Concentricidad en GD&T: significado, tolerancia, inspección y consejos de mecanizado

La geometría, los diseños y las tolerancias son requisitos fundamentales en la fabricación de cualquier pieza. En este contexto, la concentricidad es uno de los términos geométricos más importantes, ya que se refiere a la perfecta convergencia de los dos ejes centrales de dos piezas giratorias. Un ejemplo común de concentricidad se encuentra en un automóvil, donde un neumático gira perfectamente con un eje. Para aplicaciones fiables, la concentricidad es fundamental en la geometría de doble efecto y torsión (GD&T). Este artículo explica diferentes aspectos de la concentricidad en relación con la GD&T.

¿Qué es la concentricidad en GD&T?

En GD&T (Dimensionamiento y Tolerancia Geométrica), la concentricidad se refiere a la alineación del eje de una pieza con un eje de referencia. Mide si todos los puntos medios de la sección transversal de una pieza se encuentran dentro de una zona de tolerancia cilíndrica.

Explicación de la concentricidad GD&T

El principal objetivo de la concentricidad en GD&T es confirmar que el material de una pieza cilíndrica esté distribuido uniformemente. Si la masa no está distribuida de forma uniforme durante la rotación, se producirán vibraciones durante la aplicación, lo que a su vez generará pérdidas.

Aquí, en esta figura, la concentricidad se centra en todos los puntos medianos que están perfectamente alineados con el eje de referencia A.

¿Se sigue utilizando la concentricidad en GD&T?

Se utiliza en aplicaciones muy específicas, como la aeroespacial y los giroscopios, etc., donde la precisión es extremadamente importante. Se eliminó de la norma ASME Y14.5-2018, pero aún se utiliza en la norma ISO.

Para concentricidad:

• ASME Y14.5-2018 recomienda utilizar la desviación en lugar de la concentricidad a menos que la distribución de masa sea muy crítica.
• La norma ISO considera la concentricidad como una característica geométrica ambigua y difícil de controlar. Recomienda el uso de coaxialidad, que se controla mediante la tolerancia de posición y el descentramiento.

Por qué es importante la concentricidad en las piezas de precisión

En piezas de precisión , como las palas de turbina en la industria aeroespacial, la concentricidad es fundamental para el rendimiento de la pieza. Garantiza que la masa de la pieza se distribuya uniformemente alrededor de un punto central y que todos los puntos medios estén correctamente alineados con el eje de referencia.

Si la masa no es uniforme en la pieza, esta se sacudirá y vibrará durante la rotación. Esto puede causar graves daños al álabe de la turbina y provocar la muerte de personas.

Símbolo de concentricidad en el dibujo

En dibujo, se utilizan diferentes símbolos para representar una dimensión específica. Por ejemplo, ǁ significa que dos líneas son paralelas. De igual manera, en dibujo, la concentricidad se representa mediante un símbolo.

Símbolo de concentricidad GD&T

Vea la siguiente figura, que presenta el símbolo de concentricidad utilizado en los dibujos.

El símbolo tiene dos círculos concéntricos:

1. Se presenta la zona de tolerancia
2. Se presenta el dato A.

Símbolo

• ◎presenta concentricidad en GD&T
• Indica si todos los puntos medianos están dentro de la zona de tolerancia cilíndrica

Ubicacion

• ◎se muestra en el primer bloque de un marco de control de características (FCF) en un dibujo
• Unido a la dimensión del diámetro de una característica cilíndrica
• Hace referencia a un eje de referencia para controlar la alineación.
• Por ejemplo, Ø20 ◎| 0.05 | A

Dato de tolerancia

En GD&T, se utiliza un único punto o eje como punto de referencia para definir la ubicación, las variaciones en las tolerancias y la orientación de otros puntos o características de la pieza. Este punto se denomina Datum de Tolerancia.

Características básicas de concentricidad

Las características básicas de concentricidad incluyen:

• Característica geométrica

La concentricidad mide la alineación de todos los puntos medianos dentro de una tolerancia cilíndrica con respecto al eje de referencia.

