Fuerza alta
El muelle más grueso para un mismo diámetro exterior. Recorrido reducido. Ideal cuando el espacio axial es escaso y la fuerza requerida es elevada — embragues, válvulas de seguridad, precarga pesada.
Muelles de platillo
DIN 2093 / DIN EN 16983
Stock permanente
300+ referencias estándar
Entrega
24 h península · 3–14 d internacional
Ø exterior
8 — 250 mm (estándar)
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¿Qué son los muelles de platillo?
Arandelas cónicas con propiedades elásticas, conocidas como muelles de platillo, muelles de disco o arandelas Belleville. La norma DIN 2093 / DIN EN 16983 establece todas las características dimensionales, mecánicas y de tratamiento térmico que deben cumplir estas piezas.
Su principal ventaja frente a los muelles helicoidales tradicionales es la capacidad de generar fuerzas elásticas muy elevadas en alojamientos comparativamente pequeños y con deflexiones reducidas.
Al apilarlos en serie o en paralelo es posible ajustar tanto la fuerza como el desplazamiento total del conjunto al valor exacto requerido por la aplicación. Sus propiedades elásticas permiten trabajar tanto en aplicaciones dinámicas (ciclos repetidos de carga y descarga) como estáticas (precarga permanente).
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Series A, B y C según DIN 2093 / DIN EN 16983
La norma DIN 2093 / DIN EN 16983 clasifica los muelles estándar en tres series según la relación entre el diámetro exterior (De) y el espesor del material (t). Para cada diámetro exterior definido por la norma existen tres versiones con diferente nivel de fuerza — habitualmente referidas mediante la letra de serie y el diámetro exterior (por ejemplo: A-50 o B-71).
NOTA
Además de las tres series estándar, es posible fabricar muelles con espesores intermedios que, cumpliendo igualmente la norma, no corresponden a ninguna de las tres series tabuladas.
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Superficies de apoyo · t vs. t′
La norma DIN 2093 / DIN EN 16983 recomienda que los discos con espesor superior a 6 mm se fabriquen con superficies de apoyo. Estas superficies aumentan la zona de contacto entre los platillos, mejorando la distribución de tensiones y reduciendo el desgaste.
En los muelles con superficies de apoyo hay que distinguir entre el espesor teórico del material (t) y el espesor reducido (t′) que es el espesor real del muelle en la zona de contacto. La diferencia entre t y t′ es relevante al diseñar un apilamiento en paralelo, ya que afecta directamente a la altura total del conjunto.
En catálogo
En el catálogo de Surisa es posible encontrar el mismo muelle con y sin superficies de apoyo; en muchos casos ambas versiones son intercambiables, pero dependiendo de la aplicación una puede ser más adecuada que la otra.
FIG · sección comparativa
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Definiciones y parámetros técnicos
Los siguientes parámetros aparecen en planos, hojas de cálculo y tablas de catálogo. Familiarizarse con la nomenclatura es esencial para solicitar correctamente una referencia o validar un apilamiento.
| Parámetro | Significado |
|---|---|
| De | Diámetro exterior del muelle |
| Di | Diámetro interior del muelle |
| t | Espesor teórico del material |
| lo | Altura total libre · lo = t + ho |
| t′ | Espesor reducido — sólo en muelles con superficies de apoyo |
| ho | Deflexión máxima · recorrido libre |
| F(0,75 ho) | Fuerza en N al 75 % de la deflexión máxima — carga dinámica recomendada de trabajo |
Fórmula de altura total: lo = t + ho
FIG · cotas técnicas
— Especificaciones de catálogo
- Norma de referencia DIN 2093 · DIN EN 16983.
- Rango de Ø exterior (De) 8 – 600 mm en catálogo estándar. Fabricación a medida hasta 1.000 mm.
- Espesor del material (t) 0,2 – 24,0 mm. Superficies de apoyo recomendadas a partir de t > 6 mm.
