Metrología y Calidad

Tema 2: Metrologa y Calidad

1. Conceptos bsicos 2. Caractersticas de la fabricacin

artesanal y en serie 3. Intercambiabilidad de un producto o

artculo 4. Fabricacin con Tolerancias 5. Propiedades mecnicas del material 6. Propiedades superficiales: Rugosidad

Superficial


1


2

Objetivos especficos a lograr

Entender porqu se debe fabricar con tolerancias. 1

Conocer las magnitudes que definen una pieza desde el punto de vista de la fabricacin.

2

Definir tolerancias y ajustes en piezas a fabricar. 4

Conocer y poder aplicar los dos tipos bsicos de fabricacin.

3

Evaluar la influencia de la temperatura en los ajustes. 5

Entender y realizar operaciones con cotas. 6


Cada mecanismo o montaje se fabrica individualmente Las pieza se fabrican para una unidad especfica de

montaje No importa la repetitividad El conjunto se hace encajar y funcionar correctamente

recortando o aadiendo las piezas necesarias No importa que las piezas resultantes no se ajusten a

los planos

Caractersticas de la fabricacin artesana

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Cada pieza de un conjunto se fabrica con independencia de las restantes

Las piezas fabricadas independientemente entre ellas deben acoplar perfectamente, es decir deben ser precisas e intercambiables

El conjunto debe poder ser montado con cualquier grupo de piezas de la serie

Tambin se beneficia el recambio de piezas gastadas

Caractersticas de la fabricacin en serie

4


Al principio se fabricaban las piezas y herramientas segn series de nmeros pares, mltiplos de 5, etc.

EJEMPLO: 5,10,15,20,25, ... 2000, 2005,2010,2015,2020,2025, ...

En la actualidad se utilizan las SERIES DE RENARD: Serie cuya razn es la raz quinta de 10 (1,6)

EJEMPLO: 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10 ...1000; 1600;2500;4000 ...

APLICACIONES: Rotores, cilindros, llantas, cadenas, engranajes, tuberas, llaves, vlvulas, cambios de velocidades, tolerancias dimensionales...

Caractersticas de la fabricacin en serie

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Se define como la propiedad que poseen los artculos al ser producidos aparte o independientemente unos de los otros, que posibilita el intercambio de uno por otro, sin necesidad de ajuste o elaboracin posterior, garantizndose el correcto funcionamiento de stos segn las exigencias tcnicas establecidas.

Esto es posible mediante la interdependencia de las actividades de normalizacin, metrologa y control de la calidad, que posibilitan la creacin de las normas de especificaciones de calidad para un artculo cualquiera.

Intercambiabilidad de un producto o artculo

6


7

Fabricar una pieza de dimensiones exactas o verificar una pieza en forma exacta, es imposible.

Fabricacin con tolerancias

Por tanto: Fabricar con un error controlado. Fabricar con tolerancias.

78h7

200

,01


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Fabricar con tolerancias significa que el error mximo admisible no debe impedir el uso de las piezas. Las piezas deben estar dentro de un intervalo de tolerancias.

Fabricacin con tolerancias

Dmin: Dimetro mnimo Dmax: Dimetro mximo AIT: Amplitud del intervalo de tolerancia o Tolerancia

AIT = Dmax Dmin

Dmin

AIT

Dmax


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En general no es suficiente con especificar las dimensiones de una pieza. Hay que considerar tambin la forma o geometra de la pieza.

Fabricacin con Tolerancias

Una pieza queda completamente definida, desde el punto de vista de la fabricacin, por tres tipos o familias de magnitudes:

1. Propiedades del material de la pieza 2. Propiedades superficiales de la pieza 3. Propiedades geomtricas de la pieza


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Ejemplo: Prueba de tensin deformacin hecha en una mquina de traccin universal.

Propiedades mecnicas del material

L0: Longitud inicial Lf: Longitud debida a la fuerza de traccin L: cambio en longitud debido a la fuerza F

Deformacin unitaria e Deformacin real

L0Lf

F

= 0

=ln 0

= -0


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Curva tensin-deformacin en un ensayo de traccin de una pieza de acero.


Sy: Tensin de fluencia Su: Tensin mxima Sf: Tensin de fractura

e

S

Zona de deformacin plstica

Zona de deformacin elstica

Sy

Su

Sf


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Tipos de grficas de ensayos de tensin-deformacin.


Material : Elstico Perfecto, materiales frgiles: Cermicas Aceros para moldes

Material : Elstico y Plstico Perfecto, trabajo en caliente: metales a T>0,4 Tfusin

Material : Elstico y plstico, trabajo en fro, endurecimiento por deformacin: metales a T


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Ejemplo: La dureza

Se comprueba la dureza a travs de una prueba que permite caracterizar el material. Caractersticas de la prueba de dureza Es una medida fcil de hacer No es destructiva, se puede hacer sobre una pieza fabricada.


