Tema 1 Bloques patrón. Bloques patrón Son elementos de referencia en el control de otros espesores y para la verificación de instrumentos de medida como micrómetros, relojes comparadores, calibres, etc. Generalmente se presentan por juegos de un número variable de piezas y gracias al fino acabado de sus caras de medida se pueden adherir entre sí mediante un simple deslizamiento manual, combinándose en la cantidad necesaria para disponer de cualquier valor nominal existente dentro de su campo de utilización, con escalonamientos de hasta 0,5 micras. De estas características se desprende que los bloques patrón son los dispositivos de longitud materializada más precisa que existe. Desde que aparecieron en el mercado, a comienzos del siglo XX, y hasta la actualidad, su diseño y construcción ha evolucionado constantemente y hoy están sujetos al cumplimiento de la norma internacional ISO 3650. Es por eso que los requisitos que deben cumplir los bloques patrón son rigurosos y se basan en su aptitud para ser instrumentos de calibración. Estos requisitos son: Exactitud geométrica y dimensional: deben cumplir con las exigencias de longitud, paralelismo y planitud. Capacidad de adherencia a otros bloques patrón: determinada por su acabado superficial. Estabilidad dimensional a través del tiempo, es decir, no deben envejecer. Coeficiente de expansión térmica cercano a los metales comunes: esto minimiza los errores de medición frente a variaciones de temperatura Resistencia al desgaste y a la corrosión. Preparación para el uso Elección La primera operación consiste en elegir bloques patrón longitudinales que debidamente combinados nos den la medida deseada. Para ello siempre tendremos en cuenta lo siguiente: a) Hay que procurar utilizar el menor número de bloques posibles. b) Que los bloques pequeños queden en el centro.
c) A ser posible, emplear bloques para desgaste en los extremos. Estos bloques protectores son de 1 ó 2 mm de espesor y de metal duro, precisamente porque, al ser de gran dureza, no se desgastan con el roce de los aparatos. d) Que la adherencia sea perfecta. Limpieza Se limpiarán los bloques patrón elegidos por medio de una gamuza observando que no tengan ninguna partícula de suciedad en la superficie de medición. Realización de medidas Procurar tocar con los dedos el menor tiempo posible a los bloques patrón por la influencia que tiene en ellas la temperatura y sobre todo no cogerlas por las superficies de medición. Además siempre se manipularán con las manos y guantes limpios según los casos. Tomamos dos bloques patrón longitudinales y apoyamos una superficie de medición contra la superficie del otro bloque. Ejercemos una suave presión de un bloque sobre el otro evitando la formación de capa de aire entre sus caras. Para ello se imprimirá un leve movimiento de vaivén. Comprobamos si están bien adheridas, cogiendo el mayor bloque y poniendo hacia abajo el más pequeño para ver si cae por su propio peso sobre la gamuza.
Si la adherencia es buena podemos añadir sucesivamente bloques patrón hasta conseguir la medida que queremos, repitiendo para ello las tres operaciones anteriores. Una vez hecho esto, es práctica común dejar enfriar el bloque total formado sobre la gamuza, para evitar errores en la medición debido a la dilatación. Materiales que componen los bloques patrón Los bloques patrón están construidos generalmente en acero, pero también se presentan en otros materiales de mayor dureza y resistencia, como el metal duro y la cerámica, por lo que el empleo de piezas de uno u otro material dependerá del presupuesto y la aplicación. La dureza media del acero usado en bloques patrón es de 64 HRc (escala Rockwell) y presenta gran precisión y estabilidad dimensional, así como bajo coeficiente de expansión térmica. No obstante, las piezas requieren una meticulosa limpieza posterior a su uso y deben cuidarse las condiciones de almacenamiento, a fin de protegerlas de la humedad y la corrosión. Los bloques patrón de metal duro, generalmente carburo de tungsteno o carburo de cromo, presentan el doble de dureza media con respecto a los de acero y por ello son capaces de ofrecer una sólida adherencia y gran resistencia al desgaste. Hasta el momento, los bloques patrón de cerámica son los más resistentes al desgaste y la corrosión, y presentan las mejores propiedades de adherencia y estabilidad. Son piezas de óxido de zirconio con un tratamiento especial para lograr sus características excepcionales, que llegan a una dureza media de 130 HRc. Además, la ventaja que poseen frente a los bloques metálicos es que no se adhiere ningún tipo de impurezas magnéticas, por ejemplo limaduras de hierro o virutas de acero, lo que introduciría errores en las mediciones y dañaría la pieza. Grados de precisión y usos Aún dentro de cada clase de materiales con los que están construidos, los bloques patrón se encuentran disponibles en distintas calidades o grados de precisión (en números o, más antiguamente, en letras), cada grado debidamente clasificado por la norma ISO 3650 y sujeto a las tolerancias estipuladas por la misma. Una vez más, el empleo de tal o cual grado de precisión depende de la aplicación.
