Análisis de fallas en bielas

Ojo de biela Agujero para pasador de biela Buje de pasador de biela

Vástago Asiento de cabeza de perno de biela Caras de contacto entre biela tapa

Agujero para cigüeñal Tapa de biela Asiento de tuerca de tapa de biela

A.Los 120° inferiores del ojo de biela donde le pistón hace fuerza a través del pasador B. La unión entre vástago y ojo de biela C. En medio sel vástago donde las fuerzas de pandeo son las mas elevadas D. La unión entre vástago y agujero para el cigüeñal E. Los filetes próximos al asiento de la cabeza del perno

FABRICACIÓN

Se forjan con acero de aleación con alto índice de resistencia re sistencia y tenacidad Cuando el acero sin trabajar esta caleinte (aprox.1200°C),se martilla en el troquel de forja,haciendo que la línea de textura sea paralela a las superficies de las áreas de concentración de esfuerzos Después de forjadas las bielas se endurecen a RC 28  – Rc 32 Luego se las granalla para eliminar todos los pequeños defectos de forja (escamas, picaduras,agujeros,microgrietas,etc)

1. Defina el problema de manera clara y concisa 2. Organice la recolección de datos 3.Observe y registre los hechos 4. Piense de manera lógica con los hechos 5. Identifique la causa raíz mas probable 6. Cumuníquese con la parte responsable 7. Realice las reparaciones como lo indica el manual del fabricante

Fuerzas externas Falla de cojinetes Error de reacondicionamiento

BIELA DOBLADA

Por lo general se debe a una fuerza no común ,aplicada directamente por otra pieza pesada en movimiento o por movimiento restringido del pistón.

Una inspección detallada de la parte superior del pistón revela apariencia normal.No ha habido contacto con la culata o con las válvulas

¿CÓMO ES POSIBLE QUE UNA BIELA SE DOBLE Y NO DEJE INDICIO? Una pérdida en el sistema de enfriamiento dejó pasar refrigerante a la parte superior de la camisa del cilindro. Cuando se puso en marcha el motor ,el refrigerante ocupó el lugar entre el pistón y la culata,produciendo una traba hidráulica. Esto a su vez ejerció una fuerza columnar en la biela,doblándola sin dejar marcas en la biela o en la parte superior del pistón. Si vemos una biela doblada y no hay marcas en el vástago o en el pistón ,debemos investigar la posibilidad de pérdida de fluído (refrigerante,combustible,agua de lluvia,nieve derretida,etc)en el cilindro y la presencia de una traba hidráulica. Esa traba puede llegar a producir una presión tan elevada que dañe las empaquetaduras de la culata o produzca grietas en las camisas o

Esta biela volvió a la fábrica con el informe de que el cojinete de la biela N° 7 había patinado porque se había aflojado una

Al observar la biela y el cojinete,¿qué tipo de desgaste ven? (Adherencia).Esta biela se sobrecalentó demasiado;podemos verlo en la decoloración.(Observen los diferentes colores del vástago que empiezan en el agujero).Las manchas azules y negras de la oxidación indican que cerca del agujero la temperatura llegó a pasar de 816°C ¿Una tuerca floja puede haber generado tanta temperatura? NO!,si una tuerca se afloja o el agujero para el cojinete se abre debido a una fractura por fatiga,el cojinte sufrirá un daño como resultado del impacto al salirse del agujero.Si el cojinete y la biela están expuestos a tal temperatura,esto indica que el cojinete no tuvo suficiente aceite. ¿Cuál podría ser la causa de esto? Nivel bajo de aceite,falla de la bomba de aceite,tubo de aspiración caido,válvula de derivación abierta,rsiduos que tapan el suministro de aceite del cojinete en cuestión

Después de que el cojinete se rompió,el cigüeñal golpeteó las paredes del agujero rayándolas y desconchándolas considerablemente. También noten que los bordes de las paredes se redondearon donde la biela estuvo en contacto con los filetes del muñón del cigüeñal Al desarmarse no quedaba cojinete en el agujero.El cojinete se encontró en el colector de aceite,en pedazos pequeños,de

Las caras de unión entre biela y tapa estaban muy desportilladas,como se ve aquí ,pero el mecánico informó que las tuercas estaban bien enroscads en los pernos.Noten también que el agujero para el perno está agrietado hacia el exterior de la biela,lo que indica que el perno se torció por impacto de una fuerza elevada

Aquí se ve la cra del vástago roto:la superficie es suave,lisa y con muy poca deformación plástica.