• Valor de tolerancia

Significa la variación permisible en la alineación con el eje de referencia.

• Referencia de datos

Una línea base derivada de una característica de referencia sobre la cual se deben centrar todos los puntos medianos.

¿Qué controla la tolerancia de concentricidad en GD&T?

En pocas palabras, la tolerancia de concentricidad controla la uniformidad de la distribución de la masa en una pieza. En términos técnicos, controla la ubicación del eje medio de una característica con respecto a un eje de referencia.

¿Qué es la zona de tolerancia de concentricidad?

La zona de tolerancia de concentricidad tiene forma cilíndrica, centrada en un eje de referencia. Dentro de esta zona, debe encontrarse el eje medio del elemento controlado.

Fórmula y unidades de concentricidad

En el software CMM , la concentricidad se mide utilizando la siguiente fórmula:

Fórmula:

C = (W _mín / W _máx ) * 100%

Aquí,

• C= concentricidad
• W_min= espesor mínimo de pared
• W_max= espesor máximo de pared

Unidades:

Se utilizan diferentes unidades según el tamaño de la pieza:

• Pulgadas (en)
• Milímetro (mm)
• Micrómetro (µm)

Límites de concentricidad aceptables comunes

Estos son los límites de concentricidad con respecto a diferentes partes:

• Para piezas mecanizadas en general:

0.05 - 0.1 mm

• Para piezas de precisión:

0.02-0.05 mm

• Para piezas giratorias de alta velocidad, como motores:

0.005-0.02 mm

• Para componentes aeroespaciales y giroscópicos:

≤ 0.005 mm

Concentricidad vs. Descentramiento y Posición

En los dibujos técnicos, se suele utilizar la excentricidad en lugar de la concentricidad, ya que es relativamente más sencilla. La posición es otra característica geométrica utilizada en GD&T.

Concentricidad vs. Descentramiento circular

• Un único punto o eje, utilizado como punto de referencia para orientar puntos de otras características de una pieza, se denomina concentricidad.
• La magnitud del movimiento de una superficie durante la rotación se mide a través del desplazamiento circular.

Concentricidad vs. Descentramiento total

• La medida del movimiento de una pieza a lo largo de toda su longitud durante la rotación se denomina desviación total.

Aunque controla la concentricidad, todavía es diferente de la concentricidad en algunos aspectos:

Concentricidad vs. Posición y Coaxialidad

• La posición controla la orientación del eje, la ubicación del eje y la coaxialidad a un eje de referencia.
• La coaxialidad significa que dos o más superficies comparten el mismo eje. No tiene un símbolo independiente en GD&T como la concentricidad.

La concentricidad es una forma de intentar controlar la coaxialidad. La posición, al igual que el descentramiento, es otra herramienta para medir la concentricidad.

Cómo medir la concentricidad

La concentricidad no se mide utilizando herramientas tradicionales, sino que se utilizan herramientas específicas, como CMM y calibres indicadores.

Flujo de trabajo de medición de concentricidad de CMM

El primer paso es montar la pieza y luego definir el eje de referencia. Los resultados de la medición se muestran en una pantalla al final. Consulte el siguiente diagrama de flujo de trabajo para una mejor comprensión:

Métodos de indicador de cuadrante

Para medir la concentricidad utilizando métodos de indicador de cuadrante, se realizan los siguientes pasos:

1. Establecer el eje de referencia
2. Indicador de cuadrante de montaje
3. Girar pieza o calibre
4. Registrar la lectura total del indicador (TIR)
5. Comparar con la tolerancia

Estos son los medidores de concentricidad utilizados para medir la concentricidad:

• Manómetros de tipo fijo
• Calibradores Master-Jig (rápidos)
• Manómetros de aire (sin contacto)

¿Qué herramientas son las mejores para comprobar la concentricidad y la coaxialidad?

• Máquina de medición coordinada (CMM)
• Indicador de carátula
• Manómetros de aire
• Medidores de coaxialidad
• Métodos ópticos, como el uso de cámaras.

