Estudio De Rotura De Pernos

INGENIERÍA DE MANTENIMIENTO Análisis FEA Pernos Lifter Molino Bolas

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Codelco Chile – División Andina
Análisis mediante elementos finitos de causas de falla en pernos Lifter Molino de Bolas

RESUMEN: Análisis estático de corte de pernos de Lifter de molino de bolas con una carga de tensión de 89 [KN] producida por apriete de torque de 250 [lbs-pie], en elcuál no se consideraron cargas estáticas ni de impacto llegando a la conclusión que el perno no soporta dicha tensión superando en un 9,95% a su resistencia máxima a la tensión. Estos esfuerzos se concentran a unos 5.69 [mm] de la base del perno y se producen debido a la geometría del chaflán entre la placa metálica de sujeción y el vástago del perno; También influye el tipo de acero del perno (%C>lo hace más frágil pese a tratamiento térmico). En este informe también se analiza un cambio en el diseño con un aumento del chaflán en 0,25 [mm] obteniéndose como resultado una disminución de esfuerzo en un 64,25% con distribución de esfuerzos más homogéneas y sin concentraciones de esfuerzos considerables.

Elaborado por: Yerko Aguilera C.
Memorista Andina Ingeniero Civil MecánicoUniversidad de La Serena

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Fecha: 16.05.2005

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Antecedentes y datos del problema Datos del Perno Denominación: Perno cabeza estampada para fijación de lifter en molinos de bolas Marcy 11’-6’’ × 16’- 0’’. Descripción de los pernos: Perno T de ¾’’ – 10 UNC × 175Cantidad (Cilindro) : 288 Código SAP : 1018396 Plano : Croquis CRM-858 Material: Acero al carbono SAE 4340, tratamiento térmico de templado y revenido, según norma ASTM A320, Grado L-43, Dureza HB: 340 Propiedades físicas y mecánicas del acero SAE 4340 Propiedades físicas: Módulo de elasticidad (E) Módulo de rigidez (G) Razón de Poisson (‫)ע‬ Peso específico (δ ) Densidad de masa (ρ) Gravedadespecífica : : : : : : 206.8 80.8 0.28 0.28 7.8 7.8 [GPa] [GPa] [Lb/in3] [Mg/m3]

Propiedades Mecánicas: Límite elástico a la tensión ( Convencional al 2%) Resistencia máxima a la tensión Elongación en 2 [in] Dureza Brinell : : : : 1365 [MPa] 1469 [MPa] 10 % 430HB

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Descripción del problema Lospernos estás experimentando fallas y están fallando en la base de unión entre la rosca y la placa de unión que sirve de encaje y unión con le lifter de los molinos, la falla y perno original se pueden apreciar en las siguientes figuras.

Fig. Nº1. Perno Original

Fig Nº2. Perno con Falla

Fig. Nº3. Comparación Perno original con perno en falla.

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Estudio de la falla mediante análisis por elementos finitos El estudio pretende identificar los puntos que están sometidos a mayor tracción debido a la tensión ejercida por el torque aplicado a los pernos, utilizando datos proporcionados por mantenedores de la planta, archivos técnicos y proveedores. Condiciones de frontera y datosutilizados para la simulación Datos utilizados: Planos utilizados para el modelo: Perno cabeza estampada fijación de piezas plano Nº CMR-858 Torque de prueba: Tabla de datos técnicos proporcionada por el fabricante American Screw de Chile S.A. Servicio técnico Informativo Grado 5 : 250 [lbs-pie] (34.58 [Kg-m]) Tensión : 89 [KN] Material Utilizado: Acero al carbono SAE 4340 templado y revenido a 800ºCHomogéneo e isotrópico Condiciones de Frontera: Perno Encajado en ranura de placa de sujeción. Placa empotrada en su contorno sin grados de libertad Perno Solicitado en su extremo con una fuerza equivalente al torque de 250 [lbpie] el cuál es equivalente a 89.000 [N]. Modelo Utilizado

Fig. Nº4. Modelo CAD/CAE.

Figura Nº5. Modelo FEA.

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