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Fabricacion, mar del plata
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METROLOGIA DIMENSIONAL
CRITERIOS FUNDAMENTALES
Produccin de piezas en serie
grandes cantidadesiguales dimensiones igual forma
IntercambiabilidadMontaje al azar y reemplazo de piezas sin retoques ni
ajustes, con economas de tiempo y de material
Reduccin del costo Piezas de recambio
INDUSTRIA MODERNA: procedimientos racionales de planificacin y produccin de grandes series
Valores Lmites AdmisiblesTOLERANCIA (Mmx Mmn)
No podrn fabricarse
piezas exactamente iguales
Imprecisionesprocesos productivos
mediciones
Condiciones de funcionamientoGrado de precisin requeridoCondiciones de montajeCostoValor nominal de la cotaIntercambiabilidad
CRITERIOS FUNDAMENTALES
PROPSITO BSICO DE LA METROLOGA DIMENSIONAL: verificar que las piezas fabricadas cumplan con las especificaciones de diseo indicadas en los planos (medida nominal tolerancia de fabricacin)
CRITERIOS FUNDAMENTALES
FABRICACIN: Planos - Construccin - Medidas reales
MEDICION
MEDICIN DIMENSIONAL: proceso por el cual se determina el valor numrico de una magnitud lineal o angular de un componente o conjunto mecnico
MTODO DE MEDICIN - INTERCAMBIABILIDAD - COSTO
Mtodo de medicin
Intercambiabilidad
Emplear Instrumentos y procedimientos adecuadosEvitar reiteraciones exageradas, condiciones de operacin y ambientales incorrectas
Una tcnica de verificacin o medicin bien organizada permite que las piezas, tengan similar eficiencia en su funcionamiento.
Costo y tiempo de medicin
Influyen las caractersticas de: la pieza el aparato de medicin las condiciones ambientales el operador
Exactitud de la medicin
Piezas de mayor precisin requieren una medicin mas precisa
Mtodos e instrumental automatizados o calibres fijos de comprobacin
Debern minimizarse el nmero de calibres
CONCEPTO DE MEDICIN1. Medicin: Consiste en la determinacin numrica de una magnitud lineal o angular (M), o tambin, si una medida es mayor o menor que un valor numrico dado (a).
2. Medir es comparar una magnitud determinada con otra de la misma especie. Involucra adems el concepto de verificar.
Micrmetro
M
Comparador
Calibres Pasa-No pasa
As como, no es posible mecanizar una pieza con dimensiones exactamente iguales a las indicadas en el plano o entre s
No es posible efectuar una medicin sin errores.
La suma de los errores de medicin deber ser suficientemente menor que la diferencia admisible entre la dimensin de la pieza y
la indicada en el plano !!
Se aplica a otras caractersticas geomtricas, como:
Defectos de forma: conicidad, planedad, etc. Defectos de posicin: paralelismo, concentricidad etc. Rugosidad
CONCEPTO DE MEDICIN
MEDICIN - GENERALIDADES
Magnitud a medir: longitudes, ngulos, roscas, etc) Material y mecanizado de la pieza Tipo de superficie (planas, cilndricas, esfricas, etc Superficies interiores o exteriores Tamao de la cota Precisin requerida en la medicin Tamao del lote Lugar de medicin: Taller o laboratorio
Seleccin del instrumento de
medicinFactores a tener en
cuenta
Tipo de magnitud
Longitudes ngulosplanos formas especiales (roscas, engranajes, etc.) perfiles macrogeomtrosperfiles microgeomtricos (rugosidad), etc.
MEDICIN - GENERALIDADES
Medicin directa
Medicin indirecta
El instrumento con una escala graduada se ubica sobre la pieza (pie de rey, etc.) La medida puede leerse directamente
a) por comparacin: El instrumento con una escala graduada se calibra con una pieza patrn de magnitud conocida:
La medida se obtiene mediante clculo: medida del patrn + lectura obtenida en la escala
b) La medida se obtiene como resultado de una serie de mediciones que finalmente se suman, restan, etc.)
L
Precisin en la medicin aptitud de los instrumentos, factores personales, temperaturas y materiales de la pieza y el instrumento.
