Bloques de calibración (también conocidos como bloques calibradores , medidores Johansson , medidores de deslizamiento , o Jo bloques ) son un sistema para producir longitudes de precisión. El bloque de calibre individual es un bloque de metal o cerámica que se ha rectificado con precisión y lapeado a un espesor específico. Los bloques patrón vienen en juegos de bloques con una variedad de longitudes estándar. En uso, los bloques se apilan para formar una longitud (o altura) deseada.
Una característica importante de los bloques patrón es que se pueden unir con muy poca incertidumbre dimensional. Los bloques se unen mediante un proceso de deslizamiento llamado exprimido , que hace que sus superficies ultraplanas se adhieran entre sí. Se puede usar una pequeña cantidad de bloques patrón para crear longitudes precisas dentro de un amplio rango. Usando tres bloques a la vez tomados de un conjunto de 30 bloques, se puede crear cualquiera de las 1000 longitudes de 3.000 a 3.999 mm en pasos de 0.001 mm (o .3000 a .3999 pulgadas en pasos de 0.0001 pulgadas). Los bloques patrón fueron inventados en 1896 por el maquinista sueco Carl Edvard Johansson . [1] Se utilizan como referencia para la calibración de equipos de medición utilizados en talleres mecánicos , como micrómetros ,barras sinusoidales , calibradores e indicadores de cuadrante (cuando se utilizan en una función de inspección ). Los bloques patrón son el principal medio de estandarización de longitudes utilizado por la industria. [1]
Descripción
Un bloque patrón es un bloque de metal o cerámica con dos caras opuestas rectificadas con precisión plana y paralela, a una distancia precisa entre sí. Los bloques de grado estándar están hechos de una aleación de acero endurecido, mientras que los bloques de grado de calibración a menudo están hechos de carburo de tungsteno , carburo de cromo o cerámica porque son más duros y se desgastan menos. [2] Los bloques patrón vienen en juegos de bloques de varias longitudes, junto con bloques de desgaste adicionales, para permitir una amplia variedad de longitudes estándar apilarlos. La longitud de cada bloque es en realidad ligeramente más corta que la longitud nominal estampada en él, porque la longitud estampada incluye la longitud de una película de escurrimiento , una película de lubricante que separa las caras adyacentes del bloque en uso normal. El grosor de la película de escurrimiento es de aproximadamente 25 nanómetros (0,98 μin). [3] La longitud nominal del medidor también se conoce como longitud interferométrica . [4]
En uso, los bloques se retiran del conjunto, se limpian de su capa protectora ( vaselina o aceite) y se estrujan para formar una pila de la dimensión requerida. Los bloques patrón están calibrados para tener una precisión de 20 ° C (68 ° F) y deben mantenerse a esta temperatura al tomar medidas. Esto mitiga los efectos de la expansión térmica . Los bloques de desgaste, hechos de una sustancia más dura como el carburo de tungsteno , se incluyen en cada extremo de la pila, siempre que sea posible, para proteger los bloques patrón de daños durante el uso.
Los maquinistas y los fabricantes de herramientas intentan utilizar una pila con la menor cantidad de bloques para evitar la acumulación de errores de tamaño. Por ejemplo, una pila con un total de .638 que se compone de dos bloques (un bloque de .500 escurrido en un bloque de .138) es preferible a una pila que también tiene un total de .638 que se compone de cuatro bloques (como .200, .149 , .151 y .138 todos escurridos juntos). Como se detalla en la sección Grados , cada bloque tiene una tolerancia de tamaño de unas millonésimas de pulgada, por lo que apilarlos juntos introduce una incertidumbre acumulativa. Sin embargo, el error acumulado de incluso varios bloques suele ser insignificante en todos los usos, excepto en los más exigentes. En una tienda concurrida, algunos de los bloques se usarán en otros lugares, por lo que se crea una pila a partir de los bloques disponibles en ese momento. Normalmente, las pocas millonésimas de pulgada de diferencia no serán detectables, o no importan, en el contexto. Los contextos que exigen la máxima precisión son más raros y requieren un gasto adicional (por ejemplo, más conjuntos de bloques y grados más altos de bloques).
