estado sólido disminuye en contraste con la topografía superficial no texturizada (Fig. 9a). Una textura superficial más pronunciada en el flanco del hilo puede absorber una mayor cantidad de lubricante.

Cuando los triboelementos hechos de diferentes metales entran en contacto, el material se transfiere del cuerpo de fricción con una unión cohesiva más débil, en este caso, la tuerca, al cuerpo base con una unión cohesiva más fuerte, en este caso el husillo roscado [3]. El lubricante adicional en el contacto de fricción da como resultado un menor número de picos de rugosidad en contacto. La formación de depósitos adhesivos en el flanco de rosca cargado se muestra esquemáticamente en la Fig. 9c. La carga progresiva de la superficie de contacto de la tuerca roscada da como resultado la separación de partículas que se depositan en los picos de rugosidad en contacto del flanco de rosca cargado. Estos se forman cada vez más en una capa sobre las áreas en contacto del flanco de rosca cargado (Fig. 10) y evitan el contacto directo entre el material del tornillo y la tuerca. Este proceso continúa hasta que se alcanza un estado estable, y no se transfiere más material desde las capas superficiales de la tuerca al flanco de rosca cargado. Este proceso influye en el comportamiento de rodaje, transitando hacia un estado estable una vez que los picos de rugosidad en contacto se cubren con depósitos adhesivos, lo cual influye en el coeficiente de fricción. La Fig. 10 muestra que los depósitos tienen aproximadamente 2μm de altura y que no hay desgaste abrasivo de la superficie inicial del flanco de rosca cargado.

5 Conclusión y perspectivas

Como parte de este estudio, se ajustaron tres diferentes topografías superficiales mediante el proceso de torbellino y se examinaron sus propiedades tribológicas en husillos roscados trapezoidales. Además de medir el coeficiente de fricción, se examinó el patrón de desgaste de los flancos de rosca cargados del husillo roscado y se cuantificaron los depósitos adhesivos.

En comparación con los husillos roscados, se ha demostrado que las texturas superficiales en el flanco de rosca cargado de un husillo roscado utilizado en sistemas de elevación de alta resistencia proporcionan un valor añadido significativo. El proceso de roscado permite la producción de una mayor variedad de texturas superficiales, lo que resulta en una reducción del 25,5% en el coeficiente de fricción. Esta reducción en el coeficiente de fricción lleva a una disminución proporcional en el consumo de energía del sistema global, considerando el soporte específico del sistema de elevación, ya que la eficiencia está influenciada significativamente por el contacto de fricción entre el husillo y la tuerca. Además, se ha demostrado que la superficie original de un husillo roscado texturizado mediante el proceso de roscado permanece en su mayoría intacta después de una vida útil experimentalmente simulada de 10 años. Esto indica que la proporción de fricción en estado sólido, donde los picos de rugosidad del husillo y la tuerca están en contacto directo, podría reducirse. Con las texturas superficiales presentadas, el desgaste adhesivo en el flanco de rosca en la serie de pruebas 4 se redujo al 10,1%, en comparación con el 36,3% de un husillo roscado.

Aunque se emuló toda la vida útil de 10 años de un husillo roscado en la prueba, no se presenta la vida útil de la tuerca roscada. Mientras que solo una parte del husillo está sujeta a contacto tribológico, el hilo interno de la tuerca experimenta una carga continua, lo que resulta en una exposición significativamente mayor a la interacción tribológica. Investigaciones futuras podrían centrarse más en este aspecto del sistema de fricción, especialmente considerando el desafío de medir el desgaste de la tuerca. Otro resultado positivo de un husillo roscado con una textura superficial pronunciada podría ser la reducción del desgaste en el cuerpo de fricción opuesto, en este caso, la tuerca.

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Agradecimientos

Los autores agradecen al Ministerio Federal de Asuntos Económicos y Acción Climática (BMWK) por la financiación y al socio del proyecto Bornemann Gewindetechnik GmbH & Co. KG por la cooperación constructiva y cercana.

Financiación

Las investigaciones fueron financiadas por el Ministerio Federal de Asuntos Económicos y Acción Climática (BMWK) como parte de la Innovación Central.

Contribución de los Autores

B. Denkena revisó y editó el manuscrito junto con B. Bergmann. C. Wege desarrolló el concepto de este trabajo, realizó los experimentos, analizó los datos y escribió el manuscrito. M. von Soden y H. Gereke-Bornemann fabricaron las herramientas y proporcionaron el equipo experimental.

Financiación

La financiación de acceso abierto fue habilitada y organizada por Projekt DEAL.

Conflicto de intereses

B. Denkena, B. Bergmann, C. Wege, M. von Soden y H. Gereke-Bornemann declaran que no tienen intereses en conflicto.

Open Access

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• Springer Nature, 24.05.2024