Materiales, metrología y dibujo técnico

Los metales del taller se ordenan en dos grandes familias:

• Ferrosos: aleaciones de hierro y carbono. Si el carbono está bajo un 2% aproximado, es acero; sobre ese umbral, fundición.
• No ferrosos: los demás metales y sus aleaciones: aluminio, cobre, bronce (cobre y estaño), latón (cobre y zinc), zinc, estaño.

Dentro de los aceros, el contenido de carbono ordena el comportamiento:

• Acero de bajo carbono (alrededor de 0,1% a 0,25% C, como el clásico SAE 1020): blando, dúctil, muy soldable. Es el acero de estructuras, planchas y perfiles.
• Acero de medio carbono (alrededor de 0,3% a 0,5% C, como el SAE 1045): más resistente y templable. Es el acero de ejes, engranajes y piezas de máquina.
• Acero de alto carbono (sobre 0,5% C): muy duro tras el temple, pero frágil y difícil de soldar. Es el acero de herramientas de corte, resortes y limas.
• Aceros aleados: además del carbono llevan elementos como cromo, níquel, molibdeno o vanadio, que mejoran templabilidad, resistencia o comportamiento a la temperatura. El acero inoxidable es un aleado con alto cromo, que forma una capa pasiva que resiste la corrosión.

Las fundiciones se moldean coladas, no forjadas. La fundición gris (grafito en láminas) es barata, fácil de mecanizar y amortigua muy bien las vibraciones, por eso las bancadas de tornos y fresadoras son de fundición gris; a cambio, es frágil y trabaja mal a la tracción. La fundición nodular (grafito en esferas) recupera parte de la ductilidad y resistencia.

De los no ferrosos conviene fijar tres perfiles: el aluminio es liviano (un tercio de la densidad del acero) y resiste la corrosión; el cobre es el gran conductor eléctrico y térmico; el bronce tiene bajo roce y por eso se usa en bujes y descansos que deslizan contra ejes de acero.

Las propiedades mecánicas describen cómo responde el material a las fuerzas. Las cuatro que la ECEP pregunta con nombre propio:

• Dureza: la resistencia a ser rayado o penetrado en la superficie. Se mide con ensayos de penetración (Brinell, Rockwell, Vickers) que aprietan un penetrador contra la pieza y miden la huella. Una lima es dura; un trozo de plomo, no.
• Tenacidad: la capacidad de absorber energía de impacto sin romperse. Se evalúa con el ensayo de impacto sobre una probeta entallada. Lo contrario de tenaz es frágil: el vidrio y la fundición gris se quiebran de golpe, casi sin deformarse.
• Resistencia mecánica: la carga que el material soporta antes de fallar, medida en el ensayo de tracción: la probeta se estira hasta romperse y se registran el límite elástico (hasta ahí la deformación se recupera) y la resistencia máxima a la tracción.
• Ductilidad: la capacidad de deformarse plásticamente sin romperse: estirarse en hilos, doblarse, embutirse. El cobre y el acero de bajo carbono son dúctiles. Su pariente, la maleabilidad, es deformarse en láminas.

Dos ideas cierran el mapa: la elasticidad (recuperar la forma al retirar la carga, como un resorte dentro de su límite) y la fatiga: una pieza sometida a cargas repetidas puede fallar con cargas muy inferiores a su resistencia estática, típico en ejes que giran cargados.

Un tratamiento térmico cambia las propiedades del acero sin cambiar su forma: es un ciclo controlado de calentamiento, permanencia y enfriamiento. La velocidad de enfriamiento decide la estructura interna que queda, y con ella las propiedades. Los tres que hay que dominar:

• Temple: calentar el acero por sobre su temperatura crítica y enfriarlo bruscamente (en agua o aceite). El resultado es una estructura muy dura llamada martensita: máxima dureza, pero fragilidad y tensiones internas. Solo funciona bien con suficiente carbono: un acero de bajo carbono casi no endurece por temple.
• Revenido: recalentar la pieza ya templada a una temperatura moderada, bajo la crítica, y enfriarla. Sacrifica algo de dureza para ganar tenacidad y aliviar tensiones. Por eso el par temple y revenido se aplica junto: el temple da la dureza y el revenido la hace utilizable. A mayor temperatura de revenido, más tenacidad y menos dureza.
• Recocido: calentar y enfriar muy lentamente, por lo general dentro del horno apagado. Es el tratamiento opuesto al temple: ablanda el material, elimina tensiones y acritud, y lo deja fácil de mecanizar o deformar. Se aplica antes de mecanizar o entre etapas de deformación en frío.

Un cuarto término que aparece como alternativa: el normalizado, que enfría al aire tranquilo, afina el grano y deja el acero en un estado intermedio, más resistente que el recocido pero sin la dureza del temple.

El pie de metro (calibrador o vernier) mide exteriores, interiores y profundidades con un mismo instrumento. Su secreto es el nonio: una escala móvil cuyas divisiones son un poco más cortas que las de la regla fija.

• En el nonio de 0,05 mm, la escala móvil tiene 20 divisiones repartidas en 19 mm: cada división del nonio mide 0,95 mm, es decir, 0,05 mm menos que 1 mm.
• Por esa diferencia, solo una división del nonio coincide exactamente con una raya de la regla fija, y su número indica la fracción de milímetro.
• Apreciación = 1 mm / 20 divisiones = 0,05 mm: la menor diferencia que el instrumento distingue.

La lectura tiene dos pasos que no cambian nunca:

• Paso 1. Milímetros enteros: la última raya de la regla fija que quedó antes del cero del nonio.
• Paso 2. Fracción: se busca la división del nonio que coincide con cualquier raya de la regla fija y se multiplica su número por 0,05 mm.