Concentricidad en piezas e industrias reales

Existen muchas industrias donde la concentricidad se considera crucial y aún se utiliza. En una máquina, la coaxialidad entre dos piezas, como un neumático y un eje, desempeña un papel crucial en el rendimiento.

Tubos de precisión y Dispositivos médicos

La concentricidad juega su papel en:

1. Catéteres
2. Precisión del flujo de fluidos, como los tubos de infusión intravenosa
3. Guías y sistemas de administración
4. Montaje y montaje de dispositivos médicos

La seguridad en estas piezas es crucial, y se controla mediante la concentricidad. Estas piezas son muy pequeñas y tienen paredes muy delgadas. La concentricidad garantiza la seguridad al evitar torceduras, un control de flujo impreciso y roturas. El concepto de esta prevención es que el diámetro interno se mantenga perfectamente alineado con el diámetro externo, lo que se conoce como concentricidad.

Carcasas de alta presión

Las carcasas de alta presión son piezas cilíndricas. Contienen alta presión interna. Se requiere concentricidad en las siguientes áreas:

1. Cuerpos de válvulas hidráulicas
2. Recipientes a presión
3. Herramientas para pozos de petróleo y gas
4. Carcasas de bombas y compresores

La concentricidad garantiza un espesor de pared uniforme en toda la longitud, lo que evita la concentración de tensiones, fallas del sello, reducción de la presión de rotura y riesgos catastróficos de seguridad.

Conectores de fluido

Como su nombre indica, conectan dos o más tuberías que transportan líquidos o gases a alta presión. En este caso, se requiere concentricidad en:

1. Conectores luer médicos
2. Acoplamientos neumáticos
3. Racores hidraulicos
4. Conectores de línea de combustible

Piezas de precisión personalizadas

Cuando se requiere concentricidad y coaxialidad en la fabricación de piezas, los expertos en mecanizado de precisión CNC de TUOFA destacan por sus máquinas CNC avanzadas, personal experto y máquinas y herramientas de inspección totalmente modernas. TUOFA garantiza un ensamblaje preciso y un flujo de fluido uniforme en las piezas. En TUOFA, realizamos inspecciones durante y después del proceso para evitar errores geométricos y técnicos. Si necesita servicios de mecanizado para sus proyectos que requieran concentricidad, contáctenos. Ofrecemos nuestros servicios a precios competitivos y plazos de entrega muy cortos.

Cómo controlar el proceso de mecanizado CNC para la concentricidad

Resulta muy difícil mecanizar piezas para cumplir con los requisitos de concentricidad si se utilizan herramientas o procesos de corte tradicionales. Por lo tanto, se requiere mecanizado CNC. Sin embargo, algunas áreas que se ven afectadas durante los procesos de mecanizado CNC son:

• Estado y alineación del husillo
• Factores relacionados con las herramientas
• Fuerza de corte y comportamiento del material de la pieza de trabajo
• Sujeción y fijación de piezas

Torneado CNC de piezas concéntricas

En el proceso de torneado CNC :

• La pieza de trabajo gira
• Las herramientas de corte permanecen estacionarias en sus posiciones.

Este proceso proporciona un control preciso de las tolerancias dimensionales y una distribución uniforme de la masa en la pieza. La concentricidad en las piezas posteriores se mantiene durante el torneado.

1. ejes escalonados
2. Ejes de motor
3. Bujes y mangas
4. Asientos de rodamientos

Piezas concéntricas de fresado CNC

En la operación de fresado CNC :

• La pieza de trabajo permanece estacionaria
• Pero las herramientas de corte funcionan

Este proceso es eficiente en la fabricación de piezas de geometrías complejas y destaca cuando se relaciona con la concentricidad de las piezas.

1. Carcasas de caja de cambios
2. Carcasas de bombas
3. Carcasas de motor y servo
4. Perforaciones aeroespaciales con soportes de precisión

Estas piezas necesitan concentricidad, por lo que se utiliza una operación de fresado CNC.