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Apilamientos en serie y en paralelo
Los muelles de platillo pueden combinarse en apilamientos para obtener características de fuerza y desplazamiento a medida. La elección entre serie, paralelo o configuración mixta es una de las decisiones de diseño más importantes en un sistema de muelles de disco.
Misma orientación
Los muelles se apilan directamente. El desplazamiento total es igual al de una sola pieza; la fuerza aumenta proporcionalmente al número de unidades.
Contrapeados
Los muelles se colocan alternando la orientación. La fuerza resultante es igual a la de una sola pieza; el desplazamiento total se multiplica de forma directamente proporcional al número de unidades.
Combinación serie-paralelo
Combina las ventajas de serie y paralelo: ampliar el recorrido disponible manteniendo niveles de fuerza elevados. Permite además apilar muelles de diferente espesor en un mismo stack, generando una curva F/s escalonada — los de menor espesor alcanzan su deflexión máxima primero y, a partir de ese punto, la fuerza necesaria para continuar el desplazamiento aumenta progresivamente al ser mayor la rigidez del stack restante.
FIG · configuraciones de apilamiento
FIG · aplicaciones reales
— Reglas prácticas para el dimensionado
- Pretensado mínimo recomendado
- ≥ 15 % del recorrido total
- Carga dinámica máxima recomendada
- ≤ 75 % del recorrido total — F(0,75 ho)
- Pérdida por relajación inicial
- ~ 5 % durante las dos primeras semanas de montaje
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Guiado y lubricación del apilamiento
El correcto funcionamiento de un apilamiento de muelles de platillo depende en gran medida de su montaje. La histéresis producida por el rozamiento entre los propios muelles y entre estos y los elementos de guiado puede alterar la curva fuerza-desplazamiento real respecto a la teórica.
— Guiado
El método más habitual es el guiado por diámetro interior mediante un eje. También es posible el guiado exterior mediante casquillo y existe además el autoguiado. Para las dos primeras opciones deben respetarse las tolerancias de la norma DIN 2093 / DIN EN 16983.
Las superficies de guiado en contacto con las piezas deben estar pulidas y endurecidas a un mínimo de 55 HRC en una profundidad de 0,80 mm. En apilamientos largos pueden ser necesarios discos planos separadores para evitar el pandeo.
— Lubricación
Es imprescindible tanto entre los propios muelles como entre estos y el guiado. Se recomienda la utilización de grasas con bisulfuro de molibdeno (MoS₂). Para aplicaciones donde la fricción es crítica, existen soluciones de guiado especial con anillos o bolas entre las piezas que sustituyen el guiado tradicional y eliminan el rozamiento deslizante (autoguiado).
— Tolerancias de guiado · DIN 2093
| Diámetro · Di o De (mm) | Tolerancia (mm) |
|---|---|
| Hasta 16 | 0,2 |
| > 16 a 20 | 0,3 |
| > 20 a 26 | 0,4 |
| > 26 a 31,5 | 0,5 |
| > 31,5 a 50 | 0,6 |
| > 50 a 80 | 0,8 |
| > 80 a 140 | 1,0 |
| > 140 a 250 | 1,6 |
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Fatiga y relajación de los muelles de platillo
Durante los ciclos de trabajo, los muelles de platillo experimentan variaciones en sus tensiones internas. La amplitud de estas variaciones determina el número de ciclos que pueden soportar antes de fracturarse por fatiga. Para una vida útil larga se recomienda que trabajen con una pre-compresión del orden del 15 % y una compresión máxima que no supere el 75 % de su desplazamiento total.
— Fatiga
Predicción de ciclos por desplazamiento
No es posible predecirla con exactitud, pero conociendo el desplazamiento inicial y final del recorrido dinámico es posible estimar el número de ciclos esperado. Este cálculo es especialmente útil para comparar configuraciones de apilamiento alternativas.
