Una placa de superficie es una placa sólida y plana que se utiliza como el plano de referencia horizontal principal para la inspección de precisión, el marcado (diseño) y la configuración de herramientas. [1] La placa de superficie se utiliza a menudo como línea de base para todas las mediciones de una pieza de trabajo, por lo tanto, una superficie primaria se termina extremadamente plana con tolerancias inferiores a 11,5 μm o 0,0115 mm por 2960 mm para una placa de grado 0. [2] Las placas de superficie son una herramienta común en la industria manufacturera y, a menudo, están equipadas con puntos de montaje para que puedan ser un elemento estructural integrado de una máquina, como una máquina de medición de coordenadas , un conjunto óptico de precisión u otra máquina científica e industrial de alta precisión. Las placas suelen ser cuadradas o rectangulares, aunque se pueden cortar en cualquier forma.
Existen diferentes grados que se utilizan para describir la precisión de algunos equipos de metrología , como: AA, A, B y grado de taller. Si bien el grado de taller es el menos preciso, todos los grados de placas de superficie se consideran de un alto grado de planitud.
Las placas de superficie deben calibrarse periódicamente para garantizar que no se hayan producido astillas, deformaciones ni desgaste. Un problema común es el desgaste en áreas específicas, como el causado por el uso frecuente de una herramienta en un lugar (como un calibre de altura ), que provoca una superficie irregular y reduce la precisión general de la placa; esto puede acelerarse en gran medida si hay polvo abrasivo presente. Las herramientas y las piezas de trabajo también pueden causar daños si se dejan caer sobre la placa de superficie. Además, pueden producirse daños cuando no se han eliminado las virutas y otros residuos. Esto dará como resultado mediciones erróneas. El daño a la placa solo se puede corregir mediante un repintado, que requiere técnicas y equipos especializados según el grado de la placa.
A diferencia de la mayoría de los instrumentos mecánicos de precisión, las placas de superficie no derivan su precisión de patrones más precisos , sino que generan precisión mediante la aplicación del principio de "generación automática de calibres". En este proceso, tres superficies aproximadamente planas se refinan progresivamente hasta lograr una planitud precisa frotándolas manualmente una contra otra en pares con materia colorante entre ellas y luego raspando a mano los puntos altos. Cualquier error de planitud se elimina mediante este raspado, ya que la única forma de superficie estable y mutuamente conjugada es un plano.
La importancia de las placas de superficie de alta precisión fue reconocida por primera vez por Henry Maudslay alrededor de 1800. Él originó los sistemas de raspar una placa de hierro fundido hasta que quede plana, frotar con una marca azul entre pares de placas para resaltar imperfecciones y trabajar las placas en juegos de tres para garantizar la planitud evitando la coincidencia de pares cóncavos y convexos. [3]
Joseph Whitworth , nacido en 1803, había sido aprendiz de Maudslay desde 1825, pero lo había dejado cuando comenzó su propio negocio en 1833. Describió este proceso a la Asociación Británica en 1840 en su artículo "On production True Planes or Surfaces on Metals" (Sobre la producción de planos o superficies verdaderas en metales) , como lo relató durante su discurso como presidente en 1856 en la reunión inaugural del Instituto Británico de Ingenieros Mecánicos en Glasgow. [4] [5] Su artículo de 1840, y su trabajo anterior para Maudslay, han llevado a algunos escritores a afirmar que Whitworth fue el creador de la técnica de raspado de placas de superficie, no Maudslay. [6]
Antes de la Segunda Guerra Mundial , el metal era el material estándar utilizado para las placas de superficie; sin embargo, los esfuerzos bélicos de varios países pusieron presión sobre la disponibilidad de metal. El propietario de una tienda de monumentos y metales (Wallace Herman) en Dayton, Ohio, junto con su ingenioso empleado Donald V. Porter, comenzaron a utilizar granito en lugar de metal para sus placas de superficie. Hoy en día, la mayoría de las placas de superficie continúan estando hechas de granito negro, más precisamente denominado diabasa negra , y las placas de superficie más resistentes al desgaste están hechas de granito con cuarzo. El contenido de cuarzo de estas placas de superficie de granito aumenta la resistencia al desgaste de la placa, ya que el cuarzo es una piedra más dura. El granito negro se utiliza predominantemente en bases de máquinas, accesorios de granito y aplicaciones personalizadas por su rigidez superior, excelente amortiguación de vibraciones y maquinabilidad mejorada. El granito con cuarzo (generalmente rosa, blanco o gris) a menudo se hace más grueso que el granito negro para proporcionar capacidades de carga iguales a las de los tipos de material utilizados para las placas de superficie, ya que no es tan rígido como el granito negro.
Los daños en una placa de granito suelen provocar un desprendimiento, pero no afectan la precisión del plano general. Aunque esté desportillada, otra superficie plana puede entrar en contacto con la parte no dañada de una placa de superficie desportillada, mientras que los daños en una placa de hierro fundido suelen hacer que el material circundante se eleve por encima del plano de trabajo, lo que hace que los objetos inspeccionados ya no queden paralelos a la placa de superficie.
