Metrologia Aplicada

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CAPITULO I FUNDAMENTOS DE METROLOGÍA DE TALLER


FUNDAMENTOS DE METROLOGÍA DE TALLER La fabricación de piezas mecánicas tiene por objeto que estas debidamente unidas o acopladas, formen los conjuntos denominados máquinas o equipos. Para que un conjunto mecánico cumpla plenamente y a satisfacción la función para la que fue diseñado, las piezas que lo integran deben tener una forma y tamaño determinados y estar acopladas en determinadas posiciones relativas.

Cuando se trata de construir una pieza de tamaño y forma conocidos se debe de disponer de medios para medir su tamaño y comprobar su forma, estos son los sistemas e instrumentos de medida

y vericación mecánica.

La naturaleza, estado y características propias del material se comprueban mediante ensayos físico-mecánicos y análisis químicos, realizados en laboratorios especializados.

La forma geométrica de la pieza está idealmente representada en el plano, esta forma ideal es muy difícil de ser alcanzada en la realidad con absoluta precisión, debido a las limitaciones e imperfecciones de los métodos de trabajo y las herramientas, en general este tipo de comprobaciones no se realiza sobre el total de las piezas, debido a la naturaleza de los errores y mientras las condiciones de trabajo de la máquina se conserven invariables, los defectos permanecerán prácticamente iguales.


Las dimensiones de la forma de las piezas son determinadas por las cotas del plano, conocidas como cotas nominales y que deben ser consideradas a la temperatura de referencia, las cotas que se obtienen sobre la pieza son las llamadas cotas efectivas. Como es prácticamente imposible fabricar de una manera económica piezas a cotas matemáticamente exactas y constantes y como las cotas efectivas de las piezas pueden diferir de las cotas nominales para satisfacer las diferentes condiciones de ajuste, se añaden a las medidas señaladas en los planos la indicación de los errores dimensionales permitidos con relación a la cota nominal, conocidas como tolerancias de fabrica-

ción que deben especicarse en los planos. Las rugosidades constituyen de cierta manera errores micro-geométricos de la supercie. Los errores de este tipo quedan determinados en los planos por los signos representativos de la terminación

supercial. La terminación supercial requerida es obtenida mediante la aplicación de la máquina y el método de trabajos adecuados a cada caso, por lo que se requiere sólo una vericación visual, pero en ciertos casos particulares, debe comprobarse el estado supercial por medio de instrumentos especialmente desarrollados para ello como lo es el Rugosímetro.

Puesto que la medición y vericación de las piezas se limita fundamentalmente a la comprobación de la forma y dimensiones de sólidos geométricos, sus operaciones se reducen a la medida y comprobación de longitudes y ángulos y a la

comprobación del estado supercial. A estas hay que añadir la medición de temperaturas para tener en cuenta los efectos de la dilatación sobre las mediciones de longitud.



FUNDAMENTOS DE METROLOGÍA DE TALLER Medir es determinar una magnitud comparándola con otra de la misma especie determinada previamente. Para que los resultados de las mediciones sean comparables, es necesario que la magnitud que se toma como referencia o comparación sea el mismo y de valor constante, a estas magni-

tudes jas se les da el nombre de unidades. Una unidad de medida, implica el concepto de valor constante, lo que a su vez obliga a poseer una materialización o representación física de este valor que sea invariable o inalterable, el cual se conoce como patrón de medida.

Dado que las magnitudes que se presentan en el mundo físico son diversas longitudes, áreas, volúmenes, ángulos, fuerzas, temperaturas, etc., resulta conveniente escoger, para medirlas, una serie

de unidades relacionadas entre sí de una manera ja y determinada. A este conjunto de unidades se le da el nombre de sistema de unidades o sistemas de medidas.

La ciencia que se ocupa del estudio de las unidades de medidas y de la técnica de mediciones se llama Metrología.

