Calibres Portátiles de Acabado Superficial para Zonas de Difícil Acceso

Escrito por Alexandre Dufour, Director de Soluciones de Ingeniería en Mahr Inc.

Hace unos 30 años, los calibres portátiles de acabado superficial —algunos lo suficientemente pequeños para caber en el bolsillo de una camisa— trajeron un nuevo nivel de control de piezas al piso de fabricación. Sacar la inspección de acabado superficial del laboratorio y llevarla al piso fue importante por un par de razones. Durante los 50 años previos, las tolerancias dimensionales de las piezas se habían estado reduciendo. Como resultado, el acabado superficial y las irregularidades de forma estaban consumiendo una porción cada vez mayor de la tolerancia dimensional general, una tendencia que continúa hoy. También se había vuelto claro que el acabado superficial jugaba un papel muy importante en el rendimiento de la pieza. Las características únicas de una superficie podían determinar si la pintura se mantenía en su lugar, la lubricación se sostenía o fugaba, o cuánto «ruido» se producía cuando las superficies se movían una contra otra.

Con una ubicación y fijación adecuadas, los pequeños calibres portátiles de acabado superficial pueden medir parámetros de acabado superficial fácilmente, usualmente con el toque de un solo botón. Como las herramientas de mano dimensionales, los calibres portátiles de acabado superficial de propósito general proporcionan resultados fáciles de usar y confiables para muchas aplicaciones. Simplemente coloque el calibre de bolsillo en la pieza para que sus almohadillas de apoyo integradas lo ubiquen en su lugar, presione un botón, y sus resultados aparecen, listos para comparar con los requisitos.

Pero no siempre es tan fácil. Los parámetros de acabado superficial pueden aplicarse a prácticamente cualquier superficie en una pieza, desde dentro de un orificio pequeño, en una pista corta, o alrededor de un agujero, hasta un OD entre dos paredes, o incluso en esas paredes. A menudo, un calibre portátil de acabado superficial estándar simplemente no funcionará —ya sea que la unidad de accionamiento sea demasiado grande, el brazo de la sonda sea demasiado corto, o las obstrucciones en la propia pieza interfieran con la colocación del calibre.

Extensiones de Brazo de Sonda

Una posible solución es el uso de extensiones de brazo de sonda, aunque estas también tienen sus límites. Agregar extensiones aumenta el peso del brazo de la sonda. Con sondas con patín, el peso extra puede causar marcas en las superficies de la pieza, especialmente con materiales más blandos como el aluminio. Además, el peso adicional puede anular la fuerza del resorte del patín cuando el calibre se usa en posiciones que no sean horizontales. Esto puede causar que la sonda pierda contacto con la superficie durante la medición, causando resultados de medición erróneos y errores de «fuera de rango de medición». Con sondas sin patín, el peso extra del brazo de la sonda puede causar vibración, lo que también afecta los resultados de medición.

En general, las extensiones de sonda no deberían ser más largas de 100 mm para que la fuerza del patín no exceda 0.6 N. Además, el rango angular del instrumento debe mantenerse dentro de un sobre de 135°, comenzando a 45° desde la horizontal hasta una posición en la que el conjunto de la unidad de accionamiento mira hacia abajo hacia la tierra.

Soluciones de Ingeniería

Cuando los dispositivos estándar no pueden proporcionar los resultados esperados, una mejor solución es diseñar a medida, o ingeniar un calibre para adaptarse a la aplicación específica. Esto es especialmente cierto en casos donde hay un alto volumen de piezas y un requisito de mediciones rápidas y confiables —a menudo por mecanizadores semi-calificados en medición dimensional y de acabado superficial— para asegurar la calidad de la pieza y eliminar el alto costo de retiros de piezas. Los calibres dedicados o diseñados a medida son más rápidos, más fáciles de usar y producen resultados con mejor rendimiento y GR&R. Con un calibre dedicado, prácticamente cualquier operador puede inspeccionar fácilmente piezas mecanizadas y tomar decisiones sobre su calidad. Incluso pueden recopilar los resultados para análisis y control de proceso.