Tratamiento térmico
- Austenizado Mejores cualidades elásticas
- Templado + shot peening Excelente resistencia a fatiga
— Relajación
El proceso de presetting
El presetting (o predeformación plástica controlada) es un proceso mediante el cual el muelle de platillo se comprime hasta su altura plana (s = h₀) —o incluso más allá— con el objetivo de inducir tensiones residuales de compresión en las zonas críticas, mejorando su comportamiento en servicio. Se realiza después del tratamiento térmico de revenido, una vez que el muelle ha adquirido sus propiedades mecánicas definitivas. La deformación plástica localizada introduce tensiones residuales de compresión en las fibras exteriores de las zonas de mayor solicitación (especialmente en el borde interior superior e inferior), y puede realizarse en una o varias pasadas según las especificaciones del muelle.
Presetting en frío. Es la modalidad más habitual. El muelle se comprime a temperatura ambiente hasta su altura plana, superando de forma controlada el límite elástico del material. Las tensiones residuales de compresión quedan fijadas en las zonas críticas una vez retirada la carga.
Presetting en caliente. El muelle se comprime hasta su altura plana mientras se mantiene a temperatura elevada —típicamente entre 200 °C y 500 °C según el material— durante un tiempo determinado, enfriándose después de forma controlada. Frente al presetting en frío aporta:
- Mayor estabilidad dimensional frente a la relajación en servicio, especialmente en aplicaciones a temperatura elevada.
- Menor pérdida de altura libre (set) cuando el muelle opera en entornos calientes.
- Mayor efecto en materiales de alta resistencia (Inconel, aceros inoxidables, aleaciones especiales), cuyo límite elástico es difícil de superar a temperatura ambiente, con menor riesgo de daño superficial.
- Mejor resistencia a la fatiga a alta temperatura, al ser las tensiones residuales más estables térmicamente.
Como contrapartida, requiere equipos específicos de calentamiento controlado y un mayor control del proceso, lo que incrementa el coste frente al presetting en frío.
Efectos del presetting. Aumento de la capacidad de carga, mejora de la resistencia a la fatiga, reducción del set (pérdida de altura libre bajo carga sostenida) y estabilización dimensional del muelle antes de su puesta en servicio.
Verificación. Tras el presetting se comprueba la altura libre (lo) dentro de tolerancia según DIN 2093, la fuerza a deflexión nominal en banco de ensayo y la ausencia de grietas o marcas inadmisibles en la superficie.
El presetting no sustituye al tratamiento térmico, sino que lo complementa. Su efecto es especialmente significativo en muelles de Serie C (mayor relación h₀/t), por la mayor deformación plástica posible. La elección entre presetting en frío o en caliente debe basarse en el material del muelle, la temperatura de servicio y los requisitos de estabilidad dimensional de la aplicación.
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Materiales, tratamientos y acabados
Los muelles de platillo Surisa se fabrican en una amplia gama de materiales, desde el acero al carbono estándar de catálogo hasta aleaciones especiales para servicio a alta temperatura o entornos corrosivos. El tratamiento térmico y el acabado superficial son determinantes para la vida útil del apilamiento.
— Materiales disponibles
Acero al carbono · muelle
Uso general industrial · estándar de catálogo
Acero inoxidable
Corrosión · alimentación · químico · farmacéutico
Aleaciones especiales
Alta temperatura · entornos extremos · aeroespacial
— Tratamientos y acabados
- Pre-setting Obligatorio según DIN 2093 · garantiza estabilidad dimensional bajo carga
- Austenizado Mejores cualidades elásticas · vida útil máxima en aplicaciones dinámicas
- Templado + revenido + shot peening Alternativa al austenizado · excelente resistencia a fatiga
- Fosfatado · pavonado Protección anticorrosión base · acabado estándar de catálogo
- Recubrimiento GEOMET 720 horas en niebla salina
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Aplicaciones industriales de los muelles de platillo
Los muelles de platillo DIN 2093 / DIN EN 16983 se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones industriales donde se requiere una fuerza axial elevada en espacio reducido.
