Preguntas frecuentes sobre muelles de platillo
y arandelas Belleville

Los muelles de platillo son piezas fabricadas para trabajos dinámicos. Por este motivo, el tipo de acero empleado y los tratamientos a los que se les somete durante su fabricación están destinados a conferirles propiedades elásticas que se mantengan con el tiempo. Las arandelas de presión, en cambio, son piezas orientadas a aplicaciones estáticas, a las que se les exige una alta resistencia a la compresión, la cual son capaces de mantener, pero cuya capacidad de recuperación para nuevas compresiones es muy baja.

La vida útil de estas piezas depende de muchos factores y no es posible determinarla con exactitud. Sí que es posible realizar una estimación, cuya mayor utilidad es ayudarnos a decidir entre dos o más posibles soluciones para una misma aplicación. En función del trabajo (fuerza y desplazamiento) al que vamos a someter la pieza, podemos calcular el número de ciclos que puede soportar. En este aspecto es de vital importancia entre qué puntos del recorrido de la pieza se va a realizar el trabajo, siendo lo ideal que esté pre-comprimida al menos al 15 % y que su recorrido no supere el 75 % del total. Aspectos como el rozamiento, la temperatura y los ambientes corrosivos varían de forma drástica esta estimación, por lo que siempre deben considerarse. Finalmente, estos aspectos son válidos para muelles fabricados con fiel cumplimiento a la norma (DIN 2093 / DIN EN 16983), ya que el uso de aceros de menor calidad, así como tratamientos térmicos incompletos, reducen en mucho la vida útil de la pieza. El «austenizado» o la combinación de «templado y revenido» junto con «shot peening» son los tratamientos que garantizan la mayor duración en muelles de platillo.

Ambas soluciones presentan ventajas e inconvenientes. La respuesta depende del tipo de agente corrosivo al que deban resistir y de la aplicación a la que irán destinados. En general, los aceros inoxidables presentan una mejor protección frente a la mayoría de los agentes corrosivos; sin embargo, en algunos casos como el cloruro de magnesio, los recubrimientos se muestran más eficaces. Por otro lado, en aplicaciones dinámicas, las diferentes características del material pueden hacer que un material estándar con mejores propiedades elásticas junto con un buen recubrimiento sea más duradero que un acero inoxidable. Cada situación debe analizarse individualmente, y factores como el plazo de entrega o el coste de la solución pueden ser determinantes.

No hay limitación en cuanto a la longitud de los apilamientos, aunque sí deben tenerse en cuenta algunos aspectos. A mayor longitud se incrementa la posibilidad de pandeo del apilamiento, con el consiguiente rozamiento que ello provoca con el guiado. Para evitarlo, se recomienda insertar arandelas planas separadoras en el apilamiento. Estas arandelas deben insertarse de tal forma que los tramos entre ellas no superen 3 veces el diámetro exterior de los muelles de platillo que conforman el conjunto. De todas formas, debe tenerse en cuenta que, incluso con arandelas separadoras, cuanto más largo sea el apilamiento, más se incrementará el rozamiento.

El muelle de platillo, al ser sometido a una carga constante, sufre con el tiempo una relajación que motiva una disminución de su fuerza. La pérdida se produce al principio y tiende luego a estabilizarse. Esta pérdida no es posible determinarla con precisión, ya que depende de varios factores. De todas formas, sí es posible estimar que un apilamiento perderá un 5 % de su fuerza en las dos primeras semanas, siendo ya despreciable la pérdida que pueda sufrir posteriormente. Dependiendo de la calidad del muelle (material y fabricación), esta pérdida puede variar. De cara a asegurar un buen comportamiento de la pieza en la relajación, el tratamiento de pre-setting en su fabricación es de vital importancia. Este tratamiento consiste en aplanar completamente el muelle y desechar aquellas piezas que no sean capaces de recuperar la altura inicial.

