Metrología y Procesos de Fabricación

Métodos de Medida

1) Por las magnitudes que el método incluye:

• Absoluto: y = y
• Diferencial: y = x₀ + x

2) Por el proceso seguido o instrumento empleado:

• Medida directa: y = x (cuando se compara una magnitud con otra de la misma clase elegida como patrón o con un instrumento considerado como tal).
• Medida indirecta: y = f(x₁, x₂, x₃….) (cuando consiste en determinar el valor de una magnitud haciendo intervenir la ley de la física que la liga con otras varias magnitudes por medio de la medida de estas). Ejemplos: método de las dos bolas, método de la flecha.

Tolerancias e Incertidumbre

Tolerancia Especificada (T): Es el intervalo de valores admisibles que se describen en cada caso para la magnitud en cuestión. Determina el rechazo de los productos producidos fuera de ese intervalo.

Tolerancia de Fabricación: Es la tolerancia especificada recortada en los dos extremos por la incertidumbre. T.Fab = T – U.

Incertidumbre (U): Es la semiamplitud del intervalo máximo en el cual debe encontrarse el valor de la medición. Se expresa: mensurando ± U.

Relación entre T y U: 3 < T/2U < 10.

Ley de Propagación de Varianzas

Dice que si todas las medidas (Xi) son independientes, se cumple la siguiente ecuación.

Criterio de Chauvenet

Según Chauvenet, se deben rechazar todas aquellas medidas cuya probabilidad de aparición sea inferior a 1/2n.

1. Calculamos la media y la desviación típica.
2. Calculamos k(n) siendo k tabulada.
3. Calculamos límite superior e inferior.
4. Las medidas que quedan fuera de esos límites se eliminan, pero si alguna es rechazada se vuelve al primer paso.
5. Cuando consigamos la serie de rechazo, hay que redondear la media final hasta lo que aprecia el instrumento.

Plan de Calibración

El criterio es que los grupos de cada nivel sean calibrados por grupos de niveles superiores, nunca inferiores ni del mismo nivel.

1. El primer nivel lo forman aquellos de más precisión.
2. El último nivel lo forman los instrumentos que una vez calibrados, no calibran a otros.
3. Los niveles intermedios lo forman aquellos que reciben calibración de los niveles superiores y calibran a niveles inferiores.

Calibración de un Instrumento de Medida

Conjunto de operaciones que tienen por objeto determinar el valor máximo de los errores de un patrón, instrumento o equipo de medida. Consiste en la determinación de su incertidumbre y su corrección: x = (X + ΔXc) ± U.

Trazabilidad

Es la propiedad del resultado de una medición o de un patrón tal que pueda relacionarse con referencias determinadas por medio de una cadena de comparaciones teniendo todas las incertidumbres determinadas.

Diagrama de Niveles

Es un gráfica donde figuran agrupados y numerados todos los patrones, instrumentos y accesorios de medida existentes en el laboratorio.

Sistemas de Ajuste

Sistema Agujero Base: Es aquel en que la diferencia del agujero siempre es cero, su posición de tolerancia es H, por lo que su intervalo de tolerancia siempre se sitúa por encima de la L.R.

Eje Base: Es aquel en el que la diferencia superior del eje siempre es cero, su posición de tolerancia es h, por lo que su intervalo de tolerancia del eje siempre se sitúa bajo la L.R.

Homologación, Certificación y Acreditación

Homologación: Es la aprobación oficial de un producto, proceso o servicio, contrastando las prestaciones de dicho producto con las características exigidas en una determinada norma.

Certificación: Es la acción llevada a cabo por una entidad independiente de partes interesadas, mediante la que se manifiesta que se dispone de la confianza adecuada en que un producto, proceso o servicio debidamente identificado, es conforme con una norma o similar.

Acreditación: Es la actividad desarrollada por una institución que concede el respaldo a las actividades de certificación que realizan entidades de certificación.

Procesos de Fundición

Fundición a la Cera Perdida

Características: Apropiado para cualquier material, indicado para la obtención de piezas pequeñas de forma complicada, buen acabado, alta precisión dimensional, coste relativamente elevado. Es útil para crear un molde que corre el riesgo de rotura o deformación al extraer el moldeo (por eso la parte delicada se hace de cera, y para extraerla se calienta hasta que esta se funda y salga sin problemas).

Sistema de Evacuación de Gas

Permite extraer los gases, para evitar porosidad.

Tipos:

• Viento: Son los más empleados. Son orificios con un espesor reducido. Permiten la evacuación del gas en el momento en el que el metal fundido alcanza la entrada de los vientos y la bloquea.
• Sistemas de Vacío: Permiten crear el vacío en el interior del molde, reduciendo el gas encerrado. Al igual que los vientos, se sitúan en las últimas zonas al ser llenadas por el metal fundido.
• Overflows: Cavidades auxiliares situadas en las zonas de la pieza susceptibles de acumular metal fundido con alta proporción de gas encerrado. Son eliminados una vez solidificada la pieza mediante operaciones de mecanizado.

