Tema 4 Metrotécnica

TEMA 4: INTRODUCIÓN OS MATERIAIS.METROTECNIA 1

TECNOLOXÍA INDUSTRIAL I IES AQUIS CELENIS

TEMA 4: INTRODUCIÓN OS MATERIAIS.

METROTECNIA

A.- INTRODUCIÓN OS MATERIAIS

1.-INTRODUCIÓN.

O emprego e descubrimento de novos materiais é un dos aspectos que mellor caracterizan a evolución do ser humano. De feito, determinadas idades prehistóricas reciben o nome de determinados materiais, o que indica a importancia dos mesmos nesa época histórica.

En xeral, todos os materiais poden clasificarse en tres grandes grupos:

- Naturais: son aqueles que se atopan na natureza. Constitúen os materiais básicos a partir dos cales se fabrican os demais. Ó longo da historia, o home aprendeu e mellorou as diferentes técnicas de extracción e obtención destes materiais. Na actualidade, o seu uso masivo unido ó feito de que a maioría destes materiais son non renovables obriga a facer un uso responsable dos mesmos, e incluso empregar técnicas de reciclaxe para reducir o impacto dun uso masivo dos mesmos. Exemplos: madeira, la, ouro, arxila, ...

- Artificiais: son aqueles que se obteñen a partir de outros materiais que se atopan na natureza e non sufriron unha transformación previa. Tamén reciben este nome aqueles produtos fabricados con varios materiais que son na súa maioría de orixe natural. Exemplo: formigón.

- Sintéticos: está fabricados polo home a partir de materiais artificiais. Non se atopan na natureza nin eles nin ningún dos materiais que os compoñen. O exemplo máis característico son os plásticos. A baquelita por exemplo obtense dos materiais artificiais formol e fenol.

2.- PROPIEDADES DOS MATERIAIS.

O propósito dun técnico especialista en materiais cando pretende fabricar un obxecto é primeiramente establecer as características desexables que deben posuír os materiais dos que estará feito, e nunha segunda fase, escoller o material óptimo entre aqueles que cumpran as características desexadas. Na segunda fase interveñen os seguintes factores:

Propiedades mecánicas: resistencia, tenacidade, dureza, rixidez,...

Resistencia á corrosión.

Condutividade térmica e eléctrica.



Facilidade de conformado.

Peso específico e aparencia externa: propiedades sensoriais.

Factores ecolóxicos: posibilidade de reciclaxe e reutilización.

Prezo da materia prima.

Mediante o estudio detallado destes factores determinarase cal é o material máis apropiado para a peza que pretendemos fabricar. Todas as anteriores propiedades veñen determinadas pola estrutura interna do material, é dicir, polos compoñentes químicos presentes (átomos) e pola forma de unión dos átomos (enlaces).

2.1.- PROPIEDADES QUÍMICAS.

As principais propiedades químicas que poden presentar un material son a estabilidade química e a corrosividade.

Estabilidade química: con esta propiedade defínese si un determinado elemento ou composto químico tende a reaccionar espontaneamente ó entrar en contacto con outro elemento e a descompoñerse, ou si polo contrario é necesario unha acción exterior (calor, traballo, elementos químicos, etc.), para que reaccione.

Corrosividade: é o deterioro das propiedades dun material debido á acción de axentes externos como a auga, os ácidos, etc. Pode deberse a reaccións químicas (rotura de enlaces e intercambio de electróns) ou a solubilidade dalgúns elementos compoñentes do material co axente externo.

2.2.- PROPIEDADES ELÉCTRICAS.

As máis importantes son a resistividade e a condutividade eléctrica.

Resistividade ( ρ ): é a medida da oposición dun material ó paso da corrente eléctrica. A resistencia dun determinado material ó paso da corrente eléctrica é directamente proporcional á resistividade, e tamén as súas características dimensionais: sección (S) e lonxitude (L).

Unidades: ou

Condutividade eléctrica ( σ ): é a propiedade inversa da resistividade, é dicir, mide a permisividade dun material ó paso de electróns, e polo tanto, de



corrente eléctrica. Depende do número de electróns libres ou de ocos (falta de electróns) que posúe o material.

2.3.- PROPIEDADES MAGNÉTICAS.

As propiedades magnéticas representan os cambios físicos que se producen nun corpo ó estar sometido a un campo magnético exterior. En liñas xenerais podemos distinguir:

Materiais diamagnéticos: as liñas de campo magnético creadas ó estar o material en presenza dun campo magnético exterior son de sentido contrario a este. Exemplos: cobre, prata e auga.