Para lograr resultados confiables y repetibles, cualquier calibre de acabado superficial tiene que hacer dos cosas: 1) tiene que posicionar con precisión el estilus de diamante al final del brazo de la sonda para medir el área de superficie especificada, y 2) tiene que proteger el brazo de la sonda y el estilus sensible de daño durante las operaciones de medición. Cumplir estos requisitos para áreas de superficie de difícil acceso ha resultado en la creación de toda una familia de calibres dedicados, diseñados para poner análisis de acabado superficial rápido y confiable en manos de mecanizadores en el punto de fabricación —a menudo mientras la pieza aún está fijada en la máquina herramienta.

Cilindros

Los cilindros necesitan acabados específicos para equilibrar la retención de aceite y el movimiento axial suave. Fueron de las primeras aplicaciones en tener calibrado dedicado diseñado para medir acabado superficial. Los cilindros vienen en varios tamaños y pueden ser relativamente profundos, algunos hasta ocho pulgadas. Los planos pueden requerir profundidades y ubicaciones específicas para verificaciones, y con hasta 12 cilindros en algunos bloques y cuatro en la gran mayoría de aplicaciones de alto volumen, hay muchos cilindros para medir. Así, los calibres necesitan ser altamente portátiles y fáciles para que el operador alinee y ajuste a la profundidad. El diseño también tiene que proteger la sonda sensible para que no se dañe al llevar el calibre a la pieza.

El calibre portátil dedicado de acabado superficial para cilindros es muy parecido a un calibre tri-bore expansible. El tri-bore tiene cierta cantidad de ajuste de tamaño, pero puede ajustarse a un tamaño específico. Esto le permite «bloquearse» en su lugar y ayuda a proporcionar lecturas muy repetibles sin influencia del operador. El dispositivo indicador también está protegido por un mecanismo de transferencia para que no se apliquen fuerzas de ubicación al colocarse el calibre sobre la pieza.

El calibre de acabado superficial para cilindros toma los mismos principios. Para darle ajustabilidad para bloquearse en varios tamaños, se usan placas intercambiables para lograr el rango de medición correcto para el diámetro. Ajustar el calibre con el conjunto correcto de bloques permite una entrada fácil en el cilindro, y una vez en su lugar, un cilindro de aire controlado manualmente expande los bloques de dimensionamiento para que bloqueen el calibre en posición.

Pero el cilindro del calibre tiene otra función aún más crítica. Cuando se comprime sin aire aplicado, sostiene la sonda sensible de acabado superficial en una posición retraída. Esto significa que durante la inserción la sonda está protegida dentro del cuerpo del calibre. Una vez que el operador está satisfecho con la ubicación del calibre, aplica el aire, bloquea el calibre en posición y la sonda se extiende para que pueda hacer la prueba de superficie. Cuando termina, se libera el aire, la sonda se retrae, y el calibre se vuelve libre, permitiendo una fácil remoción por el usuario.

Orificios Pequeños Obstruidos

Las mediciones de acabado superficial en guías de válvulas de culata son especialmente difíciles de realizar debido a su tamaño pequeño (6 mm) y ubicación dentro de la culata. Las mediciones más confiables se realizan desde el «lado del resorte» de la culata ya que son las más accesibles. Sin embargo, las torres del árbol de levas presentan un problema ya que sobresalen en el área donde el sistema de accionamiento del calibre debe ubicarse para la medición. Tener un sistema de accionamiento pequeño es la mejor solución técnica ya que el sistema de accionamiento puede colocarse entre las torres del árbol de levas. Es posible usar un calibre diseñado a medida que elimina estos problemas, ya que la unidad de accionamiento puede colocarse cerca de la ubicación de medición sin necesidad de extensiones de sonda de medición excesivas y configuración. El operador simplemente monta el calibre en el OD de la guía de válvula y la unidad cabe dentro del área a medir.

