UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
INGENIERÍA EJECUCIÓN EN MECÁNICA
PLAN 2002
GUÍA DE LABORATORIO
ASIGNATURA “PROCESOS MECÁNICOS I”
CODIGO 15055
NIVEL 04
EXPERIENCIA E02
“ METROLOGÍA DIMENSIONAL”
HORARIO:LUNES:3-4-5-6
1
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
LABORATORIO DE METROLOGÍA DIMENSIONAL
1.- OBJETIVO GENERAL
Familiarizar al alumno con el principio de funcionamiento, sus fuentes de error, su
metodología de medición y sus cuidados al usar sistemas de medición de
laboratorio para cuantificar los atributos geométricos de macrogeometría y
microgeometría en piezas mecánicas.
2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a)
Familiarizar al alumno con el uso del microscopio de taller, esto es: Sus grados de
libertad, sus accesorios, y las metodologías de medición según el atributo a
controlar en la pieza a medir.
b)
Entregar al alumno los conocimientos fundamentales para usar correctamente el
proyector de perfiles, en sus diferentes modalidades de montaje de las piezas a
medir y sus alternativas de luces y lentes.
c)
Transmitir al alumno las aplicaciones de medición posibles de realizar en una
máquina de medir universal, sea esta accionada manualmente o comandada por
CNC.
e)
Que el alumno comprenda e internalice el concepto de calidad superficial, su forma
de cuantificarla y las diferentes calidades alcanzadas, según el proceso de
mecanizado utilizado para obtener la superficie de la pieza.
3.- INTRODUCCIÓN TEÓRICA
3.1
Introducción
La Metrología es la rama de la ciencia que se ocupa de las mediciones, de los sistemas
de unidades y de los instrumentos usados para efectuarlas e interpretarlas. Ésta
2
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
comprende los aspectos teóricos y prácticos de las mediciones y su incertidumbre en los
campos de aplicación científico, industrial y legal.
Metrología científica es la encargada de la materialización física de los conceptos
fundamentales de las magnitudes, nombre que se da a las unidades de medición, así
como de determinar el valor verdadero de las mediciones, realizar desarrollo e
investigación.
Metrología legal se ocupa de la protección del consumidor, velando por la transparencia
en las transacciones comerciales al entregar un lenguaje técnico y un referente común.
Metrología industrial es la aplicación de la ciencia y la tecnología metrológica a la
producción a fin de asegurar la optimización de los productos.
Con el propósito de garantizar la calidad dimensional de piezas mecánicas con tolerancias
exigentes, existen instrumentos y equipos de medición dimensional que por su naturaleza
tienen que estar en un área especial con ambiente controlado para garantizar el adecuado
funcionamiento de los mismos, denominado Laboratorio de Metrología Dimensional.
3.2
Reloj comparador
Cuando es necesario efectuar el control de los trabajos ya ejecutados, las simples
mediciones aun mediante calibres de precisión, no permiten conocer las distintas
variaciones más que en forma de lecturas aisladas directas. En cambio cuando dicho
control debe ser puesto de manifiesto en forma más objetiva es conveniente el empleo de
instrumentos capaces de acusar variaciones en mas o en menos de la dimensión nominal
base. Entender las características de la amplia gama de relojes comparadores de hoy en
día asegura su correcta selección. Porque los comparadores proporcionan un método
rápido, económico de la medida dimensional, es que se utilizan extensamente en el control
dimensional de piezas mecánicas.
Definición: El reloj comparador es un instrumento para medir por comparación indirecta
de longitudes; cuando se trata de comprobar diferencias de un determinado valor de
medición, es utilizado para verificar medidas en diferentes superficies, (medir por
comparación es determinar la longitud de una pieza al compararla con un patrón de valor
conocido).
El reloj comparador es un mecanismo de cuadrante similar al de un reloj, con 100
divisiones y una aguja. Cada una de las pequeñas divisiones equivale a 1/100 mm
3
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
Funcionamiento:
Es una compacta y versátil herramienta, su mecanismo consiste en una espiga
exploradora que por lo general termina en una cremallera, la que engrana con un piñón
formando parte de un tren de ruedas dentadas.
El comparador de cuadrante viene montado sobre un soporte o caballete, mediante un
brazo que viene a su vez fijado sobre un anillo universal que corre sobre una columna.
