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Bloques Patrón
Breve descripción
Los bloques patrón (también conocidos como bloques Johansson, calas de precisión o galgas) son bloques metálicos o cerámicos de alta precisión fabricados en longitudes estándar exactas. Inventados por Carl Edvard Johansson en 1896, constituyen el estándar de referencia fundamental para la medición dimensional en ingeniería mecánica y fabricación de precisión.
Uso / Función
- Calibración de herramientas e instrumentos: Calibra micrómetros, pie de rey, comparadores de carátula y máquinas de medición por coordenadas con respecto a longitudes físicas estandarizadas.
- Configuración de fabricación intercambiable: Ajusta dispositivos de fijación, plantillas y máquinas herramienta para lograr las tolerancias exactas requeridas en la producción en masa de piezas mecánicas intercambiables.
- Medición directa de precisión: Combina múltiples bloques para medir ranuras estrechas, holguras y dimensiones de piezas de trabajo con precisión submicrométrica.
- Escala: Taller de matricería e industria manufacturera.
Principio de funcionamiento
- Lapeado de superficie de precisión: Las caras de medición opuestas se lapean tan planas y paralelas (con tolerancias de fracciones de micrómetro) que la rugosidad superficial es casi nula.
- Efecto de adherencia por bloqueado (Wringing): Al deslizar dos bloques patrón limpios entre sí mediante una ligera presión, la presión atmosférica y las fuerzas de atracción intermolecular (fuerzas de van der Waals) los unen firmemente sin necesidad de adhesivo.
- Combinación aditiva de longitudes: Al adherir múltiples bloques de diversos espesores estándar, se puede armar cualquier valor de longitud preciso con un error acumulado mínimo.
- Referencia de estabilidad térmica: Se calibran a una temperatura de referencia estándar de 20 °C (68 °F) para compensar la dilatación térmica.
Cómo crearlo
- Seleccionar aleación de alta estabilidad: Elegir acero para herramientas de alto carbono al cromo, acero inoxidable templado o carburo de tungsteno para resistir el desgaste y la deformación dimensional.
- Mecanizado previo y tratamiento térmico: Cortar piezas de acero con sobremedida, templarlas mediante tratamiento térmico y estabilizarlas mediante criogenia para evitar transformaciones microestructurales con el tiempo.
- Rectificado plano previo: Rectificar las caras paralelas opuestas hasta dejarlas planas dentro de unos pocos micrómetros utilizando una rectificadora de superficies planas.
- Lapeado fino de precisión: Lapear las caras paralelas contra una placa de lapeado plana utilizando pastas abrasivas ultra finas (óxido de aluminio o polvo de diamante) hasta que la planitud alcance niveles de interferencia óptica.
- Calibración dimensional: Comparar los bloques terminados con patrones primarios de interferómetro láser o bloques patrón maestros sobre un mármol de trazado, y marcar los valores de longitud estándar.
Materiales necesarios
- Sustrato del bloque: Acero al cromo de alto carbono, acero para herramientas o piezas cerámicas. Proviene del Acero.
- Abrasivos: Polvo fino de pulido y pasta de diamante para lapeado. Proviene del Vidrio o abrasivos de sílice.
- Agentes de limpieza y aceite: Alcohol anhidro para limpieza y aceite mineral ligero para protección contra la corrosión.
Variantes y mejoras
- Bloques patrón de acero: Bloques tradicionales de acero para herramientas de alto carbono; duraderos y económicos, requieren protección de aceite contra la oxidación.
- Bloques patrón de carburo: Bloques de carburo de tungsteno o titanio; ofrecen extrema resistencia al desgaste y alta durabilidad en entornos de producción.
- Bloques patrón cerámicos: Bloques de cerámica de circonio; no magnéticos, inoxidables y altamente resistentes a rayaduras o rebabas.
Límites y riesgos
- Susceptibilidad a la corrosión: Los bloques de acero se oxidan rápidamente con los aceites de la piel o la humedad, degradando permanentemente la precisión de medición.
- Desgaste por adherencia y rayaduras: Las partículas de polvo o las rebabas en las caras pueden rayar las superficies de precisión durante el bloqueado, causando errores de medición.
- Deriva por expansión térmica: Las variaciones de temperatura fuera de los 20 °C alteran significativamente las longitudes físicas si no se consideran los coeficientes de dilatación térmica.