Temperatura de referencia. Puesto que las dimensiones de los cuerpos sólidos varían al cambiar la temperatura a que se en-

cuentra, para denir las longitudes de los patrones, instrumentos de medida y dimensiones de las piezas, es necesario convenir las longitudes de estos cuerpos.

Las temperaturas de referencias se miden en grados Celsius (ºC), el metro patrón y sus derivados

se denen y comprueban a la temperatura de 0º C. En los países adheridos a la ISO (Organización Internacional de Normalización) las dimensiones indicadas en los planos se suponen medidas a una temperatura de 20 ºC y a la misma se da el nombre de Temperatura de Referencia.


En las salas de Metrología se mantiene constante la Temperatura Ambiente a la temperatura de referencia y para evitar errores en las mediciones y comprobaciones debidas a efectos de dilatación, las máquinas e instrumentos de medición se protegen con pantallas calorífugas, de la

radiación caloríca de los operadores, y los instrumentos de medición manuales se proveen de empuñaduras aislantes.

Antes de efectuar una medición o comprobación sobre una pieza o patrón es necesario esperar que su temperatura se iguale con la de los instrumentos de medición.


Divisiones más usuales del metro:


a)

Sistema ingles Unidad de medida: la yarda

Equivalencia entre el sistema métrico decimal y el sistema inglés




FUNDAMENTOS DE METROLOGÍA DE TALLER


Instrumentos de medición indirecta comparativa •

comparador mecánico

•

comparador óptico

•

comparadores neumáticos

Instrumentos de medición indirecta trigonometría •

esferas y cilindros

•

máquinas de medición por coordenadas

Instrumentos de medición indirecta relativa •

niveles


•

reglas ópticas

•

rugosímetros

Características de instrumentos de medición de longitud Rango de un instrumento: es la capacidad de medida de un instrumento. Grado de precisión de un instrumento: es la menor medida posible de obtener en un instrumento. Recomendaciones técnicas para llevar a cabo una medición correcta.

a)

Se debe elegir el instrumento cuya precisión corresponda a la exigida.

b)

Siempre limpiar o desbarbar las supercies del material y limpiar el instrumento antes

de realizar la medición.

c)

Mirar perpendicularmente al instrumento

d)

Prestar atención a la temperatura de referencia, especialmente en mediciones de

precisión, no se debe medir hasta no estar la pieza fría.

e)

Aplicar presión de medición necesaria contra la supercie a medir, nunca forzar.

f)

Una pieza de trabajo se debe encontrar detenida antes de medir.

g)

Nunca efectuar mediciones en piezas imantadas.

h)

Vericar que el instrumentos de medición (regulables), respecto a su posición cero,

constantemente

i)

Verique a menudo la precisión del instrumento.


Mantenimiento de los instrumentos de medición Para garantizar una correcta medición, el operador debe tener conciencia que se trata de un

instrumento de precisión, tan sólo un tratamiento cuidadoso de estos le permitirá tal garantía: a)

Habrá que tener guardados los instrumentos en lugares destinados a este n y sepa-

rados de las herramientas.

b)

Para instrumentos de precisión se les debe ubicar sobre una supercie blanda, por

ejemplo, eltro, o un paño limpio, protegiéndolos contra suciedades y virutas pequeñas. c)

Evitar las variaciones de temperatura, manteniéndolos en lugar adecuado (tempe-

rado).

d)

Protegerlos contra golpes u otros desperfectos.

e)

Guardar limpios los instrumentos después e su empleo, Instrumentos expuestos a la

oxidación, habrá que frotarlos con aceites libres de ácidos o con grasa.



FUNDAMENTOS DE METROLOGÍA DE TALLER Generalmente, el primer contacto con un instrumento de medición de longitud será con una cinta

o una regla, lo que dependerá de la longitud que se desee medir. En todos estos casos la medición se realiza desde un punto inicial jo sobre la escala que está alineada con un extremo de la distancia por medir, la graduación que corresponda a la posición del otro extremo proporcionará la longitud.

