INGENIERÍA EJECUCIÓN EN MECÁNICA
PLAN 2002
GUÍA DE LABORATORIO
ASIGNATURA “PROCESOS MECÁNICOS I”
CODIGO 15055
NIVEL 04
EXPERIENCIA E01
“INSTRUMENTOS DE TALLER”
INSTRUMENTOS DE TALLER
1.- OBJETIVO GENERAL
Familiarizar al alumno en el principio de funcionamiento y el procedimiento de medición, empleando instrumentos manuales usados en el control dimensional y geométrico de piezas mecánicas.
2.- OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Familiarizar al alumno en el correcto uso de los instrumentos manuales empleados en el control dimensional de piezas mecánicas.
b) Entregar al alumno los conocimientos fundamentales para usar calibres “pasa-no pasa”, mediante el ejercicio de medir dimensiones normalizadas.
c) Transmitir al alumno las metodologías disponibles para medir ángulos usando el instrumental manual correspondiente.
d) Dar a conocer al alumno el instrumental y metodología usados para controlar piezas mecánicas típicas como roscas, ruedas dentadas, poleas, etc.
e) Entregar al alumno la capacidad de seleccionar él o los instrumentos manuales y el procedimiento de medición según el atributo a cuantificar.
3.- INTRODUCCIÓN TEÓRICA 3.1 Medir
utilizan para medir algunas cosas muy concretas o que suelen utilizarse en algunos países como Reino Unido. Algunas de esas unidades son:
Unidad de medida
Equivalencia aproximada
Pulgada
0,02540 metros
Pies
0,03048 metros
Yarda
0,91440 metros
Milla marítima
1.851,85 metros
3.2 HERRAMIENTAS DE MEDICIÓN
Los instrumentos que sirven para medir dimensiones son útiles para todas y cada una de las labores de bricolaje, mecánica, etc. De hecho, la invención de estas herramientas ha hecho posible el gran progreso que hay hoy en día.
No cabe duda de que la dimensión que más se mide en bricolaje y en la vida cotidiana es la longitud.
Algunas de las herramientas más comunes para medir, en su mayoría para medir longitud, son:
- Escuadra: La escuadra de carpintero es un clásico también muy utilizada por los carpinteros, porque aumenta la precisión del trazo y facilita el marcaje. Además, es perfecta para comprobar el ángulo de los ensamblajes y escuadrado de muebles. La idea es que sirva para medir ángulos rectos exactos (90º), insustituible, pues, además sirve para trazar líneas perpendiculares o a 45º respecto al canto de un tablero. Las hay regulables en ángulo, pero se puede perder exactitud en la posición de ángulo recto con respecto a las escuadras fijas.
- Metro láser: Es el metro de última tecnología. Mide fácilmente y con una enorme precisión distancias de todo tipo basándose en la emisión de un rayo láser. Esta precisa herramienta es capaz de medir distancias superiores a 1.000 m y es muy fácil de transportar debido a su ligereza y pequeño tamaño. Su único inconveniente es su elevado precio para un aficionado.
- Transportador de ángulos: Se utilizan para medir los ángulos en grados. El transportador de ángulos es un instrumento útil para fabricar algún elemento con ángulos no rectos. También sirve para copiar un ángulo de un determinado sitio y trasladarlo al elemento que estemos fabricando. El transportador de ángulos es una herramienta de dibujo que nos permite medir y también construir ángulos. Consiste en un semicírculo graduado con el que podemos medir ángulos de hasta 180º
- Calibre: También conocido como pie de rey, es el mejor metro del que para medir pequeños objetos como clavos y tornillos, así como diámetros y grosores, incluso la profundidad de los agujeros. Su mayor virtud es la precisión, ya que es capaz de medir décimas de milímetro, e incluso la media décima de milímetro. Para medir exteriores se utilizan las dos patas largas, para medir interiores las dos patas pequeñas, y para medir profundidades un vástago que va saliendo por la parte trasera. La medida se hace cerrando la pata móvil graduada, donde está dibujada la regla auxiliar o nonio, hasta fijarla a la pieza a medir. La primera raya (0) nos indicará los milímetros y la siguiente raya que coincida exactamente con una de las rayas de la escala graduada del pie, nos indicara las décimas de milímetro (calibre con 10 divisiones) o las medias décimas de milímetro (calibre con 20 divisiones). La regla está dividida en milímetros y en la regla corredera, una longitud de 9 mm se ha dividido en 10 partes. Las escalas suelen estar graduadas en pulgadas, milímetros o en pulgadas y milímetros a la vez.