Retorciéndose
Escurrir es el proceso de deslizar dos bloques juntos para que sus caras se unan. Debido a sus superficies ultraplanas, cuando se escurren, los bloques patrón se adhieren firmemente entre sí. Los bloques bien escurridos pueden resistir un tirón de 300 N (67 lbf). [5] Si bien se desconoce el mecanismo exacto que causa el retorcimiento, [5] [6] se cree que es una combinación de: [4] [5]
- La presión de aire aplica presión entre los bloques porque el aire sale de la junta.
- Tensión superficial del aceite y el vapor de agua que está presente entre los bloques.
- Atracción molecular que se produce cuando se ponen en contacto dos superficies muy planas; Esta fuerza hace que los bloques patrón se adhieran incluso sin lubricantes de superficie y en el vacío.
Se cree que las dos últimas fuentes son las más significativas. [4]
No hay magnetismo involucrado, aunque para un usuario, la unión de los bloques se siente un poco como los débiles imanes de un refrigerador que se pegan entre sí. Sin embargo, a diferencia de los imanes, la adherencia solo dura mientras los bloques están completamente unidos; los bloques no se atraen entre sí a través de ningún espacio visible, como lo harían los imanes.
El proceso de escurrido consta de cuatro pasos: [4]
- Limpiar un bloque medidor limpio a través de una almohadilla engrasada (consulte la sección de accesorios ).
- Limpiar cualquier exceso de aceite del bloque indicador con una almohadilla seca (consulte la sección de accesorios ).
- Luego, el bloque se desliza perpendicularmente a través del otro bloque mientras se aplica una presión moderada hasta que formen un cruciforme .
- Finalmente, el bloque se gira hasta que se alinea con el otro bloque.
Después de su uso, los bloques se vuelven a engrasar o engrasar para protegerlos contra la corrosión . La capacidad de un bloque de calibre dado para retorcerse se llamaestrujabilidad ; oficialmente se define como "la capacidad de dos superficies para adherirse firmemente entre sí en ausencia de medios externos". Las condiciones mínimas para la capacidad de escurrido son unacabado superficialde 1 micropulgada (0.025 μm)AAo mejor, y unaplanitudde al menos 5 μin (0.13 μm). [4]
Hay una prueba formal para medir la capacidad de escurrirse. Primero, el bloque se prepara para escurrirse utilizando el proceso estándar. A continuación, el bloque se desliza a través de un plano óptico de cuarzo de grado de referencia de 51 mm (1 μin (0,025 μm)) plano óptico mientras se aplica una presión moderada. Luego, se observa la parte inferior del bloque de medición (a través del plano óptico) en busca de aceite o color. Para los grados federales 0.5, 1 y 2 y los grados ISO K, 00 y 0, no debe verse aceite o color debajo del bloque patrón. Para los grados Federal 3 e ISO 1 y 2, no más del 20% del área de la superficie debe mostrar aceite o color. Esta prueba es difícil de realizar en bloques patrón más delgados que 0,1 pulg. (2,5 mm) porque tienden a no ser planos en el estado relajado. [4]
Accesorios
Los accesorios ilustrados proporcionan un conjunto de soportes y herramientas para ampliar la utilidad del conjunto de bloques patrón. Proporcionan un medio para sujetar de forma segura grandes pilas juntas, junto con puntos de referencia, trazadores y varias formas de bloques que actúan como mordazas de calibre, ya sea externas o internas. Los de punta cónica facilitan la medición de distancias de centro a centro entre los centros de los agujeros. Una pila de bloques de calibre con accesorios de mordaza de calibre externos, todos sujetos entre sí, actúa como un calibre de pasa o no pasa de tamaño personalizado que se ensambla rápidamente .
Se utiliza una piedra de bloque de calibre para eliminar mellas y rebabas para mantener la capacidad de escurrirse. [4]
Hay dos almohadillas para escurrir que se utilizan para preparar un bloque de calibre para escurrir. La primera es una almohadilla de aceite , que aplica una capa ligera de aceite al bloque. El segundo es una almohadilla seca , que elimina el exceso de aceite del bloque después de que se haya usado la almohadilla de aceite. [4]
Los grados
Los bloques patrón están disponibles en varios grados, dependiendo de su uso previsto. [7] El criterio de clasificación es la rigidez de la tolerancia en sus tamaños; por lo tanto, los grados más altos se fabrican con tolerancias más estrictas y tienen mayor exactitud y precisión . Varios estándares de clasificación incluyen: JIS B 7506-1997 (Japón) / DIN 861-1980 (Alemania), ASME (EE. UU.), BS 4311: Parte 1: 1993 (Reino Unido). Las tolerancias variarán dentro del mismo grado a medida que aumente el espesor del material.
