DETERMINACIÓN DETERMINACIÓN DE LAS MEDIDAS MEDIDAS Y TOLERANCIAS, PARA LA CONSTRUCCIÓN CONSTRUCCIÓN DE CALIBRES PASA Y NO PASA
Calibrado res de lími tes Pasa y No Pasa Pasa
Como ya se ha expresado, la normalización de las tolerancias ha permitido asimismo efectuar la normalización de los calibres correspondientes para la verificación de cada una de ellas, de acuerdo con las dimensiones nominales a controlar en una fabricación en serie. El tipo de calibres usados, son los llamados calibres fijos de límites, Pasa-No Pasa (o también los calibres registrables Pasa-No Pasa, cuya puesta a punto es mediante patrones), que establecen el máximo y el mínimo de la medida a controlar, dentro de los cuales deben caer todas las piezas buenas. Los calibres fijos, por consiguiente, no miden, sino verifican o controlan. Se tiene así: a) Calibres fijos para agujeros, agujeros, cilíndricos cilíndricos o tapones, tapones, planos y varillas. Figura Figura 21 en adelante. b) Calibres mordaza mordaza para ejes, forjados forjados para grandes series series o tipo mandíbula mandíbula fabricados en chapa. Los distintos tipos se aprecian en la Figura 29 y siguientes, pudiendo estar el máximo y el mínimo en distinto o en el mismo lado. Esto hace más rápido el control de la pieza. Se usan asimismo para ejes, los anillos calibres o virolas (Figura 18). En la medición con calibres fijos es necesario tener en cuenta el esfuerzo de medición, ya que la elasticidad de los materiales, cuyo efecto se siente más en las mordazas, puede causar errores, sobre todo en la verificación de tolerancias estrechas. Es importante destacar que aquí como en varios textos y publicaciones se emplea la expresión “presión de medición”. No es correcto. Se trata de la “fuerza de medición”, que es controlable. Las diferentes formas de palpadores y superficies, atendiendo tanto a la micro como a la macrogeometría pueden conducir a valores a veces extremadamente altos de la presión de medición, empleando una misma fuerza de medición. Las consecuencias en cuanto a exactitud de las mediciones como a la duración de los calibres pueden ser de mucha importancia. Es por ello que se establece como norma, que en ciertos casos los calibres deben realizar la verificación, es decir, pasar o no pasar, bajo la acción de su propio peso. En el caso de verificaciones de dimensiones grandes, donde se hace necesario disminuir el esfuerzo producido por el peso del calibre, se establecen elementos compensadores del mismo, para definir el e l esfuerzo adecuado de medición. En la tabla VII que se acompaña, se indican los calibres recomendados para agujeros y ejes, en relación a la magnitud de la dimensión a controlar, para los lados P y NP. Región de medidas nominales
Para agujeros
Para ejes
Hasta 100 mm
Más de 100 a 250 mm
Lado Pasa
Calibre cilíndrico
Calibre Cal ibre plano
Lado No Pasa
Calibre cilíndrico o con superficie de contacto reducido
Más de 250 a 315 mm
Más de 315 a 500 mm
Varilla calibre
Varilla calibre o instrumento análogo
Calibres de mandíbulas Anillos (para pequeñas medidas)
Tabla VII. Calibres VII. Calibres recomendados para agujeros y ejes.
Palanca, tornillos micrométricos,...