Automoción y maquinaria pesada
Precarga · embragues · válvulas
Precarga de rodamientos, sistemas de embrague, válvulas de seguridad y actuadores neumáticos / hidráulicos. La elevada fuerza por volumen permite integrar el muelle dentro de cuerpos de válvula y carcasas de transmisión.
Petróleo y gas
Uniones embridadas · válvulas · herramientas de perforación
Apilamientos en serie-paralelo y muelles individuales para absorber dilataciones térmicas y/o vibraciones, alargando los ciclos de servicio / mantenimiento.
Energía · turbinas y generadores
De 150 — 400 mm · aceros HT
Compensación de dilataciones térmicas en estructuras de calderas, soportes de tuberías de vapor y sistemas de suspensión flexible. Aceros aleados para servicio a alta temperatura.
Ingeniería de precisión
Herramientas · prensas · amarres
Sistemas de sujeción de herramienta en husillos (broca, taladro, fresa), precarga de matrices, pinzas hidráulicas y prensas.
Construcción e infraestructuras
Anclajes pretensados · amortiguación
Apoyos elastoméricos, amortiguadores de vibración y anclajes.
Industria química y farmacéutica
Bridas · juntas a presión constante
Uniones embridadas y absorción de dilataciones en procesos frío-calor. Versiones en acero inoxidable AISI 301 / 304 / 316 para entornos corrosivos.
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Preguntas frecuentes
01 ¿Cuándo es necesario usar un muelle de platillo con superficies de apoyo?
La norma DIN 2093 / DIN EN 16983 recomienda superficies de apoyo cuando el espesor del material supera los 6 mm. Las superficies de apoyo aumentan la superficie de contacto entre los muelles, mejorando la distribución de tensiones y reduciendo el desgaste en aplicaciones dinámicas. En apilamientos en paralelo es imprescindible considerar el espesor reducido t′ (en lugar de t) para calcular correctamente la altura total del conjunto.
02 ¿Cómo se calcula un apilamiento en serie y en paralelo de muelles de platillo?
En un apilamiento en serie (muelles contrapeados, alternando orientación) la fuerza es igual a la de un solo muelle y el desplazamiento total se multiplica por el número de piezas. En paralelo (misma orientación) el desplazamiento es el de un solo muelle y la fuerza se multiplica por el número de piezas. Para apilamientos combinados, el programa de cálculo de Surisa obtiene la curva fuerza-desplazamiento completa.
03 ¿Qué lubricante se recomienda para muelles de platillo DIN 2093?
La lubricación es imprescindible tanto entre los mismos muelles como entre estos y el guiado. Se recomienda la utilización de grasas con bisulfuro de molibdeno (MoS₂). Para aplicaciones donde la fricción es crítica, existen soluciones de guiado especial con anillos o bolas entre las piezas que sustituyen el guiado tradicional y también el rozamiento (autoguiado).
04 ¿Es posible fabricar muelles de platillo en materiales especiales o fuera de las medidas DIN 2093?
Sí. Además del catálogo estándar en acero al carbono para muelles (51CrV4, Ck67, C75S), Surisa fabrica muelles de platillo en acero inoxidable AISI 301, 304 y 316, así como en aleaciones especiales tipo Inconel o Nimonic para servicio a alta temperatura. También se fabrican en diámetros y espesores diferentes a los sugeridos por la norma.
05 ¿Por qué un apilamiento de muelles pierde fuerza con el tiempo?
Cualquier muelle de platillo sometido a carga de compresión constante durante un periodo prolongado experimenta una disminución gradual de fuerza por relajación del material. Para minimizarla, todos los muelles fabricados según DIN 2093 / DIN EN 16983 se someten a un proceso de pre-setting: se aplanan completamente y se descartan los que no recuperan su altura inicial. Como referencia, un apilamiento tiende a perder aproximadamente un 5 % de fuerza en las dos primeras semanas de montaje, estabilizándose a partir de entonces.
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