- referencia (AAA): pequeña tolerancia (± 0,05 μm) utilizada para establecer estándares
- Calibración (AA): (tolerancia +0,10 μm a −0,05 μm) utilizado para calibrar bloques de inspección y medición de muy alta precisión.
- inspección (A): (tolerancia +0,15 μm a −0,05 μm) utilizado como estándares de la sala de herramientas para el ajuste de otras herramientas de calibración
- taller (B): gran tolerancia (tolerancia +0,25 μm a −0,15 μm) utilizado como estándar de taller para la medición de precisión
Las designaciones de grado más recientes incluyen (Especificación federal de EE. UU. GGG-G-15C):
- 0.5 - generalmente equivalente al grado AAA
- 1 - generalmente equivalente al grado AA
- 2 - generalmente equivalente al grado A +
- 3 - grado de compromiso entre A y B
y ANSI / ASME B89.1.9M, que define tanto las desviaciones absolutas de las dimensiones nominales como los límites de paralelismo como criterios para la determinación del grado. Generalmente, las calificaciones son equivalentes a las anteriores calificaciones federales de EE. UU. De la siguiente manera:
- 00 - generalmente equivalente al grado 1 (los requisitos más exigentes de planitud y precisión)
- 0 - generalmente equivalente al grado 2
- AS-1 - generalmente equivalente al grado 3 (según se informa significa American Standard - 1)
- AS-2: generalmente menos preciso que el grado 3
- K - generalmente equivalente a planitud de grado 00 (paralelismo) con precisión de grado AS-1
El estándar ANSI / ASME sigue una filosofía similar a la establecida en ISO 3650 . Consulte la referencia de NIST a continuación para obtener información más detallada sobre las tolerancias para cada grado y tamaño de bloque. Consulte también la página 3 de: Tolerancias comerciales del bloque patrón (la longitud se refiere al espesor calibrado)
Fabricar
Los bloques patrón generalmente están hechos de aceros para herramientas de aleación endurecida , cerámica o carburos cementados (como carburo de tungsteno o carburo de tántalo ). A menudo, el carburo tiene una dureza de 1500 Vickers . Los bloques de serie larga están hechos de acero de alta calidad con una sección transversal (35 × 9 mm) con orificios para sujetar dos deslizamientos juntos. Estos también están disponibles en material de acero al carbono. Los bloques de acero están templados y revenido . La dureza es importante porque ralentiza la tasa de desgaste del calibre durante el uso (esta es la razón por la que otros tipos de calibres, como pasadores, tapones de rosca y anillos, también se endurecen). El corte de los bloques a la medida se logra con esmerilado seguido de lapeado . Por lo general, no se trata de chapado u otro revestimiento. Los bloques se mantienen ligeramente aceitados y se almacenan y utilizan en condiciones secas de clima controlado; Los bloques patrón de acero sin recubrimiento ni enchapado pueden durar décadas sin oxidarse.
Historia
El juego de bloques patrón, también conocido como "Jo Blocks", fue desarrollado por el inventor sueco Carl Edvard Johansson . [8] Johansson fue contratado en 1888 como inspector de armero por el arsenal estatal Carl Gustafs stads Gevärsfaktori (Fábrica de fusiles de la ciudad de Carl Gustaf) en la ciudad de Eskilstuna , Suecia. Le preocupaban las costosas herramientas para medir las piezas de los rifles Remington que se fabricaban bajo licencia en Carl Gustaf. Cuando Suecia adoptó una variante a medida de la carabina Mauser en 1894, Johansson estaba muy entusiasmado con la oportunidad de estudiar los métodos de medición de Mauser, en preparación para la producción bajo licencia en Carl Gustaf (que comenzó varios años después). Sin embargo, una visita a la fábrica de Mauser en Oberndorf am Neckar , Alemania, resultó ser una decepción. En el tren a casa, pensó en el problema y se le ocurrió la idea de un conjunto de bloques que pudieran combinarse para formar cualquier medida.
Hasta ese momento, ya existía una larga historia de uso creciente de calibres, como calibres para limar y calibres pasa / no pasa , que se fabricaban a medida individualmente en un cuarto de herramientas para su uso en el taller; pero nunca había habido bloques de calibre de superprecisión que pudieran escurrirse juntos para formar diferentes longitudes, como ahora imaginaba Johansson.