Dicho brazo se puede colocar en una posición angular cualquiera. A su vez la columna de
soporte se puede correr y fijar en un punto cualquiera de la base a corredera.
Algunos comparadores presentan un palpador articulado, por lo tanto puede colocarse en
distintas posiciones, facilitando así el control de distintas superficies: planas, cilíndricas
interiores y exteriores, etc.
4
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
Comparador de cuadrante y sus aplicaciones
Los comparadores presentan dos índices que se colocan en una posición cualquiera,
ambos a la izquierda a la derecha, o uno a la izquierda y otro a la derecha del cero; por lo
tanto pueden fijar los limites de tolerancia como en un calibre "pasa o no pasa" pero con la
ventaja de su movilidad; por lo tanto el comparador puede sustituir a muchos calibres de
tolerancia.
Los comparadores presentan la ventaja de las lecturas en mas o en menos (+,-) que
presenta la pieza con respecto a la dimensión nominal, se realiza directamente si así se
desea.
3.3
Proyector de perfiles
En el proceso de medición de una pieza intervienen distintos medios para controlar la
conformidad de la pieza con las especificaciones del plano. A menudo, las piezas
presentan zonas estrechas de difícil acceso donde es necesario implicar medios expertos
para poder dar respuesta a las especificaciones del plano. Con la ayuda de un proyector
de perfiles es posible realizar las mediciones en 2D sobre la sombra ampliada de la zona
del detalle de interés, con un factor de ampliación conocido. Antes de empezar a medir
5
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
hay que idear un buen sistema de fijación sobre la mesa de trabajo del proyector de
perfiles, para evitar posibles riesgos de movilidad.
Las dimensiones a medir suelen ser radios muy pequeños, zonas con acabado en forma
de chaflán o cotas que refieren a zonas muy estrechas. Es posible la medición directa,
utilizando la lectura de los regles de desplazamiento de los ejes o también la medición
asistida por un software específico, capaz de definir primitivas geométricas y encontrar la
relación geométrica de interés.
En este método se proyecta sobre una pantalla una imagen ampliada del perfil de la rosca
a verificar y se la compara a un perfil−tipo trazado sobre la pantalla, a una escala
correspondiente a la relación de ampliación dada por el aparato, que puede alcanzar,
según los modelos, de x10 a x100.
Así, por ejemplo, de esta manera se puede medir los errores de forma y simetría del perfil
y las características de una rosca. La pieza roscada a examinar debe orientarse de tal
manera que el eje óptico del aparato proyector coincida con la tangente a la hélice media
de la rosca; es con esta condición como se obtendrá sobre la pantalla una imagen con
contorno nítido. El perfil observado corresponde pues a una sección de filete por un plano
normal a la hélice media y no a una sección axial.
6
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
3.4
Microscopio de medición
Las aplicaciones de estos instrumentos son similares a los de las maquinas de medir, pero
su campo de medición es mas reducido, empleándose en consecuencia para la medición
de piezas relativamente pequeñas. Posee un par de pequeñas lámparas, además de
aumentos desde X10 a X100, y un sistema de medidas de longitudes pequeñas (mismo
sistema que un tornillo micrométrico).
3.5
Estación de medición de sobremesa
Es un sistema que reemplaza una multitud
de típicas herramientas de medición
manuales y útiles de control en
producción.
Se trata de una estación de medición de
sobremesa, multifuncional y móvil, capaz
de medir y documentar piezas de
revolución. Dentro de la extensa gama de
características que es capaz de medir se
destacan, diámetros, profundidades,
concentricidad, saltos, orientaciones,
ángulos, diámetro de flancos, paso de
roscas, longitudes, distancias,
7
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
dimensiones de diente de engranaje, chaflanes, elipses, forma del cilindro, etc.
3.6
Medición de redondez
Permite la medición de la redondez de una forma
rápida y simple de operar. Dispone de un potente
programa de análisis y de programación para
mediciones
repetitivas.
Tiene el filtro Gausiano y 2CR con opción de paso de
banda. Este medidor es de construcción robusta.
Dispone de una salida de datos para multigráficos y un
programa
de
centrado
y
nivelado.
Lleva incorporado al sistema una columna robusta y
manual para simplificar las mediciones manuales de
redondez.