ERRORES DE MEDICIN
EJEMPLO: medicin con calibre
Calidad de fabricacin del calibre Instrumento de control o calibracin Error de medicin de dicho control Desgaste y estado general del calibre Deformacin elstica de la pieza y el calibre debido a la presin en el contacto Apertura elstica del calibre, debido a la presin en el contacto Variacin de las dimensiones por efecto de la temperatura Error de contacto: debido a una capa de aire o lubricante. Error personal (vista, tacto, capacitacin insuficiente)
interior profundidad
exterior
ERRORES SISTEMTICOS Y ALEATORIOS
Errores sistemticos: Se deben a imperfecciones del aparato de medida o al principio mismo de medicin
Son constantes, en valor absoluto y signo,
Se obtienen mediante contraste frecuente del instrumento al medir repetidamente una magnitud en las mismas condiciones, mismo operador y laboratorio Est afectada por la incertidumbre propia del mtodo utilizado
Pueden eliminarse
Corrigiendo el resultado de la medida: sumando o restando el error (negativo o positivo) al valor ledo
Ejemplo: una regla graduada con divisiones muy separadas o un defecto de cero.
ERRORES SISTEMTICOS Y ALEATORIOS
Varan de forma imprevisible, en valor absoluto y signo Presentan cierta dispersin y se agrupan alrededor del valor medio (VM) del intervalo de dispersin (D). Pueden computarse estadsticamente
No pueden eliminarse
La medida no podr corregirse, pues son puramente aleatoriosSe reducen al aumentar el nmero de observaciones.
VM
D
Nunca se conocer el VALOR VERDADERO de la medida (convencionalmente aceptado)
Errores aleatorios: Debidos a caractersticas del diseo y deficiencias de fabricacin del instrumento y a la fluctuacin sensorial del operador (vista, tacto, pulso).
Se obtiene mediante contraste frecuente del instrumento al medir repetidamente una magnitud en las mismas condiciones, mismo operador y laboratorio
INCERTIDUMBRE DE MEDICIN (I)
x x x x x x x x x x L1 L2 Li Ln I total (calculada)
Si el valor medio de repetidas mediciones sobre una misma magnitud es L, el resultado de la medicin es:
L =L I/2
Supone una distribucin simtrica, respecto del valor ms probable L (aceptado para la mayora de las mediciones)
La incertidumbre I es la amplitud total del intervalo (L - I/2 a L + I/2)
Representa la indeterminacin de una medida (errores aleatorios)
Es imprescindible considerar su magnitud en toda medida de precisin
CABE ESPERAR QUE EL VALOR VERDADERO DE LA MAGNITUD L SE ENCUENTRE DENTRO DEL INTERVALO I
Control del Instrumento: Serie de mediciones sobre patrones de alta precisin, conforme a normas de calibracin.
INCERTIDUMBRE DE UN INSTRUMENTO DE MEDICINSu determinacin
Expresin de incertidumbre (Precisin, Accuracy):
Incertidumbre = I/2 (I/2 : semi-intervalo de I)
Las lecturas efectuadas sobre la pieza patrn tienen una distribucin centrada alrededor de la media aritmtica, y su dispersin es I/2. (distribucin de Gauss)
Clculo de Incertidumbre: Segn la Gua para la expresin de la incertidumbre de medicin Ed. ISO/TAG WG 3, 1993.
Factores de I: el desvo estndar de los resultados del control, la incertidumbre de los bloques patrn, la aproximacin del instrumento, error de paralelismo y planedad de los contactos, la temperatura, etc.
Incertidumbre (Precisin, Accuracy) I = I/2 m Se presenta en distintos formatos:
1- Con un valor constante en micrones:
Ejemplo: I = 20 m2- Ms comnmente
Ejemplo: I = ( 2 + L/75) m
L: Longitud que se mide, en milmetros.Los valores 2 y 75 son valores caractersticos para un instrumento dado.
La I del instrumento es siempre menor que la I de medicin de una pieza con el mismo instrumento (mtodo ms riguroso)
EXPRESIN DE LA INCERTIDUMBRE DE UN INSTRUMENTO DE MEDICIN
N Descripcin Campo de Medida (mm)
Aproximacin(mm)
Incertidumbre(micrones)
1 Micrmetro de Ext. c/ comparador 0-25 0.001 (1+ L[mm]/ 75)
2 Micrmetro p/Exteriores 0-25 0,01 (2+ L[mm]/ 75)
3 25-50
4 50-75
9 Micrmetro p/Exteriores Digital 150-300 0,001 (4+ L[mm]/ 75)
10 Micrmetro p/ Interiores 25-50 0,01 511 Micrmetro p/ Interiores de varillas 50-1000 0,01 (4+ NV+ L / 50)
12 Micrmetro de profundidad 0-100 0,01 (2+ L[mm]/ 75)
13 Micrmetro p/roscas 0-25 0,01 (2+ L[mm]/ 75)
14 Micrmetro de ranuras 0-25 0,01 (2+ L[mm]/ 75)
15 Pie de Rey 150 0,02 (25+0,02 L[mm]
EXPRESIN DE LA INCERTIDUMBRE EJEMPLOS
TOLERANCIA DE FABRICACION
intervalo entre los valores lmites admisibles
En los planos se indicarn los valores nominales y las tolerancias:
Tolerancias dimensionales Tolerancias geomtricas de forma y de posicin Especificaciones de rugosidad
No debe afectar: la funcionalidad vida til intercambiabilidad
TOLERANCIA - INCERTIDUMBRE DE MEDICIN
T
I
I
Si el valor numrico de la medicin es muy cercano a Mmx y Mmn, el valor verdadero podra estar fuera de tolerancia.