Presentación y acoplamiento de bloques patrón Como ya se señaló, los bloques patrón se suministran usualmente en juegos presentados en estuches de madera, aunque también pueden adquirirse por unidad. Si bien existen muchos, los juegos más comunes son los de 56 y 112 piezas, que permiten escalonamientos de 1 mm y 0,5 micras respectivamente. La longitud nominal del bloque más pequeño del juego de 56 piezas es de 1 mm y la del bloque más grande es de 200 mm. En el juego de 112 piezas, la longitud nominal del bloque más pequeño es de 0,5 micras y la del más grande es de 100 mm. Con frecuencia se presenta la situación en que debe materializarse un valor que no responde a ninguno de los bloques individuales, es decir, es más probable que tengamos que materializar, por ejemplo, 12,028 mm que 10 mm exactos. Esta situación se resuelve mediante el proceso conocido como acoplamiento, combinación o montaje de bloques patrón. En virtud del fino acabado que poseen sus caras de medida, los bloques patrón pueden adherirse por estas caras para formar un acoplamiento capaz de alcanzar la medida que deseamos materializar. Sin embargo, no se trata de agrupar bloques al azar, sino de seguir cuidadosas reglas para lograr la precisión necesaria y proteger los bloques de cualquier daño. Más información sobre Bloques Patrón según catalogo Mitutoyo Los bloques patrón suelen ser cerámicos o de acero, los cerámicos suelen tener una resistencia 10 veces superior a la de acero, casi ausentes de corrosión, mantienen muy bien su estabilidad dimensional, tanto los de acero cono los cerámicos tienen similares coeficientes de dilatación térmica, lo cual reduce el error de medición frente a variaciones de temperatura. Ambos son compatibles
para que se adhieran entre ellos, en los bloques patrón de cerámica no se adhiere ningún tipo de impurezas magnéticas como por ejemplo virutas de acero. Con respecto a los de acero tienen extraordinaria estabilidad geométrica, esto es, que los bloques patrón de acero se fabrican exclusivamente en material que es envejecido en costosos procesos. Gran fiabilidad del bloque, lo que significa que, el bloque patrón de acero resulta ser, incluso a pesar de transcurrir mucho tiempo, un valioso patrón, debido a su extraordinaria estabilidad térmica. Los bloques patrón de acero son extraordinariamente idóneos como patrones de ajuste, debido a la reducida incertidumbre de medición que alcanzan. Los bloques patrón de poseen caras de gran calidad, que garantizan una adherencia perfecta y un deslizamiento óptimo. Medidas límite de longitud de los bloques patrón en cualquier punto de la superficie:
Ejemplo de aplicación. Unión de bloques cerámicos y de acero. Según su grado de precisión se dividen en: Grado: K Para el laboratorio como medida patrón. Grado: 0 Como medida patrón para el control de calas patrón de taller y para el ajuste de aparatos y máquinas de medir de alta precisión. Grado: 1 Para el control de aparatos de verificación, medición de longitudes y para trabajos de verificación en el gabinete de metrología. Grado: 2 Como medida de ajuste y de trabajo en el taller y para la verificación de instrumentos de medida como micrómetros, relojes comparadores, etc. Juegos de bloques patrón rectangulares en acero. Las calas patrón Mitutoyo están fabricadas de acero especialmente aleado, libre de tensiones y cuidadosamente templado, que posee la estabilidad necesaria para una elevada precisión, una larga duración y gran capacidad de adherencia. Las calas tienen una dureza de 800 HV (64 HRC), por lo que son extraordinariamente resistentes al desgaste. Con cantos matados y lapeados a mano que evitan las fracturas. Cada cala patrón lleva un número de identificación
y la tolerancia de cada una de ellas se indica en el boletín de verificación que acompaña a cada juego. Todos los juegos de calas patrón se empaquetan al vacio, inmediatamente después de haber sido controlados en la verificación final, con el objetivo de preservarlos de la humedad e influencias extrañas. Se sirven en estuches de madera. Bloques patrón paralelos de cerámica Calas patrón paralelas de cerámica (circonio) de gran estabilidad, lapeadas a mano, con buena adherencia. Cada cala lleva un número de identificación. Las calas tienen una dureza de 1.350 HV, por lo que son muy estables y extraordinariamente resistentes al desgaste. Cada juego de bloques patrón se suministra con un certificado de inspección con trazabilidad a normativa nacional. Además los bloques patrón se miden interferométricamente en un laboratorio acreditado NKO. Todos los juegos de bloques patrón se suministran con un certificado de inspección de fábrica con trazabilidad a la norma nacional. Además, los juegos de bloques patrón de calibrado clase K son medidos interferométricamente en un laboratorio acreditado JCSS (Japan Calibration Service System). Un certificado de calibrado JCSS equivale a un certificado de calibrado DKD (Servicio Alemán de Calibrado), ya que ambas instituciones son miembros de la ILAC (Corporación Internacional de Acreditación de Laboratorios). Cada miembro de la ILAC reconoce las certificaciones de los demás.