Se puede asimismo establecer una clasificación en: 1) Calibres de producción, utilizados para la verificación de piezas durante el proceso de elaboración. 2) Calibres de verificación (verificadores), que controlan los calibres anteriores, en forma periódica, para asegurar que los desgastes no los han puesto fuera de medida. 3) Calibres de inspección, utilizados exclusivamente por dicho servicio, para verificar las piezas de fabricación y que pueden controlar las mismas tolerancias que los de producción, o bien tolerancias mayores, siempre como es lógico, dentro de la precisión impuesta a la cota que verifican, con el objeto de disminuir el número de rechazos de fabricación. Por ello, algunas industrias imponen a la fabricación tolerancias más estrechas que las de inspección. La ISO no establece diferenciación. Para una fabricación en serie y para cada una de las cotas a verificar (a veces se controla más de una simultáneamente), es corriente que se construyan tres calibres: uno para fabricación, otro para inspección y el tercero como reserva para el depósito de calibres. El que salga con las medidas más estrechas en cuanto a tolerancias, se destinará al servicio de producción, y uno de los otros dos a inspección. El primero se desgasta más rápidamente, ya que el control en Fabricación se suele hacer en mayor porcentaje de piezas que en Inspección, y cuando llega a superar las tolerancias del de Inspección, se intercambian, teniéndose especial cuidado de controlar a cada tanto dichos calibres, para evitar que se excedan los límites de desgaste admisibles. Si bien los calibres se fabrican con máquinas que dan grandes precisiones en el labrado de las piezas, no se pueden obtener como ya se expresó, medidas exactas. Por ello tanto el lado P como el NP del calibre nuevo, deberán gozar de una tolerancia de fabricación. En las Figuras 18 que corresponden, a las establecidas por ISO, para dimensionar calibres fijos, se dan, con respecto a T (tolerancia a controlar), la posición y magnitud de las tolerancias de construcción de calibre, para ejes (mordazas) y agujeros (tapones, planos o varillas, según el caso), menores de 180mm y mayores de 180mm.
Figur a 18.
En ellas se aprecia lo siguiente: a) Para el lado NP que no se desgasta o se gasta muy poco, la tolerancia H o H1 queda repartida, con respecto al extremo de la tolerancia correspondiente. b) Para el lado P, la misma queda repartida, pero respecto a la cota Z o Z1, hacia adentro de la zona tolerada. Se fija asimismo un valor Y o Y1, que define el límite de desgaste y de vida del lado P. Ese valor de Y puede ser cero (para calidades superiores a 8). Ver la tabla correspondiente. c) Para calibres de más de 180 mm aparece la cota , en detrimento de la tolerancia a medir, que se establece por la inseguridad en el control del calibre, que aumenta a medida que la longitud a controlar se hace mayor. El dimensionamiento de los calibres perjudica evidentemente la tolerancia de la pieza, restringiéndola con calibres nuevos y pudiéndose producir rechazos de piezas buenas, pero favoreciendo la intercambiabilidad y en especial modo, la duración de la vida del calibre, cuya fabricación es costosa. Ese porcentaje de estrechamiento de la tolerancia, no conviene que supere el 33% a calibre nuevo, para tolerancias pequeñas y el 25% para tolerancias más amplias. Quedarían en consecuencia en ese supuesto, tolerancias iniciales del 66 y el 75% de las establecidas para la cota en cuestión. Sin embargo, del cuadro comparativo para un eje ISO, de diámetro 40 mm (Figura 19), se ve que los porcentajes pueden llegar a reducir, para calidades IT5 – IT6 hasta un 47% de la tolerancia nominal. Es en esos casos y para calidades menores que suele preferirse la medición con amplificadores de aguja como por ejemplo los microkatores u otros aparatos de lectura.
Figur a 19. Hay industrias que establecen sus propias normas para dimensionar calibres. Por ejemplo en la fabricación de armas, no se superan en general aún a calibre desgastado, la tolerancia de la cota establecida para la pieza. La norma ISO establece asimismo, las tolerancias de los verificadores para calibres mordaza y de anillo, que son del tipo tapón. Se establece así: un verificador
para el lado NP y otro para el P del calibre nuevo, y un tercero, el más importante, para el límite de desgaste encargado de dar de baja al calibre. Este último verificador debe entrar en el lado pasa P bajo el efecto de una pequeña presión, para producir la baja del mismo. Para los calibres de interior no se indican verificadores en las normas por cuanto su control se realiza con instrumentos y máquinas de medir de gran precisión.
Materiales usados en la fabricación de calibres de límite.