T
Mm
n
Mm
x
T = Mmx - Mmn
TOLERANCIA CORREGIDA
Tolerancia corregida (Tc): Es el valor que resulta de disminuir la tolerancia de fabricacin (T) en la incertidumbre (I) del instrumento de medicin
Tc = T I
T
I
I
Tc
Tc representa el rango de medidas admisibles para las piezas que sern aceptadas como buenas.
Primera tendencia: adoptar instrumentos de la mxima exactitud
Segunda tendencia: reflexionar sobre los costos y deterioro del instrumento,
elegir uno mas econmico, generalmente de menor exactitud.
SELECCIN DEL INSTRUMENTOREGLA DE ORO DE LA METROLOGA
El acuerdo entre estas dos tendencias opuestas se resume en:
REGLA DE ORO DE LA METROLOGA
El instrumento debe tener una incertidumbre del orden de 1 dcimo del error tolerado en la pieza a controlar , o:
T / I 10
5
5
36 46
d=79,954
D=80
REGLA DE ORO DE LA METROLOGA
T
I
I
Tc
Ser razonable entonces, aplicar la relacin I T/10 ??
EJEMPLO: Eje: Dmx=80,0 y dmn =79,954mm (T = 46 m) Instrumento de: I= 5m ( 0,1 T)
La tolerancia a cumplir por el operario Tc se reduce de 46 a 36 m ( 22 %)
La dificultad de fabricacin y el % de rechazos, la intercambiabilidad
Esta regla se traduce en que:
La incertidumbre del instrumento debe restarse a la tolerancia de la pieza
La tolerancia asignada a la pieza se reduce, evitando que piezas malas se acepten como buenas,
Aumentan los rechazos y el costo de la produccin pues pueden rechazarse piezas buenas
REGLA DE ORO DE LA METROLOGA
REGLA DE ORO DE LA METROLOGAAnlisis tcnico-econmico
La distribucin estadstica de las discrepancias en las medidas de las piezas producidas en serie, responde tpicamente a una curva normal de Gauss
Con la aplicacin de la relacin T / I = 10:
El nmero de piezas buenas rechazadas, es muy inferior al 10% del
total de piezas producidas
T
I ITc
Piezas buenas rechazadas ~ 1%
El instrumento preciso, elegido con la regla de oro, ser rpidamente amortizado
Un instrumento mas preciso, los retoques y los rechazos, la fatiga del operario
REGLA GENERALIZADA DE LA METROLOGA
3 T/I 10
Con tolerancias muy estrechas, es difcil o imposible cumplir con la relacin T/I 10. En esos casos, se admite que:
T
Tc
Para T/I 3:
el costo del instrumento
el rechazo de piezas correctas pues disminuye Tc
T
I ITc
Tc
Procesos muy precisos (baja T), presentan una distribucin concentrada y muy baja dispersin:
con relaciones T/I 3
es bajo el % de rechazos
Incertidumbre: intervalo entre valores lmites de lectura al medir una magnitud real y constante.
Precisin: aptitud del instrumento para suministrar resultados con el mnimo error = incertidumbre.
Fiabilidad (Repetitividad): aptitud del instrumento para indicar la misma dimensin cuando se repite una medida sobre la misma dimensin real y constante.