•

Reglas

•

Pie de Metro

•

Micrómetro

MEDICION CON REGLAS La herramienta de medición más común en el trabajo del taller mecánico es la regla de acero.

Se emplea cuando hay que tomar medidas rápidas y cuando no es necesario un alto grado de exactitud. Las reglas de acero, en pulgadas, están graduadas en fraccione o decimales; las reglas métricas suelen estar graduadas en milímetros o en medios milímetros. La exactitud de la medida que se toma depende de las condiciones y del uso correcto de la regla.

Regla de acero Las reglas de acero se fabrican en una gran variedad de tipos y tamaños adecuados a la forma o tamaño de una sección o la longitud de una pieza. Para satisfacer los requisitos de la pieza que se produce y se va a medir, hay disponibles reglas graduadas en fracciones o decimales en pulgadas o en milímetros. Los tipos de reglas más utilizados en el trabajo del taller son la regla rígida de acero

templado y la regla exible de acero.


LECTURA DE LA REGLA GRADUADA EN FRACCIONES DE PULGADA

1-

ANOTE EL NUMERO DE PULGADAS COMPLETAS

2-

ADICIONE LAS FRACCIONES QUE HAY MAS ALLA DE LA ÚLTIMA LINEA DE PULGADA

COMPLETA. Las fracciones de pulgadas empleadas mas comúnmente son: 1/64, 1/32, 1/16 y 1/8.


LECTURA DE LAS REGLAS GRADUADAS EN DECIMALES DE PULGADA Este tipo de reglas se utilizan por lo general cuando se requieren mediciones menores a 1/64 pul dado que las dimensiones iguales avece se escriben en los dibujos con decimales. Estas reglas son de particular utilidad del operario. La graduación más común son: 1(1/10 pulg) y .01 (1/100 pulg). Recuerde que ningún instrumento es capaz de medir de controlar la exactitud de las mediciones más allá de la graduación más pequeña de la escala. Cuando una lectura esta en dos graduaciones solo puede estimarse, no controlarse.



5.

DESCRIPCIÓN DE INSTRUMENTOS

LECTURA EN PIE DE METRO Si abrimos el cuerpo móvil de modo que la primera marca después del cero del Nonio coincida con la primera marca de la escala ja del cuerpo, la abertura del calibre será de 0,1 mm, o sea 1- 0,9 = 0,1 mm, si fuera la segunda marca del Nonio que coincide con la segunda marca de la escala ja la abertura del pie de metro será 0,2 mm, o sea: 2 –(0,9x2) = 2 – 1,8 = 0,2 mm. El procedimiento se repite para la lectura que se realiza con cada tipo de Nonio. En la gura la división que coincide es la número 6 de un Nonio de 10 divisiones, por lo tanto; el valor a agregar a la lectura en la escala principal es 0,6 mm.





Ejercicios de lectura pie de metro Como leer el Pie de Metro (sistema métrico)

Paso 1. El punto cero de la escala del nonio está localizado entre 43 mm. y 44 mm. sobre la escala de la regleta. En este caso lea 43 mm primero 43 mm.

Paso 2. Sobre la escala del nonio, localice la graduación en la línea con la graduación de la escala de la regleta. Esta graduación es de “6” .6 mm Paso nal 43 + .6 = 43.6 mm





MICRÓMETRO

PROCEDIMIENTO DE LECTURA Las lecturas en micrómetros se realizan en forma similar al procedimiento que se utiliza en el pié de metro. Para el caso de lecturas en centésimas de milímetros primero tome la lectura del cilindro graduado, luego la del tambor y luego sume las dos para obtener la lectura total.