Elementos de la Arena de Moldeo

Arenas (sílice, sintética), aglomerantes orgánicos, aglomerantes inorgánicos y otros (aditivos, agua).

Solidificación Direccional

Para que existan menos efectos perjudiciales de la contracción, las regiones de la pieza más distantes de la fuente de alimentación de metal líquido sean las primeras en solidificar y que la solidificación progrese desde estas regiones hasta las puertas de colada y las mazarotas. El metal fundido seguirá disponible en las mazarotas para impedir los vacíos de contracción durante la solidificación. Para impedir la formación de rechupes se emplea lo que se conoce como solidificación direccional. Permite su correcta optimización las mazarotas, rebosaderos, enfriadores y calentadores.

Construcción de Moldes para la Fundición en Arena

Partimos de un molde dividido en dos, con cada parte hacemos la forma de las cajas superior e inferior, cerramos el molde y vertemos el metal fundido hasta llenar el molde. Solidifica, rompemos el molde y sacamos la pieza.

Fundición en Cáscara

Molde en forma de cáscara de sílice aglomerada, depositándolas sobre una placa modelo metálica calentada. Esta se aglomera en dirección opuesta a la placa, ahí se obtiene el molde. Calentamos el modelo y lo cubrimos con la arena-resina, la resina se funde y se forma la cáscara, volcamos el depósito y sacamos la cáscara, se calienta, se endurece y se vuelve rígida y lisa.

Procesos de Fundición en Molde Desechable

Fundición de arena, cáscara, a la cera perdida, procedimiento mercast, fundición en yeso, con poliestireno expandido, al vacío en molde desechable, proceso antiock y en molde cerámico.

Proceso de Fundición en Molde Permanente

Fundición en molde permanente por gravedad, por inversión, a baja presión, al vacío en molde permanente, Squeeze y a alta presión.

Componentes del Molde

Mazarrota: Cavidad auxiliar de un molde llenado de metal fundido que supone una reserva. Con esto se evitan los defectos.

Bebedero: Es uno de los elementos de los sistemas de distribución de un molde. Conecta con el exterior y con los canales de la colada.

Modelo en Fundición: Es una pieza similar a la que se quiere obtener. Se usa para dar forma a los moldes desechables.

Conformado y Soldadura

Conformado en Frío

Es aquella que se realiza operando a temperaturas inferiores a la de recristalización. No provoca cambios esenciales en la estructura cristalina.

Ventajas:

• Mejores superficies y tolerancias dimensionales.
• Mejores propiedades mecánicas (dureza y resistencia).
• Mejor reproducibilidad.
• Confieren al material anisotropía.

Inconvenientes:

• Para grandes deformaciones, proceso en varias etapas con recocidos intermedios para eliminar tensiones.
• Superficies limpias de la pieza de partida.
• Se produce anisotropía.
• Mayores necesidades de fuerza y energía debido al endurecimiento por deformación.
• Menor ductibilidad.

Límites de Deformación

• Límite de Proporcionalidad: Punto hasta el cual la deformación cumple la ley de Hooke.
• Límite de Elasticidad: Punto hasta el cual la deformación es elástica.
• Límite de Fluencia: Punto al 0.02 de deformación.
• Resistencia Máxima o Última: Punto donde la carga alcanza su máximo valor.
• Límite de Rotura: Punto en el que la deformación se rompe.

Extrusión

Es un proceso de conformado de metales realizable en caliente o frío, en el que mediante un émbolo se presiona al material obligándole a fluir por compresión a través de un orificio de una matriz, el cual da la forma a la pieza. Se reduce la sección transversal. Ej: secciones circulares, cuadradas, incompletas.

Extrusión Inversa: Se coloca el material en la matriz (cerrada por un extremo) y el metal se extrusiona hacia atrás. Ej: perfiles estructurales, tubos y componentes tubulares.

Forja

Es un proceso de conformación masiva plástica, en el cual se somete al material de trabajo a grandes presiones que actúan o continuamente o intermitente. Las piezas obtenidas pueden considerarse acabadas o servir como preforma para un mecanizado posterior. Se realiza normalmente en caliente.

Estirado y Trefilado

Consisten en conformar, por deformación plástica permanente por fuerzas de tracción, alargando el material, al hacerlo pasar por orificios calibrados. Mientras que el estirado pretende efectuar reducciones de sección, el trefilado se emplea para conseguir grandes reducciones de sección. Ej: estirado de perfiles, barras y tubos, alambre (trefilado).

Brazing (Soldadura Fuerte)

Conjunto de procesos de unión sin fusión en los bordes. La fusión del metal se produce por encima de los 450º, la unión se realiza por capilaridad y se usa material de aporte. Los objetivos son: resistencia mecánica menor que la de los metales y conductividad eléctrica. Ej: soldadura de plata.

Tipos de Unión en Soldadura

1. Por coalescencia localizada, basándose en la cohesión y/o adhesión entre los elementos.
2. Por acoplamiento o ajuste geométrico de los elementos basándose en la deformación plástica o elástica.
3. Usando elementos especiales de unión o sujetadores (tornillos, remaches).