Sensibilidad Absoluta (Amplificacin): aptitud para ver grande una pequea variacin de magnitud
(una mayor sensibilidad no es equivalente a una mayor precisin)
CARACTERISTICAS DE UN INSTRUMENTO DE MEDICION
magnitudladeVariacinindicacinladeiacin
Mlsa
var=
=
Umbral de sensibilidad: Es la menor variacin de magnitud capaz de modificar la condicin de equilibrio o de reposo del ndice
Aproximacin: Es la menor fraccin de una determinada magnitud lineal o angular que puede medirse con el instrumento
Campo de medida: Es el rango de valores que se puede medir
UNIDADES DE MEDIDA
En el Sistema mtrico decimal la Unidad de medida es el metro (m)
En la construccin de mquinas se emplea el milmetro (mm)
El Sistema de Ajuste y tolerancia internacional ISO adopta el micrn (m) 1 m = 1 micrn = 0,001 mm
En pases de habla inglesa se emplea la pulgada
1 = 25,399959 mm (inglesa) 1 = 25.400005 mm (americana)
Internacionalmente, se adopta la pulgada americana: 1 = 25,4000 exactos (a 20 C = 68 F). Permite transformar la pulgada en milmetros sin dificultad, facilitando la intercambiabilidad.
Como fracciones se emplean los submltiplos: , , 1/8, 1/16, 1/32, 1/64, 1/128 de pulgada.
Sistema mixto: La pulgada como unidad y fracciones del centsimo hasta el diezmilsimo de pulgada y el millonsimo para tolerancias finas.
ERRORES DE MEDICION
Causas de error: El instrumento: defectos constructivos, desgaste por el uso, deformaciones, Influencias fsicas: presin atmosfrica, humedad, temperatura, y polvo. El operador: agudeza visual, tacto, serenidad, salud e inteligencia
Errores del instrumento
Error de graduacin: Defectos de escala. Defecto de cero (compensable si es conocido)
Defectos de paralaje: se reducen con apropiado diseo y ubicacin relativa de las escalas, forma de la aguja indicadora, espejos de reflexin, etc.
Diseo incorrecto Diseo correcto
Deformaciones elsticas: que sufre la pieza por efecto de la presin de contacto
K22
K1 + K2
L
Deformacin local (K2) (Contacto plano, lineal o puntual)
Contacto plano
Aplastamiento total = K1 + K2
32
0014.02rpK =
Contacto puntual (> deformacin)
P: presinr: radio de curv.
3100092.02DL
PK =
Contacto lineal
P: cargaL: LongitudD: Diametro
a b
Flexin TorsinPor el peso de la pieza o del instrumento
Los nervios de refuerzo no son suficientes p/ dimensiones > 600x400mm
a
L
PK1
ESPLK
=1
P ~ 250 grRango: 50gr / 1Kg
Aplanamiento general (K1)
(despreciable)
Errores del instrumento
Deformaciones permanentes : causadas por desgaste o envejecimiento
Desgaste: > importancia en los calibres fijos (lmite de desgaste). En otros instrumentos: desgaste en sup. de contactos, de guiado, y otros mecanismos
Envejecimiento: Cambios microestructurales que producen cambios de volumen. Deben efectuarse tratamientos de envejecimiento artificial. > importancia en bloques patrn y mrmoles. Defectos y holguras de articulacin Los juegos que producen errores de lectura se compensan con resortes En acoplamientos con amplitud de giro pequea: cuchillas y pivotes esfricos
Cuchillas Pivote esfrico Lminas resorte en cruzLminas resorte
en cruz (comparador)
Paralelogramo flexible
Errores del instrumento
Defectos de rectitud y de forma : toman mayor relevancia en los siguientes instrumentos
Micrmetro por defectos del tornillo o falta de // entre contactos
Pie de reyMordazas no // (torcidas o con juego)
M
M1M2
L L1L2
Gonimetro: Para un dimetro de 50mm, una excentricidad de 0,004mm provoca un error angular de 1 min
Comparadores tipo reloj: defectos en el paso y concentricidad de engranajesPara un engranaje de 50mm: Si O=0,1mm =6,87 min, Diferencia entre los recorridos AB en sentido horario y antihorario=13,75 min
OO
B
A
M
L
M
M: medida del instrumentoL: Medida del instrumento s/ defecto
L > M
Errores del instrumento
A
B
Se adopta una temperatura de referencia internacional de 20C. Las cotas de las piezas indicadas en el plano corresponden a esa temperatura
Dilatacin lineal: Lt = Lo + Lo . . t = Lo (1+ . t ) Siendo Lt = longitud de un slido a la temperatura t C Lo = longitud del mismo slido a 0 C = coeficiente de dilatacin trmica del slido t = t 20 , aumento de temperatura, se tendr:
Efecto de la temperatura
CaslidodellongitudCparaslidodelamientoal
Lo 01arg
=
=
Polvo y partculas de xido: interpuestas en las zonas de contacto Presin y humedad: despreciables en ambientes industriales Temperatura: Efecto por diferencia entre las dilataciones del instrumento y de la pieza.