Lectura en la escala principal = 7 mm i.Lectura en el Nonio = 0,25 mm





RELOJ COMPARADOR Un reloj comparador o comparador de cuadrante es un instrumento de medición de dimensiones que se utiliza para comparar cotas mediante la medición indirecta del desplazamiento de una

punta de contacto esférica cuando el aparato está jo en un soporte. Constan de un mecanismo de engranajes o palancas que amplica el movimiento del vástago en un movimiento circular de las agujas sobre escalas graduadas circulares que permiten obtener medidas con una precisión

de centésimas o milésimas de milímetro (micras). Además existen comparadores electrónicos que usan sensores de desplazamiento angular de los engranajes y representan el valor del desplazamiento del vástago en un visualizador.

La esfera del reloj que contiene la escala graduada puede girarse de manera que puede ponerse el cero del cuadrante coincidiendo con la aguja y realizar las siguientes medidas por comparación.

El reloj comparador debe estar jado a un soporte, cuya base puede ser magnética o jada mecánicamente a un bastidor.

Es un instrumento que permite realizar controles dimensionales en la fabricación de manera rápida y precisa, por lo que es muy utilizado en la inspección de la fabricación de productos en series grandes.


LECTURA DEL RELOJ COMPARADOR En la esfera del reloj comparador hay dos manecillas, la de menor tamaño indica los milímetros, y la mayor las centésimas de milímetro, primero se mira la manecilla pequeña y luego la mayor, Cuando la aguja esté entre dos divisiones se toma la más próxima, redondeando la medida a la

resolución del instrumento:

En la gura se pueden observar varios relojes. El primero indica 0 mm y en el segundo la lectura será 0,26 mm si bien el valor exacto es mayor (0,263 mm según se indica), la lectura nunca debe de darse con mayor precisión de la resolución que tenga el instrumento. En el tercer reloj la lectura será de 1,33 mm. El uso mayoritario del reloj comparador es para determinar pequeñas diferencias de medida, en alienaciones o excentricidad, cuando se emplea para en dimensiones que abarcan varios milímetros, es preciso percatarse, en la aguja pequeña, del milímetro exacto en el que se encuentra

la medida, que puede ser más dicultoso que señalar la centésima de milímetro, indicada con la aguja grande, como se puede ver en la gura. 38 IPCHILE CAPACITA - Av. España 340 - Santiago - Tel. Mesa Central (56-2) 6701600

El reloj comparadador en medidas diferenciales


El reloj comparador no se usa para obtener medidas absolutas de dimensiones, sino que se emplea mayoritariamente para determinar la diferencia de dimensiones, tanto en la inclinación de una

supercie o en la excentricidad de un eje o rueda. En este caso se busca un punto de referencia, normalmente el de menor medida y luego se determinan las demás cotas respecto a esta referencia.

En el caso de la pendiente de una supercie, se coloca el reloj comparador, en el soporte correspondiente, y tocando con el palpador se localiza el punto mas bajo, que se emplea como referencia, luego deslizando el reloj se observa la variación de medida en los distintos puntos de la

supercie. Para comprobar la excentricidad o la redondez de un eje, se coloca este entre puntos, en un plato de garras o apoyado en cojinetes de modo que pueda girar libremente. Colocado el reloj en sentido radial respecto del eje a comprobar, se toma un punto como referencia y, girando el eje, se va comprobando la variación del radio en toda la periferia.

La utilización del reloj comparador para la vericación de cotas, mediante la medición de diferencias de alturas, es similar. Se establece un punto de la supercie como referencia y se determina la diferencia de alturas de los demás puntos de la supercie respecto a esa referencia. Localizado el punto de referencia, se pone a cero la medida indicada en el reloj, girando la esfera haciendo coincidir el cero de la escala principal (centésimas o milésimas de milímetro, según el

caso) con la aguja en ese momento. Esto normalmente no se hace con la escala de los milímetros, lo cual ha de tenerse en cuenta si la variación de medida es mayor a un milímetro, en cuyo caso la aguja de las centésimas dará mas de una vuelta completa.