Materias paramagnéticos: as liñas de campo magnético creadas ó estar o material en presenza dun campo magnético exterior son do mesmo sentido que este. Exemplos: aluminio, estaño e platino.

Materiais ferromagnéticos: por debaixo dunha temperatura determinada, adquiren un campo magnético intenso ó estar en presenza cun campo magnético exterior, quedando o material imantado. O ferro, o níquel e o cobalto son materiais ferromagnéticos. Os materiais ferromagnéticos presentan un amplo campo de aplicación, principalmente en motores, xeradores eléctricos e transformadores.

2.4.-PROPIEDADES TÉRMICAS.

As máis importantes son:

Calor específico (Ce): é o calor necesario para elevar un grado centígrado a

temperatura dunha unidade de masa de material. As unidades son kcal/C × kg.

Dilatación térmica: indica a variabilidade das dimensións do material ó variar a súa temperatura. Exprésase en tres formas distintas segundo a forma xeométrica da peza: coeficiente de dilatación lineal, superficial e cúbico. O incremento de lonxitude que experimenta un material, coñecido o seu coeficiente de dilatación (K), o intervalo de temperaturas (T2 – T1) e a lonxitude inicial (Li), ven dado por:

Densidade: é a relación entre a masa que posúe un corpo e volume que ocupa. Os materiais de densidade menor a 1 kg/dm3 flotan en auga destilada, e os de maior densidade somérxense. Matematicamente:



Condutividade térmica: é a intensidade coa que se transmite o calor no seo dun material.

Temperatura de fusión: temperatura para a cal un material pasa de estado sólido a líquido como consecuencia dun aporte de calor.

Calor latente de fusión: é o calor necesario para transformar unha unidade de masa de material de estado sólido a estado líquido.

2.5.- PROPIEDADES MECÁNICAS.

Entre as máis importantes destacan:

Elasticidade: é a calidade que presenta un material para recuperar a súa forma orixinal ó cesar o esforzo que o deformaba. O módulo de elasticidade cuantifica esta propiedade relacionando a deformación coa forza que a provoca.

Plasticidade: é a calidade oposta á elasticidade, e indica a capacidade dun material de manter a forma que adquire ó estar sometido a un esforzo que o deformou.

Resistencia á fluencia: indica a forza necesaria para deformar un material e que non recupere a forma primitiva unha vez que cesa o esforzo.

Fatiga: propiedade que presentan algúns materiais de romper cando están sometidos a forzas inferiores o seu límite de rotura, incluso baixo comportamento elástico, cando as forzas son continuas e cíclicas, é dicir, repítense cunha determinada frecuencia.

Dureza: resistencia que opón un corpo a ser penetrado ou raiado por outro.

Fraxilidade: facilidade de rotura dun material en anacos sen que se deforme elasticamente.

Tenacidade: capacidade dun material de deformarse bastante antes de romperse.

Resilencia: resistencia que posúe un material a romperse pola forza provocada por un golpe corto e intenso.

Ductilidade: calidade dun material para ser estirado e conformado en fíos finos.

Maleabilidade: calidade dun material para deformarse en forma de láminas finas. . .



Maquinabilidade: mide a maior ou menor facilidade para conformar un material mediante mecanizado (corte con coitelo, arranque de labra, tradeado (“taladrado”), ...).

Moldeabilidade: facilidade dun material para ser conformado por moldeo.

2.6.- PROPIEDADES SENSORIAIS.

Estas propiedades corresponden ás que apreciamos por medio dos sentidos, de forma que nos da unha primeira identificación do material definindo a aparencia do mesmo. Entre as máis importante destacamos:

Acabado superficial e textura: infórmanos sobre a superficie da peza.

Características ópticas: indican o comportamento do material cando é exposto a unha fonte luminosa.

Características acústicas: informa da sonoridade do material.

Características olorosas: informan das características olorosas de certos materiais.

2.7.- PROPIEDADES ECOLÓXICAS.

A importancia que adquiriu nos últimos anos os factores ecolóxicos á hora de deseñar un produto fai que un determinado material poda ser rexeitado debido ó impacto ambiental que provoca a súa obtención ou utilización. Características engadidas como a posibilidade do seu reciclaxe e posterior recuperación parcial ou total inflúen tamén na elección dun determina material.

3.- IDENTIFICACIÓN DOS MATERIAIS.

As características dun material veñen dadas polos elementos químicos presentes (átomos) e a súa unión (enlaces). Así, o estudio que nos permite coñecer as propiedades dos distintos materiais é de carácter fundamentalmente químico.