Las propiedades elásticas de un muelle de platillo se ven afectadas por la temperatura. En nuestro programa de cálculo es uno de los valores que se tienen en cuenta para calcular el comportamiento de un apilamiento, puesto que el módulo de elasticidad varía con la temperatura. Para el material estándar (50CrV4), se considera que el rango de temperatura en que puede operar normalmente va desde −50 °C hasta 100 °C, teniendo en cuenta que dentro de este rango su elasticidad variará. Para temperaturas superiores o inferiores deberían usarse piezas fabricadas en materiales con resistencia a esas temperaturas. Materiales como el 17-7PH (1.4568), que trabaja desde −200 °C hasta 300 °C, o el Inconel 718, cuyo rango térmico está entre −260 °C y 700 °C, son los más habituales en estos casos.

Sí. Cada material tiene un módulo de elasticidad diferente, por lo que al realizar un cálculo con un apilamiento debemos tener en cuenta de qué material se trata, ya que el resultado será diferente. Además, para un mismo material, su módulo de elasticidad también varía en función de la temperatura de trabajo, tal como se explica en la pregunta anterior.

Las arandelas de brida son un tipo de muelles de platillo. La principal diferencia radica en la relación De/Di. Para las arandelas de brida esta relación se encuentra alrededor de 1,75. Este hecho permite a las arandelas de brida ser usadas en lugares donde los pernos de unión se encuentran muy cerca entre sí.

Por otro lado, y como regla general, la fuerza en posición 100 % comprimida de una arandela del tipo de brida es mayor si se compara con otra de DIN 2093 / DIN EN 16983 de igual diámetro exterior y espesor. Esto es así para cubrir la demanda de fuerza requerida en la mayoría de aplicaciones donde son utilizadas.

La respuesta a esta pregunta depende de la aplicación. En la mayoría de los casos es suficiente con la utilización de un solo muelle. En otras aplicaciones con mucha dilatación se pueden poner dos muelles, uno de cada lado. Consulte nuestro departamento técnico para el cálculo de la cantidad de muelles.

La respuesta a esta pregunta depende de la aplicación. Hay muchas situaciones donde este hecho es apropiado y muchas otras donde no lo es. Nuestros muelles de platillo están diseñados para que no se dañen incluso si se los comprime hasta el 100 % de sus posibilidades. Esto no significa que deban cargarse hasta el 100 % en todos los casos. Hay aplicaciones donde el muelle debe utilizarse a una carga considerablemente inferior respecto a su máxima carga. Por ejemplo, cuando la alta temperatura puede dañar el muelle, es necesario usar un muelle fuerte para mantener las tensiones en niveles bajos y disminuir la posibilidad de rotura.

Esta es una pregunta muy frecuente. La determinación de la carga adecuada para arandelas muelles de brida puede aproximarse teniendo en cuenta los siguientes pasos:

1. Decidir qué carga o torque debe utilizarse para un correcto sellado de la unión. Si es una unión entre bridas, el fabricante de la junta debe indicar el valor. En el caso de una conexión eléctrica, el diseñador de dicha conexión debe proporcionarlo.
2. Decidir qué material debe utilizarse en la producción de la arandela muelle. Generalmente se sugiere un material similar al de los pernos a utilizar en la unión.
3. Si se determinase que el muelle puede ser utilizado al 100 % de la carga, simplemente se debe seleccionar un muelle de la lista cuya carga máxima sea similar a la carga de diseño de la junta. Puede ser necesaria la utilización de arandelas muelles en paralelo para alcanzar el valor de carga buscado. Teóricamente, la carga de diseño debe estar entre el 90 % y el 100 % de la carga máxima del muelle.
4. Comprobar que el muelle o los muelles seleccionados caben en el espacio disponible de la aplicación.

El presetting es parte del proceso de fabricación de los muelles de platillo de alta calidad. Este proceso lleva momentáneamente a la posición de flat (máxima compresión posible) al muelle de platillo. La pieza es primero fabricada a una altura un poco mayor a la altura definitiva. Durante el presetting, los muelles ceden a su altura de diseño. El objetivo de este procedimiento es mejorar la vida a fatiga así como las prestaciones generales del muelle, tales como la relajación o la precisión en los valores de fuerza frente a desplazamiento.