En la primera gura se tiene el reloj en el punto de referencia. En la segunda se ha girado la esfera hasta colocar el cero de la escala coincidente con la aguja. Las demás lecturas se harán sobre esta referencia.

Hay que tener en cuenta que girar la esfera, no modica la posición de la punta de contacto, y que la escala de los milímetros permanece puede no estar a cero aunque se ponga la escala principal

a cero. A continuación se muestra un ejemplo con un reloj que presenta una lectura cualesquiera cuando colocado sobre una supercie. Si se gira la esfera del reloj haciendo coincidir el cero de la escala con la posición de la aguja, la lectura en esta escala será cero; en cambio, la indicación en la escala de los milímetros no ha va-

riado. Si se desplaza la punta de contacto, como en la gura, la escala principal indicará el incremento de décimas o centésimas de milímetro, pero la aguja de los milímetros también habrá girado proporcionalmente, dando lugar a una nueva indicación a la que habrá que restar la indicación inicial para obtener la lectura correcta del desplazamiento del vástago.

Esto da lugar a dos formas diferentes en el uso del reloj comparador: la primera ya vista, donde hay una concordancia entre las dos escalas para realizar mediciones de varios milímetros; y esta segunda, donde se hace caso omiso de la escala de los milímetros, para realizar mediciones diferenciales de décimas o centésimas de milímetro.


En los relojes digitales esta diferencia no se da dado que este desfase, entre las dos escalas, no se produce.



INSTRUMENTOS PARA MEDICIÓN DE ÁNGULOS

DESCRIPCIÓN DEL INSTRUMENTO El goniómetro o transportador de ángulos universal es un instrumento de medición graduado compuesto de una escala principal que se compone de 4 campos de 90º y de una escala secundaria (Nonio) graduada (12 líneas) en ambos sentidos que permite medir ángulos con una sensibilidad de 5’.


¿CÓMO SE MIDE CON EL GONIÓMETRO? Para medir con goniómetro, se debe tener presente el tipo de ángulo sobre el cual se realiza la

medición, esto es, si es un ángulo menor de 90º (ángulo agudo), mayor de 90º y menor de 180º (ángulo Obtuso), para ello se debe tener presente las siguientes reglas: a-. Al medir ángulos agudos: Valor de medición = valor leído b-. Al medir ángulos obtusos: Valor de medición = 180º - valor leído

LECTURA EN GONIÓMETRO. Se lee primeramente, partiendo de cero, en la escala principal el grado entero que coincida o que esté antes del cero del Nonio. En el caso de que una raya divisoria coincida exactamente con el cero del Nonio, entonces el valor de la lectura es el valor de dicha división. En el caso de que ninguna raya divisoria coincida con el cero del Nonio, se toma como lectura el valor del grado que está exactamente antes del cero del Nonio, y continuando en la misma dirección, se le agrega el valor de los minutos correspondiente de aquella raya divisoria del Nonio que coincida con cualquier raya de la escala principal.



TORQUE Existen varios métodos para unir dos o más materiales: atornillado, remachado, soldadura, pegado, etc. El proceso de atornillado es método más usado en el mundo, porque permite el desensamble y re-ensamble de los materiales sin dañar las partes, en consecuencia es el más económico. Hoy en día, hay miles de millones de tornillos roscados utilizados en muy diversas aplicaciones

a lo largo y ancho del mundo, por ejemplo: Para ensamblar un automóvil se usan de 2,500 a 3,500 tornillos. Al proceso de atornillado muchas veces se le sub-estima y se ve como solo “dar vueltas a un tornillo, hasta que la pieza quede rme” o “darle solo el torque especicado” incluso los diseñadores de “juntas (empaquetaduras)” muchas veces no consideran factores importantes al determinar las especicaciones para este tipo de ensambles. Hay muchas variables y factores que intervienen para lograr una buena calidad de ensamble y muchas veces por el desconocimiento nos provocan problemas y mal entendidos entre las diferentes áreas de producción en una planta de ensamble, en el proceso de atornillado existen más

de 50 variables según un estudio realizado por la NASA hace algunos años. Hasta hace algunos años el torque era una variable poco atendida, pero hoy día con los nuevos diseños, adelantos tecnológicos y búsqueda de ahorro en los procesos de producción los requerimientos de calidad y precisión en el ensamble están tomando cada vez mayor importancia.