Inspección en proceso

Para mantener el mecanizado perfecto de las piezas con respecto a la concentricidad, se realiza una inspección en proceso, que ayuda a establecer los siguientes puntos:

• Detección temprana de errores
• Evitando la chatarra
• Corrija las compensaciones inmediatamente

Esta inspección en proceso es una parte importante del mecanizado de las piezas cuando se requiere concentricidad porque una vez que se fabrica una pieza, es muy difícil encontrar errores de concentricidad.

Para la inspección en proceso se utilizan estas herramientas:

• Comprobación del indicador de cuadrante
• Sonda táctil
• Calibre de orificios para agujeros

Consejos de diseño para lograr una mejor capacidad de fabricación

Para lograr la concentricidad de manera eficiente, esta sección proporciona algunos consejos para diseñadores e ingenieros de DFM, como por ejemplo cómo escribir en dibujos y elegir objetivos.

Utilice la concentricidad sólo cuando sea necesario

La concentricidad es muy difícil de medir, así que intente utilizar sus alternativas, que se presentan a continuación. Estas alternativas son fáciles de medir y proporcionan información muy precisa, al igual que la concentricidad.

Alternativas:

1. Tolerancia de posición
2. Descentramiento circular o total
3. tolerancia del perfil

Diseño para la fabricación

Para lograr concentricidad durante la fabricación, siga estos consejos:

1. Intente utilizar el mecanizado de configuración única
2. Utilice la sujeción adecuada
3. Elija el dato correcto
4. Minimizar la desviación de la herramienta
5. Controlar los efectos térmicos a través de algún refrigerante
6. La secuencia de mecanizado es importante
7. Utilice la inspección en proceso
8. Minimizar la necesidad de volver a sujetar y manipular las piezas
9. Acabado de rectificado o bruñido

Consejos de diseño personalizado

En piezas como ejes de precisión, conectores de fluidos, etc., puede ser necesario personalizarlas cuando el diseño difiere ligeramente del estándar. Para el diseño personalizado , siga estos consejos para lograr la concentricidad:

1. Tenga en cuenta la concentricidad al diseñar la pieza
2. Utilice un espesor uniforme en piezas huecas
3. Intente reducir las paredes delgadas, largas o asimétricas.
4. No utilice tolerancias innecesarias
5. Incorporar superficies de referencia para la fijación.
6. No hagas diseños muy complejos

Conclusión

En GD&T, la concentricidad es una característica geométrica importante. Mide la distribución de masa alrededor de un eje de referencia. La concentricidad mejora el factor de seguridad de una pieza al controlar su oscilación durante la rotación, lo que evita su rotura. Se mide en mm o µm. Para medir esta concentricidad geométrica se utilizan máquinas de medición de coordenadas y calibradores. En la fabricación y los diseños modernos, se prefiere la desviación y la tolerancia de posición a la concentricidad debido a la dificultad de su medición. Solo se utiliza cuando la distribución de masa es crítica.

Preguntas frecuentes sobre concentricidad

¿Qué es la regla 3/2/h en GD&T?

Es una regla de establecimiento de datos que utiliza tres, dos y un punto de contacto para restringir completamente los seis grados de libertad de una pieza.

¿Cómo se comprueba la concentricidad?

Para comprobar la concentricidad se utilizan máquinas de medición de coordenadas (CMM) y calibres indicadores.

¿Qué es concentricidad vs. excentricidad?

Concentricidad: es el punto central de una pieza donde todos los puntos medianos están dentro de la zona de tolerancia de un eje de referencia.

Runout: es una forma de comprobar si la pieza se tambalea cuando gira.

¿Qué se considera una concentricidad aceptable?

Según la norma ASME, solo es aceptable cuando la distribución de masa es importante. Mientras que la norma ISO la considera una característica geométrica ambigua.

¿Qué representa el símbolo ⌀ en GD&T?

El símbolo ⌀ representa el diámetro en GD&T.