Esta biela falló en el agujero para el cigúeñal y terminó quebrándose cerca del asiento de la cabeza de los pernos.El cojinete parece estar en buen estado,excepto en el área dañada.esto indica que el

La cara de la fractura es lisa y tiene un “oleaje” que se inicia en un punto situado en la parte superior

derecha del diámetro interior del agujero

Las fracturas por fatiga que se inician en un solo lugar se deben a un concentrador anormal de esfuerzos . La superficie del agujero muestra corrosión por desportillamiento en la parte superior e inferior izquierda de la diapositiva,cerca de la cara de la fractura y en el punto de iniciación La corrosión por desportillamiento es probablemente el concentrador de esfuerzos que produjo la grieta por fatiga. Para llegar a la causa principal,el qe observa las piezas necesita ver también los otros cojinetes y los agujeros de bielas,verificar como se llevó a cabo el reacondicionamiento,etc La falla pudo haber sido el resultado de corrosión por desportillamiento,existente cuando se hizo el reacondicionamiento o producida después de reacondicionar,originada quizás por volver a tornear el agujero sobremedida,dentro del cual el cojinete quedó flojo

Otro ejemplo. El buje del pasador de biela se cambió al reacondicionar.En ese momento el buje empezó a girar y a salirse del agujero.Noten igualmente que se desprendió un pedazo pequeño que fue a para al cárter

Si el motor hubiera funcionado mas tiempo en esta condición,la parte del buje que quedó adentro se hubiera sobrecalentado y el daño hubiera sido mayor. Aunque no podemos determinar todavía la causa exacta de la falla,por el desgaste que sufrió el buje,lo mas probable es que la falla se deba a dos errores de reaconcionamiento 1. Mala alineación del buje del pasador de biela durante la instalación,lo que hizo que rajara o torciera y se aflojaran en el agujero.Esto pudo ser el resultado de usar herramientas inadecuadas o de tratar de instalarlo a presión en frío,en lugar de calentarlo antes,según las especificaciones. 2. El agujero pudo estar mal medido y ser de tamaño mayor que el tamaño requerido.En consecuencia el nuevo buje quedó flojo dentro del agujero

Observen este grupo de piezas rotas. ¿Qué ven? La biela se rompió en el asiento de la cabeza del perno 2. Se rompió un perno.El otro está doblado y todas las roscas estan dañadas 3. La tapa de la biela se “abisagró” en la parte inferior de la superficie de contacto,indicando que se rompió después de

haber fallado el otro lado. No hay desgaste por adherencia,lo que prueba que el cojinete no patinó

Aquí vemos la parte de la biela que va arriba de la superficie de contacto.No hay desportillamiento por rozadura en la cara de unión pero hay daño en el borde interior,lo que indica que la golpeó el cigüeñal después que el perno salió del

Este es el otro extremo de la misma pieza.¿Qué tipo de daño sufrió? El daño fue de corte por impacto,según los indicios(no hay oleaje,la superficie es suave y sedosa,las mellas y el daño proviene de la elevada fuerza externa,aplicada después que el perno salió del agujero).Como vimos anteriormente el corte

Lo anterior nos lleva a examinar el perno.La inspección del perno y de la tuerca revelan que ésta retrocedió

