Come scegliere il blocchetto di riscontro giusto per una calibrazione di alta precisione

I blocchi di riscontro (spesso chiamati blocchi Jo) servono come standard fisico primario per la metrologia dimensionale in tutto il mondo. Ogni calibrazione del micrometro, azzeramento del calibro di altezza eMacchina di misura a coordinateLa verifica degli assi (CMM) traccia la sua linea dimensionale fino a una pila di blocchetti di riscontro verificati tramite interferometri laser.

La scelta di un materiale o di un grado di precisione errati introduce sottili errori termici, guasti di strizzatura e usura non necessaria. Un set di calibrazione di grado K, destinato a un laboratorio di controllo ambientale, si degraderà rapidamente se utilizzato su un pavimento unto, mentre un set in acciaio economico impiegato per la configurazione di comparatori ad alta precisione introduce un'incertezza inaccettabile.

La comprensione dei gradi di precisione, della fisica dei materiali e delle dinamiche di torsione garantisce che il sistema di controllo qualità mantenga una catena ininterrotta di tracciabilità metrologica.

1. Scelta del grado di precisione corretto (ISO 3650 / ASME B89.1.9)

Gli standard internazionali classificano i blocchetti di riscontro in quattro categorie principali in base alla deviazione di lunghezza e alle tolleranze di planarità:

+------------------+------------------------------------+------------------------------------+ | Grado di precisione | Applicazione primaria | Ambiente operativo | +------------------+------------------------------------+------------------------------------+ | Grado K (Calib.) | Riferimento master per la calibrazione di laboratorio | Laboratorio rigoroso (20 °C ±0,1 °C a ±0,2 °C) | | Grado 0 | Calibrazione di calibri/scale di lavoro | Laboratorio di ispezione (20 °C ±0,5 °C) | | Grado 1 | Impostazione di quadranti/altimetri in officina | Postazione di controllo qualità pulita (20 °C ±1,0 °C) | | Grado 2 | Costruzione di utensili grezzi e impostazione officina | Officina meccanica generale | +------------------+------------------------------------+------------------------------------+

Grado K (Grado di calibrazione)

I blocchetti di grado K presentano le tolleranze di lunghezza e parallelismo più strette, ma non vengono utilizzati per le misurazioni quotidiane di uso generale. La loro unica funzione è quella di calibrare i blocchetti di riscontro di lavoro (grado 0 o 1). I laboratori che utilizzano set di grado K necessitano di interferometri o comparatori meccanici di alta precisione per rilevare variazioni di micropollice.

Grado 0 e Grado 1

I blocchi di grado 0 fungono da standard di riferimento per la calibrazione di micrometri, anelli di riscontro e sonde elettroniche all'interno di camere di ispezione a temperatura controllata. I blocchi di grado 1 sono invece utilizzati per le ispezioni di precisione generali in officina, dove le fluttuazioni di temperatura rimangono entro limiti moderati.

2. Selezione del materiale: acciaio, carburo o ceramica.

La scelta del materiale più adatto richiede un equilibrio tra compatibilità con la dilatazione termica, resistenza all'usura e immunità alla corrosione.

+--------------------------+-----------------------+-----------------------+-----------------------+ | Proprietà del materiale | Acciaio (lega) | Carburo di tungsteno | Ceramica (zirconia) | +--------------------------+-----------------------+-----------------------+-----------------------+ | Coefficiente di dilatazione termica | ~11,5 x 10^-6 /°C | ~4,2 a 5,0 x 10^-6 /°C| ~9,5 a 10,0 x 10^-6 /°C| | Durezza / Durata all'usura | Base (moderata) | Estremamente alta (~10x) | Superiore (~15x) | | Resistenza alla corrosione | Bassa (richiede olio) | Alta | Inerte (antiruggine) | | Comportamento alle bave | Solleva bave metalliche | Altamente resistente alle bave | Impermeabile alle bave | +--------------------------+-----------------------+-----------------------+-----------------------+

Acciaio

L'acciaio rimane la scelta tradizionale ed economicamente vantaggiosa. Il suo coefficiente di dilatazione termica è molto simile a quello dei componenti in acciaio comunemente utilizzati nei macchinari, riducendo al minimo gli errori di dilatazione differenziale durante i controlli in officina. Tuttavia, l'acciaio richiede una lubrificazione continua per prevenire la ruggine e si graffia facilmente se esposto a particelle abrasive.

Carburo di tungsteno

Il carburo offre una resistenza all'usura circa dieci volte superiore a quella dell'acciaio per utensili. La sua elevata densità e resistenza ai graffi lo rendono ideale per le stazioni di ispezione ad alto volume. Tuttavia, il suo basso coefficiente di dilatazione termica (~ 4,5 × 10⁻⁶/°C) richiede un'attenta correzione dei fattori termici quando si misurano componenti in acciaio a temperature superiori a 20°C.