Medición de interior Medición de exterior Medición de profundidad Medición de escalón
Descripción:
Existen diversas formas de calibres pie de rey en el mercado, según sea la utilización que se le tenga que dar, las longitudes de las patas y de la regla son especiales y de grandes longitudes, (hasta 2000 mm de regla y 200 mm de patas) en la siguiente lista están los más habituales:
Con patas en escuadras hacia el interior o hacia el exterior.
Con la pata de la regla escalada cilíndrica.
Con las patas paralelas largas y estrechas.
Con la pata de la regla escalada desplazable.
Con puntas en la escuadra hacia el exterior.
avanzar un tornillo, axialmente, un paso, es decir, una entrada en un tornillo. Su funcionamiento se basa en un tambor, en el que se dibuja una regla dividida en 50 partes: el tornillo tiene un paso de 0,5 mm, que girando el tambor, este avanza o retrocede. El tambor tiene dos topes: cerrado del todo, en el que el 0 del tambor ha de coincidir con el 0 de la regla, y el abierto del todo en el que la última línea de la regla tiene que coincidir con el 50. La lectura se hace de la siguiente forma:
- Primero se mira los milímetros enteros de la regla del eje.
- Después se lee los medios milímetros, en el caso de que hubieran.
- Luego, se mira la línea en el tambor en la que la regla lo “corta” perpendicularmente.
- Por último, se suma todo: milímetros enteros, medios milímetros y centésimas de milímetros (regla del tambor)
Cuidados: mantenerlo limpio, guardarlo en su estuche, no forzar la presión excesiva sobre una pieza, no deslizar los topes sobre las piezas. A veces, los micrómetros se pueden desajustar, pero, al ser un material tan caro, existen unas piezas llamadas bloques patrón, de medidas exactas, con lo que se pueden calibrar utilizando una llave gancho para hacer coincidir la medida de la pieza con la que marca el micrómetro.
El micrómetro está formado por el cuerpo principal, donde lleva una tuerca, en cuya parte exterior tiene una grabación longitudinal; y por un eje que atraviesa todo el micrómetro a lo largo donde se en encuentran un conjunto de piezas entre las que destacan: anillo de blocaje, caña roscada, cilindro graduado, eje roscado, tambor graduado, tuerca de ajuste, cono de arrastre, seguro contra exceso de presión, atacador y un tornillo.
El esquema de un micrómetro pálmer es el siguiente
Tipos de micrómetros:
Micrómetros para exteriores : También llamada pálmer, sirve para medir el exterior de las piezas.
Micrómetros para tubos: Se usa para medir espesor de paredes de tubos.
Micrómetros para prismas: Se usa para medir diámetro exterior de instrumentos con varios filos
Micrómetros para interiores : Sirven para medir el interior de las piezas.
Micrómetros para roscas: Se usa para medir rosca métrica, en pulgada y de tubos.
Micrómetros para profundidades: Se usan para medir la profundidad de algo.
Micrómetros para engranajes: Sirven para medir engranajes, como se indica.
COMPARAR
Comparar es la operación con la que se examinan dos o más elementos u objetos geométricos, para descubrir sus relaciones, diferencias o semejanzas.