Las
secuencias
de
medición
preprogramadas pueden ser ejecutadas cuando se
necesite
una
intervención
manual.
3.7
Máquina de medir por coordenadas
La posición de un punto en el espacio está definido, en coordenadas cartesianas, por los
valores relativos de los tres ejes X, Y y Z con respecto a un sistema de referencia. Usando
series de puntos, es posible construir el elemento geométrico que pase por ellos o que se
aproxime al máximo.
Una máquina de medir tridimensional es capaz de definir unívocamente y con extrema
precisión la posición de estos puntos en un espacio tridimensional, y de calcular los
parámetros significativos de las figuras geométricas sobre las que han sido tomados estos
puntos.
Una máquina de medida por coordenadas es pues un instrumento de medida absoluta de
precisión capaz de determinar la dimensión, forma, posición y "actitud" (perpendicularidad,
8
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
planaridad, etc.) de un objeto midiendo la posición de distintos puntos de su propia
superficie.
Las máquinas de medir por coordenadas (MMC) se utilizan para las siguientes
aplicaciones:

Control de la correspondencia entre un objeto físico con sus especificaciones
teóricas (expresadas en un dibujo o en un modelo matemático) en términos
de dimensiones, forma, posición y actitud.

Definición de características geométricas dimensionales (dimensiones,
forma, posición y actitud) de un objeto, por ejemplo un molde cuyas
características teóricas son desconocidas.
Como funcionan
La extracción de la geometría de piezas se
hace mediante: punto, línea, plano, círculo,
cilindro, cono, esfera y toroide; y con estos
elementos puede hacerse la medición
completa de una pieza.
Las MMC cuentan con un sistema mediante el
cuál hacen contacto sobre las piezas a medir
que es llamado sistema de palpación, cada
vez que el sistema de palpación hace contacto
sobre la pieza a medir (mensurando), se
adquiere un dato de medición (X,Y,Z),que
puede ser procesado en un software que está
almacenado en un ordenador.
Las MMC permiten medir: Redondez,
cilindricidad,
rectilinearidad,
planitud,
concentricidad, coaxialidad, excentricidad,
oscilación radial, oscilación radial total, oscilación axial, oscilación axial total, paralelismo,
perpendicularidad, inclinación según GOST y DIN ISO 1101, conicidad, análisis de la
redondez
en
el
sector
angular
y
análisis
de
frecuencia.
3.8
Sistema de medición sin contacto con estructura de puente
Los sistemas de medición tridimensional con contacto tienen algunas limitaciones. Por
ejemplo, para medir un arco utilizando únicamente cuatro puntos pueden tardar un
segundo. Son sistemas lentos, y además no sirven para piezas deformables. Mediante los
9
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
equipos de medición por visión se pueden utilizar cuatro o 400 puntos para medir un arco
sin preocuparse del tiempo, ya que un arco tomado con 400 puntos solo tardaría unas
décimas de segundo. Son equipos muy rápidos que pueden trabajar con piezas
deformables tales como caucho, goma etc.
3.9
Calas o bloques patrón:
Son piezas que ofrecen una gran estabilidad dimensional y de forma gracias a la elección
y al especial tratamiento térmico del material. Los bloques patrón son de una gran
precisión dimensional, de una gran calidad en su proceso de lapeado y matado de aristas
y con unos errores de planitud y paralelismo muy pequeños en sus caras de medida. Con
relación al material (acero, cerámica o carburo de tungsteno) es muy importante tener en
cuenta sus características físicas de dilatación térmica y dureza. Tienen un acabado
superespejo. La finalidad de estas piezas es calibrar instrumentos de medida muy exactos,
como son los micrómetros. Las medidas de las calas van en el siguiente orden:
100 – 90 – 80 – 70 – 60 – 50 – 40 – 30 – 20 – 10 –
9–8–7–6–5–4–3–2–
1,9 – 1,8 – 1,7 – 1,6 – 1,5 – 1,4 – 1,3 – 1,2 –
1,19 – 1,18 – 1,17 – 1,16 – 1,15 – 1,14 – 1,13 – 1,12 – 1,11 – 1,10 – 1,09 – 1,08 – 1,07 – 1,06 –
1,05 – 1,04 – 1,03 – 1,02 – 1,01 –
1,005
Con este juego de piezas se pueden construir medidas de hasta 628,305 mm. La coloca+
ción de estas piezas se hace dejando las piezas más pequeñas en el centro y las más
grandes en los extremos para una mayor fijación.