Noten que: Los filetes del perno están muy dañados,por moverse en el agjero sin tener tuerca instalada 2. Las últimas roscas de la tuerca se robaron por sobrecarga cuando la tuerca retrocedió hasta donde quedaron enganchadas,y 3. La cara plana de la tuerca que sirve de arandela está muy golpeada y hasta echada en el agujero del perno El agujero de la biela aparentemente no estaba sobrecargado por el excesivo espacio libre del cojinete desplazado.el perno se aflojó probablemente por no estar debidamente ajustado Ahora necesitamos saber quién fue el último que apretó el perno ¿Cuál eras el kilometraje u horas de servicio? Se había reacondicionado el motor o se le habían puesto cojinetes nuevos?

¿Qué indicios encuentra en este conjunto de piezas rotas?

Al examinar los cojinetes vemos que se dañaron sólo por el impacto de la biela,la tapa y el cigüeñal.al desprenderse la tapa. El cojinete es sobre medida ,lo que indica que el motor fue reacondicionado El nivel y la calidad de aceite fueron los adecuados,por eso no hubo desgaste por abrasión o adherencia,en la parte

Aquí se ve la cara de la fractura de la biela y del perno,dwsde el lado opuesto al

1.La cara de la fractura de la biela tiene los indicios típicos de un corte por impacto (no hay “oleaje”,la

superficie es lisa y sedosa hacia el interior del agujero y mas áspera y leñosa al convertirse en fractura dúctil cerca de la superficie exterior de la biela).Todo esto indica que el corte se debió a un impacto y qué,por lo tanto,se trata de un daño resultante. 2. La cara de la fractura del perno es típica de una fractura por fatiga (lisa y suave con fractura final dúctil cerca del borde izquierdo).Las fracturas por fatiga se asocian por lo general con la causa original

Esta imagen ampliada tiene un “oleaje” que comienza en el lado derecho de la fractura y se extiende hacia el izquierdo,hasta

que se produjo la fractura final dúctil.

Problemas Intrínsecos Pliegues de forja Tratamiento Térmico Torneado/Granallado

Este ojo de biela se encontró en una reparación general a elevadas horas de servicio.No había fallado,pero es un buen

¿Podrían decir lo que ocurrió?

Este es uno de los pedazos de la tapa de biela que se rompió en dos.¿Qué tipo de fractura tiene? ¿La fractura produjo la falla o es el resultado de otra cosa? La fractura es dúctil (áspera,leñosa y con deformación plástica),por lo tanto es un daño resultante.la

La cara de la fractura en la biela dice lo que pasó.¿Qué indicios hay?

1.Una área pequeña muy desportillada,avanzando un poquito desde el lado izquierdo hacia la biela 2. “oleaje” que empieza en la arista derecha del área pulida y progresa

casi por toda la cara de la fractura hacia la derecha,es decir hacia el agujero de la biela 3. Varias mellas al comienzo de las “olas”

4. Una fractura final pequeña en el extremo derecho de la cara de la fractura en el agujero de la biela ¿Qué le dicen éstos indicios? Que había una grieta a la izquierda de la cara de la fractura que produjo un concentrador de esfuerzos,ocasionando varias grietas por fatiga.Posteriormente dichas grietas se unieron y formaron una fractura mayor que creció hasta terminar en una fractura dúctil

Aquí se ve el punto de iniciación ampliado,donde se encuentra la pregrieta (superficie muy pulida y deportillada por roce) y la cara de la fractura por fatiga.Es muy posible que esta grieta sea una solapa o pliegue formado durante la

Esta biela falló en el agujero para el pasador de biela y continuó hasta el alma del vástago.Veamos mas detenidamente las caras de la fractura y tratemos de determinar la causa original

Al observar la pieza ampliada y con mejor luz ¿Qué detalles descubrimos?

En la parte superior central es posible ver una cara oscurecida,suave y lisa de la fractura. Debajo de ésta área hay otra fractura de color mas claro.Tiene varias mellas en el punto de iniciación y un “oleaje” que va desde allí hasta el alma.