Existen cuatro tipos de comparadores: neumáticos, electrónicos, ópticos y mecánicos. Algunos comparadores son:
- Reloj comparador básico: Reloj capaz de captar variaciones de medidas. No da directamente la medida de una magnitud, sino la comparación con otra conocida. Esta captación es posible gracias a un mecanismo de engranajes o palancas: el mecanismo va encerrado en una caja de acero o aluminio de forma circular atravesado por un eje que termina en una bola de acero templado y se desliza sobre unos cojinetes o guías. Este eje es el que se pone en contacto con la pieza a verificar, por lo que es muy sensible, transmitiendo la captación a unos engranajes que mueven la aguja que marca la unidad en una silueta parecida a la del reloj, pero dividida en 100 partes iguales equivalen a 0,01 mm. La esfera del reloj es, normalmente, giratoria, para ajustar el cero a la posición más conveniente.
- Comparador de alturas con reloj: Es un reloj comparador que se usa con un soporte que capta la variación de altura con bastante precisión, por pequeña que sea. Se emplea para comparar por ejemplo, el defecto de altura en la fabricación de dos piezas del mismo tipo.
modelos, todos ellos disponen de visualización mixta analógica/numérica de última tecnología.
- Comparadores de palanca / Minímetro: El comparador de palanca, o de palpador inclinable, es un tipo de instrumento diseñado especialmente para el acceso a puntos difíciles donde el comparador estándar no puede, a la vez que por su baja presión se hace muy útil para la medición en materiales deformables. Mediciones estándar, perpendicular y lateral sin ningún tipo de complicación a cualquier punto a controlar por difícil que este sea. Permiten tener una visualización numérica y analógica, indicación centesimal y milésimal, unidades de medida milímetros o pulgadas, salida RS232 e indicación del modo de medida normal, mínimo, máximo y máximo-mínimo.
- Comparadores de diámetros: Los comparadores de diámetros no son, ni más ni menos, que un reloj comparador acoplado a un soporte diseñado para medir diámetros internos o externos.
VERIFICAR
Verificar es, simplemente, comprobar si una cosa es verdadera. Aunque, en Mecánica, este término, también comprende los términos medir y comparar, siendo fundamental para saber si las piezas, aparatos o máquinas cumplen o no las condiciones o requisitos necesarios para llevar a cabo la función a la que están destinados.
- 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 colocación de estas piezas se hace dejando las piezas más pequeñas en el centro y las más grandes en los extremos para una mayor fijación.
dejen hilos, evitándolas de campos magnéticos y guardándolas después de limpiarlas y darles una capa de vaselina.
-Galgas: Las galgas son piezas, como las calas, que sirven para verificar si, por ejemplo, un tornillo tiene el paso correcto, si una cuña tiene los ángulos correctos, etc. Existen dos tipos de galgas: de espesores y de perfiles. Estas últimas se dividen en galgas de radios, que se emplean para comprobar los redondeados de las piezas; y galgas para perfiles especiales, con una determinada forma.
- Nivel: Los niveles de burbuja son utilizados en bricolaje, albañilería y carpintería. Con una burbuja en el centro, el nivel sirve para medir con bastante precisión la línea vertical y la horizontal: por ejemplo, para saber si un cuadro está bien colgado o si un ladrillo no tiene más inclinación de la debida. Algunos niveles digitales emiten un sonido cuando hemos alcanzado la horizontalidad o verticalidad adecuada, facilitando enormemente el trabajo. Cuanto más grande es el nivel, más preciso: unos 60 cm. de largo suele ser suficiente.
que cuando se tensa por efecto de la gravedad, dibuja una línea vertical. Se utiliza mucho en albañilería.
- Caja luminosa: Caja transparente con una luz en el que se proyecta una pieza para comprobar si está bien hecha.
- Proyector de perfiles: es como la caja luminosa pero más compleja y precisa.
- Microscopio de taller: microscopio para comprobar detalles minúsculos.