El micrómetro (o tornillo micrométrico) mide con una apreciación de 0,01 mm, cinco veces más fina que el pie de metro común. Su principio es un tornillo de paso 0,5 mm: cada vuelta completa del tambor avanza el husillo exactamente 0,5 mm.

• El cilindro fijo lleva una escala de milímetros y, desfasada media raya, otra de medios milímetros.
• El tambor giratorio lleva 50 divisiones. Como una vuelta son 0,5 mm: apreciación = 0,5 / 50 = 0,01 mm.
• La lectura suma tres cosas: milímetros enteros visibles + 0,5 mm si asoma la raya de medio milímetro + la división del tambor alineada con la línea de referencia, por 0,01.

Se mide girando por el embrague (trinquete), nunca apretando el tambor directo: el trinquete aplica siempre la misma fuerza de contacto y evita deformar la pieza o el instrumento.

Ninguna pieza sale con la medida exacta del plano: fabricar es siempre aproximarse. Por eso el plano define, junto a la cota nominal, una tolerancia: el margen dentro del cual la pieza sirve.

• Una cota 40 ± 0,1 acepta piezas entre 39,9 mm (límite inferior) y 40,1 mm (límite superior). La tolerancia total es 0,2 mm.
• Una pieza medida en 40,08 mm se acepta; una en 40,12 mm se rechaza, aunque "se vea igual". La decisión la toma el número, no el ojo.
• A menor tolerancia, mayor costo: exige mejores máquinas, más tiempo y mejor instrumento de control. Se especifica fina solo donde la función lo pide.

Cuando un eje debe entrar en un agujero, la relación entre las tolerancias de ambos define el ajuste:

• Ajuste con juego: el agujero es siempre mayor que el eje: las piezas deslizan o giran (un eje en su descanso).
• Ajuste con apriete (interferencia): el eje es siempre mayor que el agujero: se monta a presión o dilatando la pieza exterior, y quedan solidarias (una pista de rodamiento en su alojamiento).
• Ajuste indeterminado: según las medidas reales de cada pareja puede resultar un juego pequeño o un apriete pequeño.

Una pieza tridimensional se representa con proyecciones ortogonales: se mira perpendicular a cada cara y lo que se ve se dibuja en un plano. Las vistas fundamentales:

• Vista frontal o principal: la que mejor describe la pieza; ordena a todas las demás.
• Vista superior o planta: la pieza mirada desde arriba.
• Vistas laterales: desde la izquierda o la derecha.

En Chile y en Europa se usa el sistema del primer diedro (método E): cada vista se dibuja al lado opuesto de donde se mira. La planta va debajo de la frontal, y la vista desde la izquierda va a la derecha. En el sistema americano (tercer diedro, método A) es al revés; el plano declara su método con un símbolo en el rótulo, y confundirlos invierte la interpretación de la pieza.

Las líneas también están normalizadas: continua gruesa para aristas visibles, segmentada (de trazos) para aristas ocultas, y trazo y punto fina para ejes y simetrías. No se dibujan todas las vistas posibles: solo las necesarias y suficientes para definir la pieza sin ambigüedad.

Cuando la pieza tiene interior (agujeros, cavidades, roscas), las líneas ocultas se acumulan y el plano se vuelve ilegible. La solución es el corte: se imagina la pieza seccionada por un plano y se dibuja lo que queda, con el material cortado achurado (rayado a 45 grados, fino y parejo).

• Corte total: el plano atraviesa toda la pieza.
• Medio corte: en piezas simétricas, media vista exterior y medio corte interior en el mismo dibujo.
• Sección: se dibuja solo la superficie cortada, sin lo que hay detrás; útil para mostrar el perfil de un eje, un nervio o un brazo.
• Por convención, no se achuran a lo largo los ejes macizos, pernos, nervios ni chavetas cuando el plano de corte los recorre longitudinalmente: se dibujan enteros para no sugerir un interior que no existe.

El acotado son las medidas del plano, y tiene reglas que la ECEP pregunta directo:

• Cada medida se indica una sola vez, en la vista que mejor la muestra; repetir cotas invita a contradicciones.
• La cota se escribe sobre su línea de cota con flechas entre líneas auxiliares; las cifras no se apoyan sobre la pieza ni las cruzan otras líneas.
• La cifra de cota es la medida real de la pieza, cualquiera sea la escala del dibujo: nunca se mide con regla sobre el plano para fabricar.
• El diámetro se antepone con el símbolo ⌀ y el radio con R; los agujeros se ubican por sus ejes, no por sus bordes.
• Se acotan las medidas funcionales (las que la función y el montaje exigen) partiendo de referencias claras, y no debe faltar ninguna medida necesaria para fabricar.

La escala es la razón entre el tamaño del dibujo y el tamaño real: escala = dibujo : realidad.

• Escala natural 1:1: el dibujo mide lo mismo que la pieza.
• Escalas de reducción (1:2, 1:5, 1:10...): para piezas grandes; el dibujo es más chico que la realidad.
• Escalas de ampliación (2:1, 5:1, 10:1...): para piezas pequeñas o detalles; el dibujo es más grande que la realidad.

La regla de conversión: medida real = medida del dibujo · (segundo número / primer número). En 1:5 el dibujo se multiplica por 5 para obtener la realidad; en 2:1 la realidad es la mitad del dibujo.

Responde de memoria y contrasta. Si dudas en alguna, vuelve a la tarjeta correspondiente antes de seguir con el Dominio 2.