El área mas oscura arriba del punto de iniciación (donde empieza el “oleaje” y las mellas) es una grieta grande de

enfriamiento.El color oscuro de la superficie es el óxido azúl negro que se formó al enfriar la pieza. Esta grieta creó un concentrador de esfuerzos importante de aproximadamente 8,que a su ves dio origen a la grieta por fatiga de la biela y que siguiendo la línea de textura se fue hacia el alma del vástago

Esta tapa de biela tiene una fractura en el abocardado del agujero para asentar la tuercas

La unión de biela opuesta al lado que se fracturó muestra el abisagramiento típico que indica que la biela se abrió

Aquí tenemos una imagen ampliada del punto de iniciación que se encuentra en el lado derecho inferior de la cara de fractura.El punto de iniciación está en la arista cortante donde las superficies del filete y la arista exterior de la tapa se unen.Esta arista por lo general se alisa para sacar las rebarbas,y el área de los filetes se granalla.Ninguna de las dos operaciones se hizo según las especificaciones y,como resultado,se produjo una concentración anormal de esfuerzos que

Esta imagen del asiento de la tapa de la biela muestra bien el problema. Comparen las superficies del asiento de la tuerca en la parte superior de la diapositiva y en la inferior.la primera fue granallada,la segunda no.Noten también la arista cortante que se

Consideren estas piezas de biela y cojinete fracturados.Parece que la falla esta en la parte superior de la biela,sin embrago,debemos examinar bien y sistematicamente todas las partes para hallar los

¿Qué tipo de fractura es ésta? ¿Qué tipo de carga se le aplicó? ¿El daño es resultante o causa de la falla? R. Corte,noten la apariencia lisa y sedosa de la superficie y la decoloración producida por el calor en el borde izquierdo superior y derecho inferior El corte por impacto es un daño resultante,por lo tanto debemos mirar las otras partes de la biela para tratar de

La ampliación de la cara inferior indica que la superficie es mas bien áspera.Hay arrugas de izquierda a derecha:son zonas de interrupción de la fractura dúctil que probablemente tomó mas de un ciclo de carga para agrietarla completamente. ¿Qué falló primero:el ojo de biela o el buje?.Considerando la condición del buje(hecho pedazos a golpes),es muy probable que fuera el primero en romperse,dejando mayor abertura entre el pasador de biela y el buje.Esto pr odujo golpeteo del

Si vemos una diapositiva anterior,comprobamos que se nos ha pasado algo.Observen el pedazo de buje en el círculo.Esta parte no recibió los golpes del pasador de biela. En conclusión,el buje se movió y/o resbaló del agujero perdiendo un pedazo que cayó en el cárter La sección del buje se quedó adentro se sobrecargó con el pasador de biela debido a menor área de

Esta es una falla de ojo de biela con apariencia diferente.¿Que la produjo?

Una inspección detallada del buje del pasador de biela revela que parece normal,excepto por el daño producido por impacto y los cortes en la parte posterior Noten que los cortes de la parte superior son solo 2/3 a través del buje (de derecha a izquierda).Esto indica que el ojo

Aquí vemos la cara de fractura con un leve oleaje.La cara es lisa y suave cerca del ojo de la biela y cada vez mas áspera a medida que baja hacia el alma. Todo esto indidica que se produjo una grieta por fatiga por la cara de fractura desde la porción inferior de 120°,donde los esfuerzos son mas elevados,hasta el alma del vástago.Por lo tanto,debió haber un concentrador de esfuerzos

La pregunta es : ¿Quién instaló el cojinete? (el fabricante,el distribuidor,el cliente,etc) y ¿Cómo pudo producirse un concentrador de esfuerzos? (El concentrador se debió probablemente a que se rayó el agujero de la biela durante el montaje,cuando el buje del pasador de biela se instalaba a presión).No olviden qu ésta área recibe mucha carga y no puede tolerar ningún concentrador de esfuerzos