Como el calibre de cilindro, esta versión de acabado superficial retrae la sonda hasta que un mecanismo de transferencia mecánica libera la sonda cuando el tapón está en su posición final de medición.

Agujeros Ciegos Profundos

Los cilindros son típicamente fáciles de realizar mediciones de acabado superficial en un entorno de piso de taller. Eso es, por supuesto, si el cilindro es accesible y la profundidad de medición se mantiene al mínimo. Los cilindros de árbol de levas y cigüeñal de bloques de motor, sin embargo, a menudo son agujeros ciegos profundos (hasta 500 mm para la mayoría de motores), y son tan pequeños en diámetro que una unidad de accionamiento de acabado superficial típica no cabrá dentro para una ubicación adecuada para la medición.

Típicamente, la unidad de accionamiento de acabado superficial debe mantenerse externa al cilindro y se debe usar una extensión larga de sonda de medición para alcanzar los cilindros de árbol de levas y cigüeñal medios. Sin embargo, la solución ideal para realizar tales mediciones es llevar el sistema de accionamiento de medición directamente a la superficie a medir.

Un calibre dedicado puede posicionar la unidad de accionamiento y la sonda de medición directamente sobre la superficie a medir sin necesidad de extensiones de medición largas. La unidad de accionamiento en sí es pequeña en diámetro y puede colocarse dentro del cilindro directamente sobre la ubicación de medición.

Superficies Obstruidas

Las superficies planas también son fáciles de medir para acabado superficial y ondulación en el piso de taller siempre y cuando la superficie sea lo suficientemente grande para la colocación del dispositivo de medición y no haya obstrucciones que bloqueen su dirección de medición. A menudo, sin embargo, las obstrucciones y el área de pista mínima prohíben el uso de dispositivos portátiles tradicionales.

Algunas superficies no solo tienen un área de pista pequeña sino que también tienen algunas obstrucciones en la fundición que prohíben el uso de un sistema tradicional de acabado superficial y ondulación. Normalmente, esta superficie tendría que medirse con un sistema de accionamiento que se mantiene alejado de la pieza y se tendría que usar una extensión larga de sonda de medición para alcanzar la superficie.

Un calibre puede realizar mediciones de acabado superficial sin patín en el piso de taller mientras mantiene la unidad de accionamiento sin patín y la sonda de medición cerca y sin extensiones de sonda. El sistema utiliza un dispositivo de plantilla para posicionar la unidad de accionamiento sin patín y está ligeramente elevado para superar cualquier obstrucción.

Superficies de Muñón

El acabado superficial es muy crítico en un cigüeñal. Girando a miles de RPM, y con superficies de cojinete y muñón y sus caras finales en contacto metal-metal, hay un tremendo potencial de desgaste. El acabado superficial ayuda a determinar la vida de estos productos.

Un concepto similar a un calibre de chasquido se usa al medir acabado superficial en muñones de cigüeñal. El calibre de acabado superficial tiene que ser ajustable para varios tamaños, tiene que bloquearse en su lugar, y proteger la sonda.

Operado por aire, un calibre dedicado de acabado de muñón permite a los usuarios ajustar las mandíbulas de bloqueo al tamaño aproximado. Con accionamiento manual de aire, el calibre se bloquea en posición y libera la sonda para contactar la pieza. Como con todos estos calibres, la sonda no hace contacto a menos que el calibre esté completamente bloqueado en su lugar. La diferencia clave con este calibre es que tiene una operación de sonda transversal para que la sonda se mueva horizontalmente a lo largo de la corona de la pieza.

Tan importantes como los muñones de cojinete y cigüeñal son las caras de empuje contra las que montan. Otro concepto de calibre de chasquido se usa para posicionar la sonda de acabado superficial aquí, y con los mismos pensamientos en mente: fácil de usar, sin influencia del operador, y posicionamiento de sonda protegido.

Publicado previamente en Quality Magazine.