El más comúnmente utilizado es el acero de máquinas con 0,15 a 0,25% de C, aunque puede llegar a 0,50% para calibres tapones y anillos. Una aleación recomendable es de 0,20% de C, 0,90 a 1,10% de Manganeso y alrededor de 0,05% de P y S. No debe contener Si para evitar deformaciones en el templado. Las mordazas forjadas son de bajo porcentaje de C (0,20). Se prefieren a veces un alto % de C (0,90%), para evitar la cementación que se debe hacer en los de bajo contenido de dicho componente. Se han desarrollado asimismo aleaciones especiales del tipo indeformables con cromo, que confiere gran resistencia al desgaste. Se usan asimismo aceros rápidos y aceros para cojinetes de rodamientos. Todos ellos, se deben tratar térmicamente (temple y revenido) con una dureza de trabajo comprendida entre 56 y 64 Rc. La característica fundamental de los calibres, debe ser su resistencia al desgaste. Se han obtenido excelentes resultados mediante la nitruración y mejor aún con el cromado duro. Este último consiste en cubrir la superficie del calibre por medios electrolíticos, con una capa de muy pequeño espesor, algunos centésimos de cromo. El procedimiento es muy eficaz para recuperar calibres desgastados, descromándolos y cromándolos de nuevo. Todos van rectificados finalmente en sus superficies de palpación y se aconseja lapidarlos para aumentar su duración. Se usan asimismo y cada vez más, calibres de metal duro (metales fritados como la Widia, Coromant, etc.) con gran aumento de se rendimiento. Las mordazas se preparan con plaquitas soldadas por alta frecuencia a los palpadores. El desgaste mayor se produce en los de acero. Los nitrurados aumentan su vida de dos a tres veces aproximadamente. Los cromados de 4 a 10 veces y en algunos ensayos, hasta 50 veces. Los de metal duro de 30 a 50 veces. El desgaste, sin embargo, en los de acero, depende más de la calidad de la terminación que de la dureza. Por ello se fija como grado de terminación normal el bruñido o lapidado. Durante la última guerra y dada la escasez de aceros especiales se fabricaron calibres de cristal con resultados muy satisfactorios para piezas de acero y de bronce, pero no para aluminio. Son de bajo costo, no se corroen y tienen muy baja conductibilidad térmica. Se han hecho calibres anillos, tapón y mordazas P y NP. Tiene mejor visibilidad en la medición, no se oxidan, inconveniente que debe tenerse muy en cuenta en los de acero, engrasándolos no se producen rebabas, en algunos casos se desgastan menos y al caer pueden romperse pero no deformarse con la gravedad que esto entraña en el control de piezas. Los calibres de Norbide (Carburo de Boro, B 4C), que es el material artificial más duro de uso comercial, se ha empezado a usar para calibres tapones, ya que su resistencia al desgaste supera en más de diez veces a los carburo de tungsteno (metal duro). Los de zafiro, han dado en ensayos gran resultado. En general a partir de los de metal duro, en valores crecientes de dureza, pueden eliminarse las cotas de desgaste, ampliándose en esa forma el campo de tolerancia a calibre nuevo, haciendo Z = 0. La cilindridad de los tapones y la planitud y paralelismo riguroso de los palpadores de los calibres mordazas, debe controlarse con gran cuidado. La planitud y paralelismo, se realiza, en cuanto a su control, por medios ópticos, usando el sistema
de interferencias luminosas, que veremos más adelante. En cuanto a los instrumentos utilizados para el control de medidas de los calibres, los estudiaremos en otro capítulo. Con máquinas de desgaste que reproducen la acción de control de los calibres durante el proceso de producción, se han obtenido datos comparativos de duración de calibres de distintas características tecnológicas. Así, para un desgaste de 2,5 micrones de un calibre tapón, verificando piezas de acero al C, se han obtenido estos valores: Calibre de acero de alto tenor de C y Cr 8000 piezas Calibre de acero rápido 25000 piezas Calibre de acero cromado duro 200000 piezas La fundición desgasta más los calibres que el acero. Las normas ASA establecen el grado de rugosidad para calibres: 0,1 m para calibres ejecutados según la calidad de trabajo IT2 a IT3; 0,2 m para calidad de trabajo IT4 y hasta 0,4 m para calibres ejecutados en calidades IT5 a IT7. En general la calidad del calibre es de número 4 o 5 veces inferior que la calidad de trabajo a controlar. Es decir: para piezas IT7, calibres IT3 aproximadamente.