Definicin de una prueba de dureza: Es una medida de la resistencia de un material a una deformacin plstica localizada. O lo que es lo mismo es cuanto resiste un material a ser rallado o penetrado por otro.


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Pruebas de dureza: Brinell (HB): se identa la superficie de un material

mediante una bola en condiciones controladas. Se controla la magnitud y la tasa de carga.

Rockwell: se identa la superficie mediante un cono o cono esferoidal.


Existen correlaciones entre dureza y tensin de fractura Ejemplo: correlacin entre dureza Brinell (HB) y el esfuerzo ltimo para un acero 1030.

120

= 3,45 ()


Se define la rugosidad de una pieza como las irregularidades producidas sobre la superficie de esta, por la accin de haber sido transformada a travs de cualquier proceso de fabricacin.

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Propiedades superficiales

Ejemplo: La rugosidad superficial


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Topografa superficial de una pieza sobre la cual se ha realizado una operacin de contorneado con una fresa cilndrica.

Fuente: Grfico obtenido con un equipo para medir rugosidad Taylor - Hobson

1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

Posicin direccin del avance (mm/diente)

Topo

graf

a s

uper

ficia

l (m

icra

s)

(mm)

Longitud de medida de la rugosidad


Para evaluar estas irregularidades se suele utilizar un rugosmetro, que es un equipo que realiza un seguimiento del perfil, en lnea recta, mediante una fina punta denominada palpador y que traduce las variaciones de altura de la superficie en seales elctricas que se registran y procesan en una unidad de control. A partir de dichas seales se calculan los diferentes parmetros de rugosidad.

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Longitud de muestreo equivalente cut off o longitud base: es la longitud necesaria a partir de la cual se integran las seales y se calculan los parmetros de rugosidad. Valores tpicos: 0.08, 0.25, 0.8 y 2.5mm (Para Rugosidades , cut off )

El cut off en el acabado de torneado es de 0,8 si 0,1 m < Ra < 2 m y de 2,5 si 2 m < Ra < 10 m. En caso de duda, se recomienda empezar por 0,8 y si Ra > 2m se debe cambiar a 2,5 mm.

El palpador hace un muestreo de la longitud de evaluacin que es la longitud de cut off por un nmero, entre 1 y 5.

En la pantalla se muestra como resultado el promedio de los resultados obtenidos en cada cut off o el mximo para toda la longitud de evaluacin, en funcin de cada parmetro. Norma ISO 4288:1998

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Rugosidad Superficial



Norma ISO 4287:1997: Define los parmetros para evaluar la calidad superficial. Tras la estimacin de los parmetros en una longitud bsica; se efecta la media de estos parmetros en el conjunto de las longitudes bsicas.

Se pueden calcular los parmetros en el perfil bruto (P) o, tras filtracin, en el perfil de rugosidad (R) en el perfil de ondulacin (W). Para cada parmetro, se definen el tipo de filtro y el cut off a utilizar.

Los parmetros relacionados con la longitud bsica utilizan (lb) y los relacionados con la longitud de evaluacin utilizan (le).

Parmetros ms importantes que describen las irregularidades superficiales: Ra, Rq, Rt, Rz, Rc y Rsm. 19




Se define una lnea media en el perfil de rugosidad como una lnea de referencia paralela al perfil, que para una longitud de muestreo, divide su rea de manera que la suma de las reas superiores e inferiores que forman dicho perfil son iguales.

Ra: Rugosidad superficial media aritmtica. Se calcula como la suma de los valores absolutos de dichas reas divididas por la longitud de muestreo. Rq: Desviacin media cuadrtica. Es la raz cuadrada de la suma de las reas al cuadrado

dividida por la longitud de muestreo. Ambos parmetros nos dan una idea global del valor medio de la rugosidad sin tener en cuenta

las alturas de las irregularidades que existen en el perfil entre picos y valles. En la prctica suele utilizarse el parmetro Ra para valorar la calidad superficial de una pieza mecanizada.

=lb

xa ZlbR

0)(

1

20




Rz : Mxima altura del perfil en la longitud base que indica la altura entre el pico mximo y el valle mnimo.

Rt: Rugosidad total del perfil en la longitud de evaluacin. Representa la altura

entre el pico ms alto y el valle ms profundo, independientemente de las longitudes bsicas, es decir en toda la longitud de evaluacin. Por ello, ser siempre mayor a Rz

El indicador Rt tiene como desventaja falsearse fcilmente a causa de puntos

extremos aberrantes. El resultado se indica en la unidad de longitud del eje Z (m)

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Aunque el valor Rz es ampliamente utilizado debe vigilarse al ofrecer valores ya que antiguamente, segn la ISO 4287-1 1984 (vigente hasta 1997) el clculo de dicho parmetro era diferente al actual aunque conceptualmente similar y muchos rugosmetros anteriores a la nueva norma pueden dar resultados diferentes de Rz a los actuales.