En casa, Johansson convirtió la máquina de coser Singer de su esposa en una máquina de pulir y lapear. Prefería realizar este trabajo de precisión en casa, ya que las rectificadoras de la fábrica de fusiles no eran lo suficientemente buenas. Su esposa, Margareta, lo ayudó mucho con la molienda además de las labores domésticas. Una vez que Johansson demostró su set en Carl Gustaf, su empleador le proporcionó tiempo y recursos para que desarrollara la idea. A Johansson se le concedió su primera patente sueca el 2 de mayo de 1901, la patente SE nº 17017, denominada "Juegos de bloques patrón para medición de precisión". Johansson formó la empresa sueca CE Johansson AB (también conocida como 'CEJ') el 16 de marzo de 1917.
Johansson pasó muchos años en Estados Unidos; durante su vida cruzó el Atlántico 22 veces. [ cita requerida ] El primer conjunto de bloques patrón CEJ en Estados Unidos se vendió a Henry M. Leland en la Cadillac Automobile Company alrededor de 1908. La primera planta de fabricación en Estados Unidos para sus conjuntos de bloques patrón se estableció en Poughkeepsie , condado de Dutchess, Nueva York, en 1919. El entorno económico de la recesión posterior a la Primera Guerra Mundial y la depresión de 1920-21 no resultó tan bien para la empresa, por lo que en 1923 escribió una carta a Henry Ford de Ford Motor Company , en la que propuso una cooperación para salvar su empresa. Henry Ford se interesó y el 18 de noviembre de 1923 comenzó a trabajar para Henry Ford en Dearborn, Michigan . Hounshell (1984), citando a Althin (1948) y varias fuentes primarias del archivo, dice: "Henry Ford compró la famosa operación de fabricación de calibres del sueco CE Johansson en 1923 y pronto la trasladó al laboratorio en Dearborn. Entre 1923 y 1927, el La división Johansson suministró 'Jo-blocks' a la sala de herramientas de Ford ya cualquier fabricante que pudiera permitírselo. También fabricó algunos de los manómetros 'Go' y 'No-Go' de Ford utilizados en la producción, así como otros dispositivos de producción de precisión ". [9]
A principios del siglo XX, la pulgada estadounidense se definió efectivamente como 25.4000508 mm (con una temperatura de referencia de 68 grados Fahrenheit) y la pulgada del Reino Unido en 25.399977 mm (con una temperatura de referencia de 62 grados Fahrenheit). [10] Cuando Johansson comenzó a fabricar bloques patrón en pulgadas en 1912, el compromiso de Johnanson fue fabricar bloques patrón con un tamaño nominal de 25,4 mm, con una temperatura de referencia de 20 grados Celsius, con una precisión de unas pocas partes por millón de ambos definiciones. Debido a que los bloques de Johannson eran tan populares, sus bloques se convirtieron en el estándar de facto para los fabricantes a nivel internacional, [10] [11] con otros fabricantes de bloques patrón siguiendo la definición de Johannson al producir bloques diseñados para ser equivalentes a los suyos. [12]
En 1930, la British Standards Institution adoptó una pulgada de exactamente 25,4 mm. La Asociación Estadounidense de Estándares hizo lo mismo en 1933. En 1935, la industria en 16 países había adoptado la "pulgada industrial", como se la conoció, [13] [14] respaldando efectivamente la elección pragmática de la relación de conversión de Johannson. [10]
En 1936, a la edad de 72 años, Johansson sintió que era hora de retirarse y regresar a Suecia. Fue galardonado con la gran medalla de oro de la Real Academia Sueca de Ciencias de la Ingeniería en 1943, poco después de su muerte.
En algún momento, la marca CE Johansson (o al menos su presencia en EE. UU.) Se afilió a Brown & Sharpe , y se crearon bloques de marca compartida con los logotipos de CE Johansson y Brown & Sharpe . Los bloques de marca compartida con los logotipos de CE Johansson y Ford también se siguen utilizando en ocasiones en la actualidad.
Pasadores de calibre
Al igual que los bloques patrón, estos son barras cilíndricas rectificadas con precisión, para usar como calibradores de tapón para medir diámetros de orificios, o como partes de calibres pasa / no pasa o aplicaciones similares.
Rodillos y bolas de calibre
Estos se suministran como juegos de rodillos o bolas individuales como se utilizan en rodamientos de rodillos o de bolas o en aplicaciones de fabricación de herramientas y matrices . Las bolas de calibración se pueden utilizar para calibrar goniómetros de ángulo de contacto , máquinas CNC y equipos similares.