Errores del por influencias fsicas
Ocurre si la temperatura de la pieza y/o del instrumento son 20C
Fuentes de calor: Iluminacin artificial, radiacin solar, calefaccin, manipuleo, calentamiento durante el mecanizado.
Lt = L20 + L20 . . t = L20 (1+ . t )
Reemplazando Lo por L20 el error es que se comete es despreciable:
Resulta as:
En la prctica el clculo del incremento de longitud sobre Lo no es aplicable, puesto que en general el valor de Lo (T=0C) es desconocido
Efecto de la temperatura
Correccin de las medidas
CASO 1: La pieza a 20C , el instrumento de escala (pie de rey, etc), a temperatura tc20C
c = correccin a efectuar sumndola al valor ledo
La lectura es por defecto cuando tc > a 20 c
La lectura es por exceso, cuando tc < a 20C L20 c
Tc = 20
Tc >20
CASO MAS GENERAL: Materiales y temperaturas distintas para el instrumento y la pieza
tp = temperatura de la piezatc = temperatura del instrumentoLp = longitud de la pieza a tpLl = longitud de la pieza leda en el instrumentoL20 = longitud de la pieza a 20 Cp = coeficiente de dilatacin de la piezac = coeficiente de dilatacin del instrumentop = incremento de la pieza a tp = L20 . p (tp 20) c = incremento del instrumento a tc = L20 . c (tc 20)
L20 p
Ll
Lp
c
Lp = L20 + p y Ll = Lp - Ll = Lp - cc
L20 = Ll - p + c
Los problemas que se plantean son: hallar L20, Lp Ll
Para evitar correcciones, al medir piezas de material ferroso con instrumentos de acero, conviene dejar la pieza y el instrumento durante el tiempo necesario para igualar sus temperaturas a la del ambiente en que se hallan (puede ser temp ambiente distinta a 20C).
Material Acero al C 11,5 x 10-6
Cobre 17 x 10-6
Aluminio 23 x 10-6
Efecto de la temperatura
Para tp y tc >20C: p y cc son positivos
Son inevitables, pero pueden disminuirse con la prctica. Principales factores: Agudeza visual, tacto, sensibilidad, cansancio e inexperiencia del operador.
Error de lectura: Al leer la dimensin sobre la graduacin del aparato Poder separador del ojo: est limitado a distancias de 0,1mm. Deben emplearse amplificadores pticos: lupas (2 a 5 aumentos), microscopios (10 a 80 aumentos)
Paralaje: El operador debe mirar el ndice en direccin perpendicular a la escala o graduacin.
Tacto: Deber minimizarse el esfuerzo de contacto pieza-instrumento para mejorar la sensibilidad tctil y reducir las deformaciones elsticas.
Es recomendable: Reducir el peso de los instrumentos Emplear instrumentos con dispositivos que provean una presin de contacto constante (Ej. Trinquete del micrmetro). La pieza debe ubicarse y sostenerse en una posicin adecuada. Si el contacto con el instrumento se efecta utilizando superficies de referencia, la agudeza visual y el tacto tendrn < influencia.
Errores de medicin personales
Inercia de las partes mviles desplazadas a velocidad variable: La excesiva rapidez en el desplazamiento del contacto mvil del instrumento (palpador o pata de medicin), produce lecturas por defecto sobre piezas macho, y por exceso en las piezas hembras. Ej: Micrmetro: deformacin elstica del arco cuando se supera la presin recomendada.
Defectos de posicin. Cuando:
Las referencias son vagas o contradictorias. Ej. la medicin de interiores con micrmetro requiere una gran habilidad personal
La tcnica es deficiente. Ej: medicin de exteriores con micrmetro
M
L
Medida interior no perpendicular al eje:
L = lectura del instrumento (medicin incorrecta) M = medida correcta = inclinacin del instrumento con respecto a la normal al eje de la pieza.
M = L . cos
Para L = 100 mm y = 1 ser M = 99,985 mm
Errores de medicin personales
Medida exterior no perpendicular al eje:
M = L . cos - T . sen
Para L = 100 mm = 1 y T = 10 mm resulta M = 99,810 mm
M
L
T
)(cos
TgTML +=
Medida interior no diametral
Para L = 100 mm = 1 y T = 10 mm , resulta M = 100,015 mm
2
ML
( )CosLM =
Otras posibles fuentes de error: Tomar cifras enteras o efectuar redondeos (las medidas obtenidas por el operador son del orden de las centsimas o milsimas)
Recomendaciones: Las medidas consideradas importantes deben repetirse con diferentes elementos de medicin. La comparacin resultante reduce los errores.
Errores de medicin personales
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