Características constr uctiv as de los calibres fijos y registr ables
En todo lo que antecede a calibres P y NP, debemos considerar el principio de Taylor que dice: El calibre P debe representar el prototipo de la forma de la pieza controlada y limitar todos sus parámetros geométricos; mientras que los calibres NP deben controlar todo parámetro geométrico por separado. Efectivamente, supongamos el caso de la Figura 20 en la que se trata el caso de un agujero. Las circunferencias concéntricas representan los límites superior e inferior y la línea irregular, representa la forma y dimensión del agujero real. Se entiende que las proporciones son exageradas. Al efectuar el control, los lados “pasa” y “no pasa” de un calibre tapón completo, responden a las exigencias y la operación es aceptada como buena a pesar de que ciertos valores del diámetro exceden la medida máxima admitida.
Figur a 20. Si para el lado “no pasa” se hubiera empleado un calibre reducido o del tipo varilla (ver Figuras 21, 22 y 23) se hubiera podido detectar la falla mediante posiciones cruzadas del calibre.
Figur a 21.
Figur a 22.
Figur a 23. La Figura 24 representa el caso de un eje. Las conclusiones son idénticas, suponiendo que tanto el lado “pasa" como el "no pasa" son anillos. Correspondería un calibre anillo para el lado "pasa" y un calibre mordaza o herradura para el lado "no pasa".
Figura 24.
Adaptando este tipo de control aseguramos la posibilidad de montaje y rechazamos las piezas fuera de tolerancia. En la práctica, para éste tipo de piezas, ejes y agujeros, se trabaja con calibres mordaza y tapones completos respectivamente, o sea, que salvo para piezas de grandes dimensiones, no se cumple con el principio de Taylor, pero el concepto es de importancia sobre todo tratándose de piezas de forma complicada. En el trabajo práctico correspondiente se podrá analizar un caso particular. La norma ISO no establece detalles para la construcción de los calibres para fabricaciones en serie, salvo claro está, en sus cotas de medición. Las normas ASA americanas, si lo hacen. La ISO no quiere restringir la libertad de los fabricantes, frenando las tendencias evolutivas de perfeccionamiento. La IRAM 5033 p, da un esquema solamente de los calibres. Sin examinar detalles constructivos, vamos a estudiar los distintos tipos usados en las fabricaciones mecánicas en serie. Así para agujeros tenemos: Los calibres tapón Pasa y No Pasa son en general independientes del manguito de sujeción y van montados en él con tornillos o con encajes cónicos, Figura 25 y 26. El " Pasa" es casi siempre más largo y es normal que exceda la longitud del agujero a calibrar. El pequeño ancho de "No pasa" disminuye el peso lo cual es ventajoso en los calibres grandes. Suelen hacerse con el mínimo y máximo del mismo lado para hacer más rápido el calibrado de las piezas. Sobre el calibre se graban las características del orificio a verificar. Para más de l00 mm, se usan los "planos" a fin de hacerlos más livianos, Figura 21.
Figur a 25.
Figur a 26.
Conviene dejar los centros para poder rectificarlos en las superficies cilíndricas y transformarlas en calibres de medidas inferiores y también para facilitar su medición o verificación. Para diámetros mayores de 250 mm, se usan los calibres varillas de extremos esféricos, Figura 22 una para el máximo y otra para el mínimo. Dichas calotas esféricas extremas son de diámetro iguales al máximo y al mínimo respectivamente. Se pueden hacer de puntas con diámetros extremos más pequeños que los diámetros máximos y mínimos. Son más precisas y se usan generalmente para el NP. Las superficies cilíndricas de les calibres planos pueden corres pender a cilindros iguales o menores que los diámetros a verificar. Se puede combinar el P cilíndrico y el NP varilla. La verificación de agujeros presenta más dificultades que la de ejes, sobre todo si el agujero tiene bordes agudos. El calibre "Pilote", Figura 27, lleva un surco en la extremidad anterior, dejando una faja redondeada que centra de inmediato el tapón evitando atascamientos y disminuyendo el desgaste, dado que f acilita la entrada.