El granito también es inherentemente estable, no es magnético, tiene excelentes características de amortiguación de vibraciones y no se oxida.
El 3 de agosto de 1961, se emitió la Especificación Federal GGG-P-463B para proporcionar requisitos en unidades habituales de los Estados Unidos para placas de superficie de roca ígnea (granito) para su uso en el diseño de localización de precisión y en trabajos de inspección. Abarcaba nueva certificación, recertificación en el campo y recertificación después de la repavimentación. La GGG-P-463B fue revisada posteriormente y reeditada el 12 de septiembre de 1973 como GGG-P-463C, que proporcionaba un lenguaje común y términos de clasificación para la fabricación y el comercio de placas de superficie. El 15 de junio de 1977 se emitió una enmienda a la especificación federal para incluir requisitos en unidades métricas .
Aunque la GGG-P-463C se ha utilizado ampliamente en la industria estadounidense desde su publicación, el gobierno no ha emitido ninguna nueva revisión para mantenerse al día con los avances de la industria. La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) decidió formar un comité para revisar la especificación federal de acuerdo con las tecnologías modernas. En particular, se agregó un glosario más completo con las definiciones aceptadas actualmente y se utilizó un nuevo formato que debería ser más familiar para los usuarios actuales de la norma. La ASME también reconoció la necesidad de actualizaciones para incorporar conceptos modernos como la trazabilidad y la incertidumbre de la medición que han experimentado un desarrollo considerable desde 1973. En junio de 2013, la ASME reemplazó la especificación federal GGG-P-463C con la Norma Nacional Estadounidense (ANS) ASME B89.3.7 – 2013 Placas de superficie de granito. [7] La norma ISO define la ISO8512-2 para placas de superficie de granito, pero parece que la actual en uso todavía data de 1990. [8]
Antes de la Segunda Guerra Mundial, casi todas las placas de superficie estaban hechas de hierro fundido acanalado , que se utilizaba para aumentar la rigidez sin aumentar el peso de una construcción sólida. El hierro fundido se envejecía para reducir la tensión en el metal en un esfuerzo por disminuir la probabilidad de que la placa se torciera o deformara con el tiempo.
En la actualidad, las placas de superficie de hierro fundido se utilizan con frecuencia en las plantas de producción como herramienta para lapear placas de superficie de granito y lograr determinados grados de precisión. El metal se puede impregnar con el medio de lapeado sobre una gran superficie plana.
A pesar de una caída en popularidad entre los talleres de máquinas, el hierro fundido sigue siendo el material más popular para superficies maestras (uso diferente de las placas de superficie) entre metrólogos de laboratorio , fabricantes de máquinas, fabricantes de calibres y otras industrias de alta precisión que tienen un requisito para medir la planitud. El hierro fundido que se ha fundido correctamente es más estable dimensional y geométricamente a lo largo del tiempo que el granito o la cerámica, [9] se trabaja más fácilmente hasta un mayor grado de planitud y proporciona una mejor superficie de apoyo para ayudar a la creación de otros estándares maestros. Estas placas de superficie especializadas se producen en juegos de tres, por la empresa que las utilizará, por lo que las placas pueden verificarse y refinarse regularmente, incluido el método de tres placas de Whitworth, sin la necesidad de enviarlas para que se reacondicionen. A pesar de su alta estabilidad, el hierro fundido sigue siendo inadecuado para su uso como placa de superficie normal en aplicaciones de producción de alta tolerancia debido a la expansión térmica. La naturaleza y el uso de una superficie maestra, por el contrario, ya requieren medidas costosas para controlar la temperatura independientemente de la elección del material, y el hierro fundido se vuelve preferible.
El hierro fundido, a diferencia del granito, tiene propiedades ópticas muy uniformes y, a diferencia del vidrio o la cerámica, una profundidad de penetración de la luz muy pequeña, lo que lo hace favorable para ciertas aplicaciones ópticas. [10]
El vidrio es un material alternativo y se utilizó durante la Segunda Guerra Mundial, cuando el material y la capacidad de fabricación escaseaban. El vidrio se puede moler adecuadamente y tiene la ventaja de que se astilla en lugar de generar rebabas , lo que es un problema cuando se utiliza hierro fundido gris.
La placa de superficie se utiliza junto con accesorios tales como una escuadra , una regla , bloques patrón , barra sinusoidal , placa sinusoidal, indicador de cuadrante , paralelas , placa angular , calibre de altura , etc.
La calibración de la placa de superficie de granito debe realizarse de manera rutinaria para mantener la planitud adecuada y garantizar la precisión de la medición a lo largo del tiempo. Los intervalos entre calibraciones dependen del entorno en el que se encuentra la placa de superficie. Cuando es necesario, se proporciona pulido o reacondicionamiento para que las mediciones se ajusten a las pautas de nivelación. Este procedimiento implica pulir la superficie con una pasta abrasiva para eliminar todo el material no deseado. La calibración de la placa de superficie de granito también incluye la limpieza y un pulido ligero.
Medios relacionados con Placas de superficie en Wikimedia Commons