Micrómetros
Uno de los instrumentos que se utiliza con mayor frecuencia en la industria para medir el espesor de objetos pequeños, metalmecánica es el micrómetro. El concepto de medir un objeto utilizando una rosca de tornillo se remonta a la era de James Watt. durante el siglo pasado se logró que el micrómetro diera lecturas de 0.001 pulgadas.
El micrómetro es un dispositivo que mide el desplazamiento del husillo cuando este es movido mediante el giro de un tornillo, lo que convierte el movimiento giratorio del tambor en el movimiento lineal del husillo. El desplazamiento de éste amplifica la rotación del tornillo y el diámetro del tambor. Las graduaciones alrededor de la circunferencia del tambor permiten leer un cambio pequeño en la posición del husillo.
Lectura del Micrómetro
Para el micrómetro estándar en milímetros nos referimos a la figura 2. Para lecturas en centésimas de milímetro primero tome la lectura del cilindro ( obsérvese que cada graduación corresponde a 0.5 mm ) y luego la del tambor, sume las dos para obtener la lectura total.
Figura 2. lectura de un micrómetro convencional
a. Lectura sobre el cilindro 4.0
b. Lectura entre el 4 y el borde del tambor 0.5
c. Línea del tambor que coincide con el cilindro 0.49
Lectura total: 4.99 mm
Note que el tambor se ha detenido en un punto más allá de la línea correspondiente a
4mm.Note también que una línea adicional (graduación de 0.5 mm) es visible entre la línea
correspondiente a 4mm y el borde del tambor.La línea 49 sobre el tambor corresponde con la línea central del cilindro así:
El micrómetro para medidas exteriores es un aparato formado por un eje móvil ( c ) con una parte roscada (e), al extremo de la cual va montado un tambor graduado (f); haciendo girar el tambor graduado se obtiene el movimiento del tornillo micrométrico (e) y por consiguiente el eje móvil (c), que va a apretar la pieza contra el punto plano (b). Sobre la parte fija (d), que está solidaria al arco (a), va marcada la escala lineal graduada en milímetros o pulgadas. A diferencia del vernier hay un micrómetro para cada sistema de unidades. Las partes fundamentales de un micrómetro son:
Arco de herradura.Punto fijo plano.
Eje móvil, cuya punta es plana y paralela al punto fijo.
Cuerpo graduado sobre el que está marcada una escala lineal graduada en mm y ½
mm.Tornillo solidario al eje móvil.
Tambor graduado. Dispositivos de blocaje, que sirven para fijar el eje móvil en una
medida patrón y poder utilizar el micrómetro de calibre pasa, no pasa.Embrague. Este dispositivo consta de una rueda moleteada que actúa por fricción. Sirve
para impedir que al presión del eje móvil sobre la pieza supere el valor de 1 Kg/cm², ya que una excesiva presión contra la pieza pueda dar lugar a medidas erróneas.El micrómetro presenta dos graduaciones para la lectura del milímetro y la centésima de milímetro.
La rosca del tornillo micrométrico tiene un paso de 0,5 mm. Por tanto con un giro completo del tomillo, el tambor graduado avanza o retrocede 0,5 mm. La extremidad cónica del tambor está dividida en 50 partes de otra graduación. Por tanto la apreciación se hace en este caso dividiendo el paso entre 50 partes; sería 0,5 : 50 0,01 mm. Girando el tambor, el cuerpo graduado en centésimas, el eje móvil y el embrague van corriendo por la escala graduada fija. El milímetro y el medio milímetro se leen sobre la graduación lineal fija que está en correspondencia con la graduación de la parte cónica del tambor graduado.
El Micrómetro de profundidades
El micrómetro de profundidad sirve para comprobar la medida de la profundidad del agujero, acanaladuras, etc. Se diferencia del micrómetro para medidas externas en que se sustituye el arco por un puente aplicado a la cabeza del micrómetro.