Estas piezas, al ser tan exactas, requieren unas precauciones y cuidados como:
protegerlas de mucha humedad o cambios de temperatura, limpiarlas con paños que no
dejen hilos, evitándolas de campos magnéticos y guardándolas después de limpiarlas y
darles una capa de vaselina.
10
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
4.
METODO A SEGUIR:
4.1
En primer término, el profesor del laboratorio entrega a los alumnos los extremos
cuidados que se deben tener al momento de operar cada una de las máquinas de
medir, para evitar daños en los sistemas de medición y errores en los resultados de
la medición.
Frente al microscopio de taller, el profesor muestra al alumno sus posibilidades de
movimiento, sus accesorios de fijación y de palpado; A su vez sus diversas escalas,
tambores y nonios, tanto angulares como lineales. Posteriormente el alumno
procede a medir una dimensión lineal y otra angular de una pieza concebida para
dicho propósito.
Se repite el punto 3.2 para el proyector de perfiles.
El profesor muestra a los alumnos la máquina de medir universal, sus extremos
cuidados de preparación, operación y post-operación de la misma.
El profesor muestra a los alumnos el procedimiento requerido para medir la
rugosidad de una superficie y luego cuantifica la rugosidad de superficies “planas”
obtenidas previamente por diferentes procesos de mecanizado.
4.2
4.3
4.4
4.5
5.-
VARIABLES A CONSIDERAR
5.1. Características técnicas de las máquinas de medición usadas en el laboratorio.
5.3 Fuentes de error al evaluar atributos de piezas mecánicas mediante las máquinas de
medición.
5.4 Formas de medir los errores geométricos de piezas mecánicas usando las máquinas
de medir.
5.5 Procedimiento de medición de la rugosidad.
6.- TEMAS DE INTERROGACIÓN
6.1 Tipos de máquinas de medir usadas para cuantificar los errores geométricos de
piezas mecanizadas.
6.2 Principio de funcionamiento de las máquinas de medir, (proyector de perfiles,
microscopio de taller, máquina de medir universal, equipo de medición de rugosidad).
6.3 Capacidades de trabajo de las máquinas de medir atributos geométricos de las
piezas mecánicas.
11
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
Área de Procesos Mecánicos
7.- EQUIPOS E INSTRUMENTOS A UTILIZAR
7.1
Bloques patrones.
7.2
Mármol.
7.3
Máquina proyectora de perfiles.
7.4
Microscopio de taller
7.5
Reloj comparador de carátula, resolución 0.0001mm.
7.6
Máquina de medir universal.
7.7
Equipo de medir rugosidad.
7.8
Piezas a medir.
8.
4.1.
4.2.
4.3.
4.4.
4.5.
4.6.
LO QUE SE PIDE EN EL INFORME:
Las características técnicas de los sistemas de medición empleados en el
laboratorio de metrología.
Secuencia y metodología de las mediciones realizadas en el laboratorio.
Presentación de los resultados de las mediciones procesadas.
Análisis de resultados obtenidos, comentarios y conclusiones.
La referencia bibliográfica.
El apéndice con:
a.1. Desarrollo de los cálculos.
a.2. Presentación de resultados.
a.3. Gráficos.
a.4. Resultado de la investigación a los temas propuestos por el profesor
9.- BIBLIOGRAFÍA
9.1
9.2
9.2
9.3
9.4
9.5
H. Roberto Galicia Sánchez y et, “Metrología Dimensional”.
García Mateos, “Tolerancias, Ajustes y Calibres”.
Guía del Laboratorio C-LPM-L01 “Calibración de sistemas de medición”.
Guía del Laboratorio E-MAT-L01 “Medición con Instrumento M anual”.
Guía del Laboratorio E-PMI-L01 “Instrumentos de Taller”.
Millán Gómez, Simón (2006), Procedimientos de Mecanizado, Madrid: Editorial
Paraninfo. ISBN 84-9732-428-5.
http://www.mitutoyo.com.ar/index.php?option=com_content&task=view&id=92
http://www.wikipedia.org/wiki/Reloj_comparador
http://www.starrett.com
12