Figur a 27. En la Figura 28 se ve el construido por el ingeniero Ternebon (Sueco), llamado Tebo, cuyo mínimo corresponde a una esfera de ese diámetro, estableciéndose el máximo con una calota destacada del resto, que puede ser postiza. La posición I indica agujero menor que el mínimo; la II pasa el mínimo y al girar el Tebo toca el máximo, correspondiendo a piezas buenas y la III que no traba el máximo, la piezas malas por exceso de dimensión. Para calibrar ejes se usan, como se enunció anteriormente, los calibres anillos Figura 30 y mordazas, Figura 29 cuyo tipo clásico es forjado. Las caras de palpación deben ser planas y paralelas con muy buena terminación superficial (lapidado). La buena terminación de los calibres mejora el rendimiento teniendo dicho factor más influencia que la dureza, como ya se ha dicho, y de acuerdo a valores de resistencia comprendidos entre los límites enunciados, es decir, 56 a 64 Rc. En los
calibres que estamos analizando se distingue el lado NP pintando una zona del mismo de color rojo. El calibre de boca o mordaza permite verificar las piezas montadas sobre la máquina que la produce, entre puntas, cosa que no se puede hacer con calibres anillos.
Figur a 28
Figura 29
Figur a 30
La Figura 31 muestra uno de mordaza simple con el P y NP del mismo lado. Calibres más económicos para pequeñas cantidades de piezas a verificar y que no justifican su fabricación como calibres forjados son los de chapa de la Figura 32. Para pequeños espesores, hasta 6 mm, se fabrican en dos partes (Figura 33) unidos por tornillos sellados o remaches. Se pueden así recuperar, rectificando la superficie de unión cuando los mismos están gastados. Para calibrar superficies planas paralelas se usan calibres como el de la Figura 34.
Figur a 31
Figur a 38
Figura 32
Figur a 33
Figura 34
Los calibres registrables, Figuras 35, 36 y 37, inventados por Johansson, permiten fijar la magnitud de la cota a verificar, regulando la posición de los palpadores y poniéndolos a punto mediante placas calibradoras y accesorios especiales. Son especiales para series relativamente pequeñas, en las que no se justifica fabricar calibres fijos para cada cota a verificar. Para industrias de producciones variables, también son muy ventajosos, siendo de destacar la influencia favorable sobre los costos de producción.
Figur a 35
Figur a 36
Figura 37
Resulta asimismo con estos calibres, aplicar la tolerancia de fabricación de las piezas a controlar, llevándola a los extremos del desgaste en el P, es decir, sin tomar en cuenta los valores “z” y aprovechando los valores “ y” en favor de la tolerancia. Asimismo, la regulación y puesta a punto con bloques calibradores, puede hacerse con valores H más estrechos que los previstos por la norma. Con un juego de 20 calibres, se logran todas las medidas entre 0 y 305 mm, y para tener una idea de su campo de regulación, diremos que el 11, va de 100 hasta 115 mm, y el 20 de 275 a 305mm. Un tornillo posterior 1, al vástago palpador, lo desplaza a éste, y otro 2 mediante una cuña, lo inmoviliza. Se suelen sellar a la cera los tornillos para evitar correcciones por el hombre que los usa. Pueden tener también los cuatro palpadores registrables. El de la Figura 37 es para calibrados interiores (uno para el máximo y otro para el mínimo, van de 36 a 300 mm) Los calibres registrables exigen verificaciones más frecuentes. El de la Figura 36 tiene el vástago 1 telescópico y es impulsado hacia afuera por un resorte. Introducido en el orificio a verificar se libera el resorte, los dos extremos apoyan sobre el diámetro del agujero y entonces se inmoviliza la posición de 1, mediante un tornillo accionado desde 2. La cota deseada se obtiene midiendo la distancia entre los dos extremos, con un instrumento a lectura. El calibrado, si no se especifica nada en contrario, se realiza por el propio peso del calibre. En piezas de diámetro constante que podrían no ser cilíndricas como en las obtenidas por rectificado sin centro (Figura 38), o piezas trefiladas, etc., tal error es sólo evidenciable con apoyos en “ V” y un amplificador a lectura.