El campo de medida de este instrumento es de 25 mm y su aproximación es de 0,01 mm. Las partes fundamentales son:
· Puente de acero. La anchura puede variar de 50 a 100 mm. · Plano de apoyo.
· Eje móvil.
· Tambor graduado
Para aumentar la capacidad de lectura, el micrómetro de profundidad dispone de unos ejes de medidas variables que son intercambiables. La figura 4. indica un ejemplo de medida con micrómetro de profundidad. Para que la medida sea correcta es indispensable que el plano del puente del micrómetro se adapte perfectamente a la superficie de la pieza, y con la mayor zona de contacto posible.
Figura 3. Micrómetro de profundidades
Micrómetro de interiores
El micrómetro para interiores sirve para medir el diámetro del agujero y otras cotas internas superiores a 50 mm. Está formado por una cabeza micrométrica sobre la que pueden ser montados uno o más ejes combinables de prolongamiento. La (figura. 5). Muestra las partes principales del micrómetro:
· Cuerpo graduado. · Tornillo micrométrico. · Dispositivo de blocaje.
· Punta fija de la cabeza micrométrica.
· Primer tubo de prolongamiento, atornillado directamente sobre la cabeza. · Eje que se atornilla por el interior del primer tubo de prolongamiento. · Segundo tubo de prolongamiento atornillado sobre el primer tubo. · Eje atornillado por el interior del primer tubo.
· Extremidad esférica. · Extremidad plana.
Figura 5. El Micrómetro de interiores
Con el tambor completamente abierto la cabeza da una longitud de 50 mm. El campo de medida es de cerca de 13 mm. Con sólo la cabeza del micrómetro, pueden por tanto efectuarse medidas comprendidas entre 50 y 63 mm (fig.6).
Para ampliar las medidas se pueden utilizar uno o más ejes de prolongación. Un conjunto completo está constituido por 5 ejes con medidas que son: 13, 25, 50, 100 y 150 mm. Combinando los ejes de diferentes maneras puede medirse cualquier distancia comprendida entre 50 y 400 mm.
Errores de Medición sobre el Micrómetro · Incertidumbre
En una serie de lecturas sobre una misma dimensión constante, la inexactitud o incertidumbre es la diferencia entre los valores máximo y mínimo obtenidos.
Incertidumbre = valor máximo − valor mínimo
· Error Absoluto
El error absoluto es la diferencia entre el valor leído y el valor convencionalmente verdadero correspondiente.
Error absoluto = valor leído − valor convencionalmente verdadero
· Error Relativo
El error relativo es la razón del error absoluto y el valor convencionalmente verdadero
Error relativo = Error absoluto / valor convencionalmente verdadero
Como el error absoluto es igual a la lectura menos el valor convencionalmente verdadero, entonces:
Error relativo = (valor leído − valor real) / valor real
Con frecuencia, el error relativo se expresa como un porcentaje de error, multiplicándolo por cien:
Ejemplo de la medida de un error
Sea por ejemplo, un remache cuya longitud es 5.4 mm y se mide cinco veces sucesivas, obteniéndose las siguientes lecturas:
5.5 mm; 5.6 mm; 5.5 mm; 5.6 mm; 5.3 mm
Incertidumbre = 5.6 −5.3 = 0.3 mm
Los errores absolutos de cada lectura serían:
5.5 − 5.4 = 0.1 mm 5.6 − 5.4 = 0.2 mm 5.5 − 5.4 = 0.1 mm 5.6 − 5.4 = 0.2 mm 5.3 − 5.4 = −0.1 mm
El signo nos indica si la lectura es mayor ( signo + ) o si es menor (signo − ) que el valor convencionalmente verdadero. El error absoluto tiene las mismas unidades de la lectura.