A materia en xeral, ó estar composta por átomos, ten un carácter discontinuo, e polo tanto, debemos observar non soamente o estado illado dos átomos, senón o do conxunto de todos aqueles que compoñen a materia. Mentres que en estado sólido a estrutura interna da materia presenta unha certa permanencia e posicións fixas, en estado líquido ou gasoso a estrutura atómica posúe a mobilidade que permite que a materia adopte a forma do recipiente que o contén.



En xeral os materiais de enxeñería poden dividirse en catro grandes grupos: cerámicos, plásticos e polímeros, fibras e madeiras e metais.

Aínda que xeralmente os materiais poden distinguirse facilmente pola súa apariencia externa, para determinar as súas características específicas realizamos ensaios. Entre os ensaios máis usuais destacan os que permiten determinar e especificar as propiedades mecánicas dos distintos materiais.

B.- METROTECNIA

1.-O CONTROL DIMENSIONAL.

O control dimensional dunha peza é unha parte fundamental en calquera proceso mecánico, xa que permite verificar a conformidade das súas formas e dimensións en función das condicións do proxecto. Nalgúns casos, o control dimensional permite unha certa tolerancia, en outros, o proceso é moi preciso no seu acabado final, como por exemplo nas dimensións dun pistóns nun cilindro.

Entre as vantaxes que presenta, o control dimensional permite intercambiar pezas por substitución, definir as condicións de funcionamento correcto entre pezas e abaratar custos de fabricación ó aumentar a produtividade.

Podemos facer o control dimensional de dúas maneiras:

Sen medición: entre os límites máximo e mínimo determinados polas condicións de deseño.

Con medición: cando medimos unha cantidade real. Neste caso podemos facer unha medición directa (empregando instrumentos de medida) ou unha medición indirecta (obtendo a diferenza entre a medida real e un patrón de medición).

2.- VERIFICACIÓN.

Existe a necesidade de verificar puntualmente algúns parámetros da peza, compoñente ou produto fabricado, para asegurar os requisitos establecidos no deseño. Este proceso faise empregando sistemas e instrumentos de medida precisos.



3.- ERROS NOS PROCESOS DE MEDICIÓN.

Podemos distinguir tres tipos de erros:

Erros aleatorios ou accidentais: son os provocados por alteracións medioambientales como son os cambio de temperatura, a existencia de campos eléctricos ou magnéticos, etc. Son errores inevitables, pois é moi difícil conseguir que se fagan sempre as medicións nas mesmas condicións. O seu efecto redúcese empregando técnicas estatísticas.

Erros sistemáticos: aparecen constantemente en todas as medicións e son os ocasionados por calibracións defectuosas, defectos no proceso de medición, etc. Son erros que non se detectan por métodos estatísticos ó ser todas as medidas que se fan incorrectas en magnitude constante. A maneira de evitalos é realizando un seguimento técnico dos aparellos e dos procesos de medida.

Erros ilexítimos: son equivocación debidas, por exemplo, a lecturas incorrectas da indicación do aparello, erros nos cálculos de transformación de unidades, etc. Non deberían producirse de facerse con precisión todas as operacións de cada medición.

4.- TOLERANCIA.

Na construción dunha peza ou produto é imposible reproducir con exactitude matemática as medidas coas que foi deseñada no plano. Isto débese a :

Imperfeccións e alteracións dos materiais.

Fallos na apreciación do observador.

Deformacións das pezas por factores ambientais ou temporais.

Falta de precisión ou de fidelidade nos instrumentos de medición.

Isto obriga a admitir un marxe de erro de fabricación ou de medida chamado tolerancia. A tolerancia é pois o erro máximo admisible entre a medida real da peza e a nominal (indicada no plano).

A intercambiabilidade e universalidade das pezas, para poder competir en mercados moi diversos, obrigou a definición dunha serie de sistemas de tolerancia dende principios do século XIX. Así as primeiras na súa definición foron as normas DIN alemáns. En diversos países impulsáronse normas de este tipo, as ASA en Estados Unidos, as UNE en España. A diversidade destas normas implicou a necesidade de introducir un sistema internacional de medidas, denominadas ISO (International Organization for Standardization).

Toda medición vai sempre acompañada dunha incerteza, independentemente da cantidade a medir, da unidade escollida, do instrumento empregado e da atención do observador. Isto provoca que o resultado dunha medición sexa o conxunto de dous valores: a cantidade ou valor obtido e a incerteza. A incerteza é o erro experimental que atopamos en toda medición, e aínda que pode ser diminuído, non pode ser eliminado completamente.