Ceramica di zirconio

La ceramica di zirconia è diventata il materiale preferito per i moderni laboratori di controllo qualità. I ​​blocchi di ceramica sono completamente inossidabili, amagnetici e resistenti alle micro-sbavature. Se un blocco di ceramica cade, non si formeranno sbavature sui bordi; si scheggerà semplicemente in modo netto senza alterare le superfici piane circostanti. Inoltre, il suo coefficiente di dilatazione termica (~ 9,8 × 10⁻⁶/°C) è molto simile a quello dell'acciaio, semplificando i calcoli di compensazione della temperatura.

3. Il fenomeno della strizzatura e la qualità della superficie

La strizzatura, ovvero il processo di scorrimento di due blocchi di riscontro puliti e piatti l'uno contro l'altro sotto una leggera pressione in modo che aderiscano senza elementi di fissaggio esterni, si basa sul contatto molecolare ultrapiatto e sull'attrazione molecolare attraverso sottilissimi film liquidi.

IL MECCANISMO DI STRIZZATURA Blocco A (in alto) [==============================]=" ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ <-- Pellicola d'olio ultrasottile (scala nanometrica) Blocco B (in basso) [==============================]=" --> L'attrazione molecolare + la pressione atmosferica tengono saldamente insieme i blocchi.

Per una strizzatura efficace è necessaria una topografia superficiale impeccabile. Se la base del blocchetto di riscontro o la superficie di misura presentano bave, polvere aerodispersa o accumuli di pellicola oleosa, lo spazio di strizzatura si allarga di diverse centinaia di nanometri, invalidando la calibrazione di Grado 0.

Nel nostro stabilimento di produzione di Jinan, il mantenimento della precisione di calibrazione per gli standard di misura interni si basa sull'abbinamento di blocchetti di riscontro in ceramica e acciaio con piani di riscontro in granito nero ZHHIMG® (≈ 3100 kg/m³). Poiché il granito ad alta densità fornisce una base inerte, non magnetica e micro-lappata all'interno dei nostri laboratori a temperatura costante di 10.000 m², i tecnici possono torcere e verificare i blocchetti senza che le vibrazioni del terreno alterino le misurazioni della lunghezza.

4. Tracciabilità della calibrazione e controllo ambientale

L'acquisto di blocchi di alta qualità ha poco senso se l'ambiente di misurazione non è stabile dal punto di vista ambientale e non dispone di tracciabilità metrologica.

1. Temperatura di mantenimento: Prima di calibrare o strizzare, lasciare i blocchi e i pezzi in lavorazione in un ambiente a temperatura controllata (20 °C) per almeno 2-4 ore. Maneggiare i blocchi direttamente a mani nude trasferisce istantaneamente il calore corporeo, espandendo un blocco di 100 mm di un intero micron in pochi secondi. Utilizzare sempre pinze isolanti o guanti di cotone.

2. Tracciabilità dei laboratori nazionali: Assicurarsi che i certificati di calibrazione provengano da strutture accreditate e riconducibili a istituti metrologici nazionali (NIM, PTB, NPL o NIST). Ogni apparecchiatura standard utilizzata presso ZHHIMG è dotata di una certificazione di calibrazione rilasciata da istituti metrologici provinciali e nazionali accreditati.

3. Protocolli di pulizia: pulire i blocchi prima e dopo l'uso con alcol anidro di grado ottico e panni privi di lanugine. I set in acciaio devono essere leggermente trattati con vaselina priva di acidi prima di essere riposti.

Lista di controllo operativa per gli ingegneri della qualità

Quando si selezionano i blocchetti di riscontro per il proprio impianto:

• Scegli il materiale del blocco in base ai pezzi da lavorare: opta per la ceramica per l'ispezione generale dell'acciaio e per l'uso in camera bianca; scegli il carburo per ambienti di officina ad alta usura.

• Conservare i blocchi di grado K e grado 0 rigorosamente all'interno di camere di calibrazione a temperatura controllata (20 °C ± 0,5 °C).

• Non conservare mai i blocchi accartocciati durante la notte. La saldatura a freddo e l'umidità atmosferica corroderanno in modo permanente le superfici di contatto.

• Prima di installare i supporti per il comparatore, verificare la planarità della piastra di riferimento (DIN 876 Grado 00) per evitare errori di flessione della base.

Abbinando il grado, il materiale e il protocollo di manipolazione al vostro specifico ambiente di misurazione, il vostro laboratorio mantiene una base di riferimento ineccepibile per ogni prodotto che esce dal vostro stabilimento.