Ver también
- Plano óptico : pieza extremadamente plana de vidrio de grado óptico
- Soldadura en frío - Proceso de soldadura de estado sólido
- Unión por contacto óptico : proceso mediante el cual dos superficies estrechamente conformadas se mantienen juntas mediante fuerzas intermoleculares.
Notas
- ↑ a b Doiron & Beers , 2009 , págs. 1-4
- ^ Doiron y cervezas 2009 , p. 12
- ^ Doiron y cervezas 2009 , p. 4
- ^ a b c d e f g h Friedel, Dave, Wringability and Gage Blocks , archivado desde el original el 2011-06-05 , consultado el 2010-12-22 .
- ↑ a b c Doiron & Beers , 2009 , págs. 138-139.
- ^ Krar, Gill y Smid , 2005 , p. 98.
- ^ Hugh Jack: ingeniero en disco, Grand Valley State University, 2001
- ^ Althin 1948 .
- ^ Hounshell 1984 , p. 286.
- ^ a b c "La historia de los bloques patrón" (PDF) . mitutoyo.com . Corporación Mitutoyo. 2013. p. 8 . Consultado el 1 de febrero de 2020 .
- ^ Gaillard, John (octubre de 1943). Estandarización Industrial y Normas Comerciales Mensual . pag. 293 . Consultado el 1 de febrero de 2020 .
- ^ Cochrane, Rexmond C. (1966). Medidas para el progreso. Publicación especial del NIST, número 275 . Oficina de Imprenta del Gobierno de EE. UU. pag. 200. LCCN 65-62472 .Mantenimiento CS1: fecha y año ( enlace )
- ^ Conferencia Nacional de Pesos y Medidas; Estados Unidos. Oficina de Normas; Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (EE. UU.) (1936). Informe de la ... Conferencia Nacional de Pesos y Medidas . Departamento de Comercio de EE. UU., Oficina de Normas. pag. 4 . Consultado el 2 de agosto de 2012 .
- ^ Wandmacher, Cornelius; Johnson, Arnold Ivan (1995). Unidades métricas en ingeniería - SI: cómo utilizar los sistemas internacionales de unidades de medida (SI) para resolver problemas de ingeniería estándar . Publicaciones de ASCE. pag. 265. ISBN 978-0-7844-0070-8. Consultado el 2 de agosto de 2012 .
Referencias
- Althin, Torsten KW (1948), CE Johansson, 1864–1943: El maestro de la medición , Estocolmo: Ab. CE Johansson [CE Johansson Corporation], LCCN 74219452.
- Doiron, Ted; Beers, John (2009), "The Gauge Block Handbook" (PDF) , Instituto Nacional de Estándares y Tecnología
- Hounshell, David A. (1984), Del sistema estadounidense a la producción en masa, 1800–1932: El desarrollo de la tecnología de fabricación en los Estados Unidos , Baltimore, Maryland: Johns Hopkins University Press, ISBN 978-0-8018-2975-8, LCCN 83016269 , OCLC 1104810110
- Krar, Steve F .; Gill, Arthur R .; Smid, Peter (2005), Tecnología de máquinas herramientas (6a ed.), Educación profesional de McGraw-Hill, ISBN 978-0-07-723225-2.
Otras lecturas
- Doiron, T. (2007). "20 ° C: una breve historia de la temperatura de referencia estándar para mediciones dimensionales industriales" (PDF) . Revista de Investigación del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología . Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología. 112 (1): 1–23. doi : 10.6028 / jres.112.001 . PMC 4654601 . PMID 27110451 . Archivado desde el original (PDF) el 17 de febrero de 2013 . Consultado el 30 de junio de 2012 .
- David Hounshell (1 de septiembre de 1985). Del sistema estadounidense a la producción en masa, 1800-1932: el desarrollo de la tecnología de fabricación en los Estados Unidos . Prensa JHU. ISBN 978-0-8018-3158-4.
- Simon Winchester (2018). Los perfeccionistas: cómo los ingenieros de precisión crearon el mundo moderno . Harper Collins. ISBN 978-1-63546-320-0.
enlaces externos
- La alegría de la alta tecnología
- El manual de bloques patrón; Monografía 180 con correcciones del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología de EE. UU. (NIST); 2004