Tolerancia geométrica: ¿qué es, por qué y cómo utilizarla?

La primera etapa de la creación de una pieza es el dibujo, donde se determinan sus dimensiones. Esta geometría se utiliza para producir la pieza tras seleccionar la materia prima, los procesos de mecanizado y el mecanizado. Para evitar variaciones indeseables de las dimensiones básicas, se utilizan tolerancias geométricas. Este artículo explica todos los parámetros de las tolerancias geométricas.

Definición de tolerancia geométrica

La tolerancia geométrica no solo se refiere a las variaciones permitidas en longitud, ancho, etc., sino que también cubre cada aspecto de la pieza, como la rectitud, la perpendicularidad, etc.

Desarrollo de la tolerancia geométrica

El uso de tolerancias es muy antiguo. Antiguamente, se utilizaban las tolerancias tradicionales. Si bien se contemplaban las variaciones permitidas en longitud, ancho y espesor de la pieza, no era suficiente para controlar el desperdicio de material ni los problemas de ensamblaje. Las tolerancias geométricas se desarrollaron oficialmente en la década de 1960 con la primera norma, ASME Y 14.5 - 1966.

Cuándo utilizar la tolerancia geométrica

Generalmente, las tolerancias geométricas se utilizan a lo largo de la vida útil del producto. Por ejemplo, en la etapa de diseño, se utilizan para garantizar un ensamblaje funcional; en la etapa de mecanizado, se utilizan para seleccionar un proceso de mecanizado y planificar la secuencia de mecanizado. En la etapa de ensamblaje, se utilizan para garantizar que las piezas encajen perfectamente.

¿Cuáles son los tipos de tolerancia geométrica?

En un componente existen múltiples características, como la planitud, el perfil de la superficie, el paralelismo, etc., que afectan las propiedades funcionales y el ensamblaje de las piezas. Para garantizar la precisión en la fabricación de estas características, se aplican diferentes tolerancias geométricas, que se describen a continuación:

Tolerancia de forma

La tolerancia de forma está relacionada con la forma de una característica de una pieza. Sus tipos son los siguientes:

• Planitud
• Rectitud
• Circularidad
• Cilindricidad

La tolerancia de forma garantiza que cada elemento presente la característica geométrica correcta, independientemente de su ubicación u orientación. En este tipo de tolerancia geométrica, no se requiere definir ningún eje de referencia.

Tolerancia del perfil

En este tipo de tolerancia geométrica, suele ser importante definir un eje de referencia. Esta tolerancia geométrica controla:

• Perfil de una línea
• Perfil de una superficie

Este tipo de tolerancia geométrica es responsable de garantizar que la forma, la orientación y la ubicación de la línea o superficie permanezcan precisas con respecto a la geometría ideal definida por CAD.

Tolerancia de orientación

Las características como el paralelismo, la perpendicularidad y la angularidad se especifican con respecto a un ángulo determinado en relación con el eje de referencia. Este tipo de tolerancia controla la desviación admisible de una característica con respecto a dicho ángulo. En este caso, es obligatorio dibujar primero un eje de referencia.

Tolerancia de ubicación

Estas tolerancias son responsables de la intercambiabilidad, el ensamblaje y la alineación funcional. En este tipo, es obligatorio definir el eje de referencia. Existen los siguientes tipos:

• Posición
• Concentricidad

Esta tolerancia geométrica garantiza que la posición de las características permanezca dentro de la zona de tolerancia cilíndrica con respecto al eje de referencia.

Tolerancia de descentramiento

Esta tolerancia se utiliza para piezas que giran sobre un eje. Garantiza que la pieza no se tambalee al girar. Sus tipos incluyen:

• Descentramiento circular
• Excentricidad total

El eje de referencia es importante definirlo en este tipo también es obligatorio.

¿Por qué se utiliza la tolerancia geométrica?

Anteriormente, se utilizaban tolerancias tradicionales que abarcaban dimensiones básicas como longitud, ancho y espesor de la pieza, pero el coste del mecanizado y el desperdicio de material eran mayores. Para compensar estas pérdidas, se desarrollaron tolerancias geométricas.