Para considerar unha peza ou produto como aceptable, o valor da medida real ou efectiva debe estar dentro duns límites de tolerancia. Si a medida real MR é superior á medida nominal MN, a súa diferenza non debe superar o límite superior LS: MR-MN≤LS. Si a medida real MR é inferior á medida nominal MN, a súa diferenza non debe superar o límite inferior LI:MR-MN≤LI. Por exemplo unha cota 20 ± 0’3 mm indícanos que a peza que debemos fabricar pode estar entre 20’3 mm e 19’7 mm.

Cando nunha medida empregamos o termo erro debemos distinguir entre o erro absoluto e o erro relativo. O erro absoluto é o erro total que se produce ó medir unha magnitude. Tomase sempre como positivo, tanto si é por defecto como si é por exceso.

Erro absoluto = Valor da medición ς Valor real

O erro relativo é o erro producido pola unidade de medición. Exprésase en porcentaxe e indícanos o grao de precisión e de exactitude dunha medición.

Exemplo: Unha peza de lonxitude 59’89 mm mídese cun pe de rei e ofrece unha lectura de 60’90 mm. O cálculo do erro absoluto e relativo son:

EA = 60’90 – 59’89 = 1’01 mm

ER = (1’01/59’89) x 100 = 1’686%

5.- MEDIDAS LONXITUDINAIS.

Medir é sempre saber cantas veces unha magnitude é maior ou menor que a medida tomada como unidade. A medición dunha magnitude ten unha precisión limitada; o erro é a medida desta precisión.

Hai diferentes ferramentas para medir unha mesma magnitude, pero a precisión de cada unha delas é diferente. Por exemplo, as cintas métricas de ata 50 metros teñen unha precisión de centímetros (1 cm), o metro pode medir cunha precisión de milímetros (1 mm) e o pe de rei pode medir cunha precisión de décimas de milímetro (0’1 mm).

Unha das ferramentas máis empregadas para medir lonxitudes é o metro. Preséntase en diversas formas e tamaños adecuados para as diferentes profesións.

5.1.- PE DE REI.

A veces pode interesarnos medir unha peza diferentes dimensións, que poden ser exteriores, interiores, de profundidade dos orificios ou de grosores inferiores a un milímetro. Nestes casos empregamos o pe de rei.



O pe de rei é un instrumento de medición formado por dúas partes, unha fixa e outra móbil. A parte fixa consiste nunha regra graduada en milímetros, A parte móbil desprázase sobre a escala principal e leva incorporada unha pequena escala graduada chamada nonio, que permite determinar unha medición con precisión. Nunha escala de lonxitude de 9 mm, está dividido en 10 partes e permite obter lecturas fraccionarias exactas. O número de orden da división do nonio, que coincide cunha división da regra principal, é o número de décimas de milímetro en que o obxecto excede a división da regra principal.

Funcionamento: o proceso de medir co pe de rei consiste en desprazar o cursor da parte móbil ata tocar a superficie da peza que hai que medir. Debemos observar dous parámetros: o primeiro é a posición do cero da parte móbil respecto á escala graduada da parte fixa, e o segundo as divisións do nonio que coinciden

coa graduación da parte fixa.

A apreciación do pe de rei determinase pola seguinte fórmula:



5.2.- MICRÓMETRO OU PÁLMER.

É un aparato de medición directa que pode medir cunha precisión de centésimas de milímetro (0’01 mm). Emprégase para medir obxectos de dimensións reducidas e de gran precisión, como por exemplo un fío condutor. O seu funcionamento basease no movemento de avance dun parafuso do que coñecemos o paso cando lle damos voltas.

Normalmente, o paso dos parafusos do micrómetro é de 0’5 mm, medida que corresponde a unha volta enteira da cabeza. Na seguinte figura podemos ver un pálmer e dous exemplos de lecturas. Xeralmente, so sirve para medir dimensións exteriores, principalmente diámetros.

A apreciación do micrómetro é:



5.3.- GONIÓMETRO.

É un instrumento para medir ángulos. De gran precisión, permite medir ángulos a dereita e a esquerda, e leva incorporado no nonio un dispositivo óptico para evitar erros de lectura. Tamén existe no mercado o nonio circular, que empregamos na medición de ángulos, cunha precisión a partir da décima de milímetro.

5.4.- GALGAS.

Pertencen ós instrumentos de comparación de medida fixa. Son láminas de aceiro temperado dun grosor uniforme e un calibrado igual á medida nominal da galga. Hai galgas de moitos tipos e formas distintas.

Empréganse para medir pequenas ranuras, xogos entre pezas, desgastes, etc., así como topes nos regraxes (por exemplo na separación entre o

electrodo e a buxía). Tamén se poden empregar para medir radios e roscas. Normalmente incorporan o seu valor gravado, e subminístranse en xogo de valores máis comúns para unha rosca concreta.

Documents

Tema 4 Metrotécnica