Rc: Altura media del perfil. Es la suma de los valores

medios de las alturas de los picos y profundidades de los valles.

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Rsm: Este parmetro es fundamental para verificar si la medicin de rugosidad est bien realizada. Mide el espaciamiento medio entre picos de rugosidad Xs en una longitud de muestreo.

En el torneado, este parmetro es prximo al avance

(en m) siempre que no exista una embuticin de pico.

Un parmetro de Rsm muy superior al avance

significa que no se est evaluando la superficie perpendicularmente a las marcas de rugosidad y por tanto el resultado es errneo. 23




Grfico del perfil bruto de la superficie de una pieza mecanizada

Grfico del perfil de rugosidad de la superficie de una pieza mecanizada

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Este smbolo puede tambin utilizarse en los dibujos de fase de mecanizado, para indicar que la superficie debe quedar tal como ha sido obtenida, con o sin arranque de viruta, en la fase anterior de fabricacin.

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Rugosidad Superficial 1: Valor de la rugosidad Ra en m o nmero de la clase de rugosidad N1 a N12 2: Proceso de fabricacin, tratamiento o recubrimiento 3: Longitud base 4: Direccin de las estras de mecanizado 5: Sobremedidas para mecanizado 6: Otros valores de la rugosidad (entre parntesis)

1

2

5 4

3 (6)

Valor de la rugosidad Ra (m)

Clase de rugosidad

Smbolo Equivalente

50 N 12 25 N 11

12,5 N 10 6,3 N 9 3,2 N 8 1,6 N 7 0,8 N 6 0,4 N 5 0,2 N 4 0,1 N 3

0,05 N 2 0,025 N 1

Operaciones de desbaste Operaciones de Acabado Superacabado o Rectificado Pulido

0,4 rectificado

1,6

torneado

Ejemplos

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27




28



Rugosidad Superficial De acuerdo con la norma UNE 1039 tanto el smbolo como las inscripciones deben orientarse en forma tal que puedan ser ledas desde la base o desde la derecha del dibujo

Siguiendo el principio general de acotacin, el smbolo solamente deber figurar una vez para una superficie dada y, si es posible, sobre la vista que lleve la dimensin que define el tamao o posicin de dicha superficie

Cuando sea difcil aplicar esta regla y el smbolo no lleve indicaciones de caractersticas especiales del estado de superficie o de sobremedidas de mecanizado puede dibujarse en cualquier orientacin.

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Ejemplo de representacin en un plano

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La calidad superficial de una pieza depende del proceso de elaboracin empleado, por ejemplo una pieza fundida posee unas irregularidades en su superficie sensibles al tacto, mientras que las irregularidades de una pieza rectificada son casi imperceptibles, por lo que se verifican mediante medios de medicin.

Rugosidad superficial en una pieza cortada con sierra mecnica y en una mecanizada con fresadora 31



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Relacin entre Rugosidad y Proceso de Fabricacin


Relacin entre Rugosidad y Operaciones de mecanizado

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Ra()Ra()


Normas que hacen Referencia a la Rugosidad Superficial ISO 3274:1997: Estados de superficie: mtodo del perfil,

caractersticas nominales de los aparatos de contacto. ISO 4287:1997: Estados de superficie: mtodo del perfil,

trminos, definiciones y parmetros de estados de superficie.

ISO 4288:1996: Estados de superficie: mtodo del perfil,

reglas y procedimientos para la evaluacin del estado de superficie.

ISO 11562:1997: Caracterizacin metrolgica de los filtros

con fase correcta y bandas de transmisin a utilizar en los perfilmetros de contacto.

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Tema 2: Metrologa y CalidadNmero de diapositiva 2Caractersticas de la fabricacin artesanaCaractersticas de la fabricacin en serieCaractersticas de la fabricacin en serieIntercambiabilidad de un producto o artculoNmero de diapositiva 7Nmero de diapositiva 8Nmero de diapositiva 9Nmero de diapositiva 10Nmero de diapositiva 11Nmero de diapositiva 12Nmero de diapositiva 13Nmero de diapositiva 14Nmero de diapositiva 15Nmero de diapositiva 16Nmero de diapositiva 17Rugosidad SuperficialNmero de diapositiva 19Rugosidad SuperficialRugosidad SuperficialRugosidad SuperficialRugosidad SuperficialRugosidad SuperficialRugosidad SuperficialNmero de diapositiva 26Nmero de diapositiva 27Nmero de diapositiva 28Nmero de diapositiva 29Nmero de diapositiva 30Nmero de diapositiva 31Nmero de diapositiva 32Relacin entre Rugosidad y Operaciones de mecanizadoNormas que hacen Referencia a la Rugosidad Superficial

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