A algunos muelles de platillo no se les somete al presetting debido a que es un procedimiento poco práctico y costoso para muelles pequeños y delgados. Las arandelas muelles de brida raramente son preseteadas, ya que normalmente no trabajan a fatiga y deben cumplir con tolerancias de fabricación muy estrechas.

Muchos usuarios se quejan de que es difícil determinar cuándo se ha llegado al 100 % de la carga que resiste el muelle, temiendo por una sobrecarga que causaría el efecto contrario al deseado (rigidizar la unión).

La forma más adecuada para controlar la carga sobre la unión es controlando el torque que se aplica al tornillo en el momento del montaje. Por esta razón uno de los datos que aparecen en el listado de estas arandelas es el torque de apriete. Aplicando dicho torque a la unión y teniendo un coeficiente de fricción estándar para el acero de 0,2, se logra que el muelle entregue su carga máxima sin excederla. Esta operación debe realizarse con una llave que posea torquímetro.

Ecuación a utilizar: T = K · Fi · d

• T — Momento torsor o de apriete (N·m)
• K — Coeficiente de rozamiento (≈ 0,2)
• Fi — Fuerza que se genera en el perno y que por tanto se transmite al muelle (N)
• d — Diámetro del perno utilizado en metros (M10 = 0,01 m; M12 = 0,012 m; M20 = 0,02 m)

Sí. Utilizando materiales estándares como el Inconel 718 y el Fósforo Bronce 510.

Los más habituales son el AISI 301 y el 17-7PH. El AISI 301 es el menos costoso y ofrece una buena resistencia a la corrosión, pero al fabricarse por estampación en condición «work hardened», el rango de tamaños disponible es más limitado y no se recomienda para muelles con un espesor superior a 2,5 mm. El 17-7PH presenta mejores propiedades mecánicas y resiste temperaturas más elevadas (hasta 300 °C), lo que lo convierte en la mejor solución cuando se requiere una buena resistencia a la corrosión en condiciones especiales de temperatura.

Es el método que utilizamos para aplicar zinc a nuestros muelles con el fin de protegerlos contra la corrosión. El proceso consiste en hacer rotar los muelles en una mezcla de partículas de zinc y piedras de cristal. La función de las piedras es que el zinc quede perfectamente adherido a los muelles. Esto proporciona una protección anticorrosiva para todas nuestras piezas de acero y elimina el riesgo de fragilización por hidrógeno, muy común cuando se aplica zinc mediante métodos de deposición eléctrica (electroplating).

Esto es debido a que la mayoría de los fabricantes de arandelas muelles DIN 2093 / DIN EN 16983 utilizan las fórmulas de Almen y Lazlo para el cálculo de fuerza en función del desplazamiento. Esta ecuación funciona muy bien mientras se mantenga el supuesto de que los bordes de las arandelas son rectos y de que las cargas se aplican en los bordes de los diámetros exterior e interior. Sin embargo, en las arandelas de brida, a medida que nos acercamos a la posición de flat, las fuerzas se aplican un poco hacia dentro de los puntos que consideran Almen y Lazlo, lo que incrementa el valor de fuerza real. Por tanto, los valores indicados en nuestro listado tienen en cuenta este fenómeno.

Además del zinc plating mecánico, ofrecemos otros métodos de protección como niquelado, cromado amarillo, fosfatado (negro), recubrimiento de aceite, entre otros.

Todos los aceros inoxidables son magnéticos a excepción del grupo de los austeníticos (serie 300). Incluso los del grupo austenítico pueden volverse magnéticos si son trabajados en frío. Nuestros muelles se fabrican usando material trabajado en frío, por lo que son sensiblemente magnéticos.

Indefinidamente, mientras durante su uso no se excedan sus límites ni aparezcan daños tanto por buen o mal uso. Pueden dañarse por excesivos ciclos a fatiga, por exposición prolongada a temperaturas elevadas o por estar expuestas a condiciones ambientales corrosivas.