Propósito de los Tornillos El tornillo roscado actúa como un perno o como un dispositivo de clampeo, por lo tanto es un miembro activo de la “junta”. Cuando actúa como perno solamente está evitando que los miembros de la “junta” se muevan transversalmente. Cuando actúa como un dispositivo de clampeo el tornillo roscado mantiene a los miembros de la “junta” unidos y previene la separación. La cabeza del tornillo actúa como un ancla de un lado de la “junta” y la rosca o tuerca ancla del otro lado de la “junta”. Conforme se le aplica torque o torsión al tornillo a través de la cabeza o tuerca, la tuerca normalmente gira en las cuerdas que se han maquinado al perno o varilla. Esta rotación estira el tornillo causando tensión y el correspondiente estrés que ejerce una fuerza de

compresión (fuerza de clampeo) entre los materiales a unir en la “junta”. Los tornillos roscados son mecanismos simples, pero entender, predecir y/o controlar la fuerza de carga con tornillos no es sencillo.


Para entender de una forma sencilla el proceso de atornillado; iniciaré por denir las tres variables más usadas y conocidas en el proceso de atornillado: Torque, también conocido como momentum o momento de fuerza o par de apriete o brazo de palanca es “Un Momento de Torsión”, es el producto de la Fuerza multiplicado por la distancia.

Unidades del toque: Newton x Metro (Nm) Newton x Centímetro (Ncm) Libras x Pie (Lbft) Libras x pulgada (Lbin) Onzas x pulgada (Ozin) Usamos el torque como un método de control para generar carga y fuerza de clampeo en tornillos y los miembros de una “junta”. El Torque es el método más común; sin embargo, no es el único método que tenemos. Otros métodos para controlar la carga en el tornillo y la carga de clampeo son: torque/tiempo, torque/giro, elongación o medición de cargas. Estos métodos pueden ser caros y tardados por lo que son menos comunes, mas adelante nos ocuparemos de cada uno de éstos.


Angulo de apriete: es el desplazamiento angular que sufre el tornillo o tuerca después de aplicarle un torque o giro a partir del asentamiento o “snug”.

Tiempo: Es el tiempo total que dura el proceso de atornillado.



INSTRUMENTOS DE CONTROL Y VERIFICACIÓN La comprobación directa de una longitud consiste en determinar si esta corresponde a la de un

instrumento de valor jo y conocido. La dimensión de estos instrumentos es inalterable y permite controlar en forma fácil y rápida la dimensión de una o más piezas.

FEELER. (Calibres de espesores) Los feeler son hojas delgadas de acero especial muy exible y duro de espesores muy bien calibrados y que permiten la comprobación y medida de pequeñas aberturas, como puntos de contacto, ranuras angostas, etc.

Los feeler vienen con hojas de 2 a 25 milésimas de pulgadas ó de 5, 10, 15, 20, 30, 40 y 50 centési mos de milímetro.

CUENTA HILOS Cuentan con varias hojas o láminas delgadas dentadas que corresponden a las medidas exactas

del lete o hilo que está marcado en la misma. Se construyen en general para roscas Whitworth y Métricas. La nalidad de este instrumento es determinar en forma exacta el paso o el número de hilos por pulgada que tiene una rosca.


PLANTILLAS ANGULARES Son láminas metálicas con ángulos jos utilizadas para vericar el ángulo correcto de la herramienta (herramienta de roscar en torno o broca).


Metrologia Aplicada

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