El error relativo y el porcentaje de error para cada lectura serían:
0.1 / 5.4 = 0.0185 = 1.85 % 0.2 / 5.4 = 0.037 = 3.7 % 0.1 / 5.4 = 0.0185 = 1.85 % 0.2 / 5.4 = 0.037 = 3.7 % −0.1 / 5.4 = 0.0185 = −1.85 %
Tipos de Micrómetro
MITUTOYO: Micrómetro Digital de Exteriores Serie 293
MITUTOYO: Micrómetro Digital de Exteriores Económico Serie 293
MITUTOYO: Micrómetro de Exteriores Con Puntas Intercambiables Serie 104
4. METODO A SEGUIR:
4.1 A cada alumno hacer entrega de una serie de instrumentos manuales usados para controlar piezas mecánicas. Esto es: Diversos tipos de pié de metros, tornillos micrométricos, relojes comparadores, escuadra fija y universal, compases, profundímetros, plantillas de radios, de roscas, de ángulos y calibres pasa no-pasa, regla de pelo, mármol, entre otros.
4.2 Para cada instrumento, el profesor del laboratorio explica al alumno el principio de funcionamiento, la aplicación y el método de medición mediante una medición específica.
4.3 Usando el reloj comparador, desarrollar las actividades de: Orientar una prensa paralela a uno de los grados de libertad de la máquina, medir el error de planitud de una pieza usando el mármol como referencia, medir el error de circularidad de una pieza usando el microscopio de taller o la máquina de medir cilindricidad, etc.
4.4 Usando la escuadra universal, medir el ángulo entre dos superficies de una pieza. 4.5 Mediante plantillas medir: Radios, ángulos y holguras en una pieza disponible para ello. 4.6 Usando el cuenta hilos, el pié de metro y las tablas de roscas, Identificar el tipo de
rosca presente en un tornillo.
4.7 Usando la regla de pelo, comparar la planitud de dos superficies.
5.- VARIABLES A CONSIDERAR
5.1. Características técnicas de Los instrumentos de taller usados en el laboratorio. 5.3 Fuentes de error al medir con estos instrumentos.
5.4 Formas de medir los errores geométricos.
6.- TEMAS DE INTERROGACIÓN
6.1 Tipos de instrumentos de taller usados para cuantificar los errores geométricos de piezas mecanizadas.
6.2 Capacidades de medición de estos instrumentos.
6.3 Principio de funcionamiento de los instrumentos de taller.
7.1 Pié de metros universales de diversas resoluciones y rangos de operación
7.2 Pié de metros de aplicaciones específicas, (para medición de roscas, ruedas dentadas).
7.3 Tornillos micrométricos para medición de superficies interiores, exteriores y mixtas. 7.4 Tornillos micrométricos para aplicaciones especiales, (medición de roscas, ruedas
dentadas, etc.).
7.5 Relojes comparadores de carátula y digitales. 7.6 Escuadras fijas y universales.
7.7 Compases, 7.8 Profundímetros.
7.9 Diversas plantillas, (de radios, de roscas, de ángulos, etc). 7.10 Calibres pasa - no pasa.
7.11 Reglas de pelo. 7.12 Mármol.
7.13 Prensa mecánica y fresadora.
8. LO QUE SE PIDE EN EL INFORME:
8.1 Las características técnicas de los instrumentos empleados en el laboratorio. 8.2 Descripción del método seguido.
8.3 para cada instrumento, presentar el resultado de la medición y la incertidumbre en el resultado.
8.4 Un análisis de los resultados obtenidos, comentarios y conclusiones personales. 8.5 La referencia bibliográfica.
8.6 El apéndice con:
a.1. Desarrollo de los cálculos. a.2. Presentación de resultados. a.3. Gráficos.
a.4. Resultado de la investigación al tema propuesto por el profesor
9.- BIBLIOGRAFÍA
9.1 H. Roberto Galicia Sánchez y et, “Metrología Dimensional” 9.2 García Mateos, “Tolerancias, Ajustes y Calibres”