Para cumplir con los requisitos funcionales

Los requisitos funcionales incluyen:

• Cómo encaja la pieza
• Distribución de la carga dentro de la pieza
• Cómo se ubica con referencia al eje de referencia
• Prevención de fugas
• Control sobre el desgaste de la pieza

Para cumplir estos requisitos, se emplean tolerancias geométricas. Por ejemplo, las tolerancias de planitud, paralelismo y perpendicularidad contribuyen a una distribución uniforme de la carga en la pieza.

Para garantizar un montaje fiable

Después del mecanizado de la pieza, el ensamblaje es el segundo parámetro más importante que afecta el rendimiento y el ciclo de un componente. Las tolerancias geométricas garantizan un ensamblaje fiable al controlar eficientemente la orientación, la ubicación y otras características de la pieza con respecto al eje de referencia.

Para optimizar el coste de fabricación

En las tolerancias geométricas, se aplican tolerancias estrictas solo cuando se requiere la funcionalidad, lo que evita mecanizados innecesarios. Se utiliza el mecanizado de una sola pasada en lugar de operaciones secundarias, como el bruñido, etc. Estos parámetros reducen los costes de fabricación.

Cómo utilizar la tolerancia geométrica

Existe un proceso adecuado para aplicar tolerancias geométricas a una pieza, que comienza con la identificación de los requisitos funcionales. Cada paso se describe brevemente a continuación:

Identificar requisitos funcionales

Algunas funciones son fundamentales para las aplicaciones en las que se emplean las piezas. Por ejemplo, la resistencia es el requisito funcional de un eje. Debe transmitir par sin ceder. Por lo tanto, el primer paso es identificar los requisitos funcionales.

Seleccione los tipos de tolerancia geométrica correctos

El segundo paso es elegir el tipo de tolerancia geométrica (tolerancia de ubicación, tolerancia de forma, tolerancia de orientación, etc.). Esta se selecciona en función de:

1. Requerimientos funcionales
2. Papel de la pieza en el montaje y el movimiento
3. Sensibilidad de la trayectoria de carga
4. Relaciones de datos
5. fabricación

Definir datos

El tercer paso consiste en definir los puntos de referencia en la geometría de la pieza. Se selecciona un único punto o eje alrededor del cual se orientan todas las características de la pieza en una zona de tolerancia cilíndrica.

Aplicar tolerancias en los dibujos

Para aplicar tolerancias geométricas a un dibujo, se utilizan marcos de control de características (CCC), que a su vez están vinculados a datos funcionales. A continuación, se especifican las desviaciones admisibles en orientación, forma, etc., para garantizar un ensamblaje, una funcionalidad y una fabricación correctos.

Verificar la tolerancia durante el montaje

Para la verificación de las tolerancias aplicadas en el momento del montaje se utilizan diferentes herramientas como calibres pasa/no pasa, relojes comparadores, calibres de tapón y una máquina de medición de coordenadas.

Cómo calcular la tolerancia geométrica

Las tolerancias geométricas pueden estar relacionadas con la forma, la orientación o las excentricidades. Se calculan mediante diferentes fórmulas.

Calcular tolerancias de forma

Las tolerancias de forma incluyen planitud, rectitud, circularidad y cilindricidad.

• Planitud

Mide cuánto se desvía una superficie de un plano perfectamente especificado.

Fórmula: Planitud = Altura máxima − Altura mínima

• Rectitud

La desviación que una línea tiene de una línea recta perfecta se llama rectitud.

Fórmula: Rectitud = Desviación máxima de la línea recta ideal

• Circularidad

Mide cuánto se desvía una característica, como un agujero, de un círculo perfecto.

Fórmula: Circularidad = R _máx. − R _mín.

• R_max es el radio máximo
• R_min es el radio mínimo
• Cilindricidad

Mide en qué medida una pieza es uniformemente redondeada, recta y lisa a lo largo de su eje.

Fórmula: Cilindricidad = R _máx − R _mín

Calcular tolerancias de orientación

• Paralelismo

Mide que una superficie no debe desviarse de dos planos paralelos que son paralelos a un dato especificado.

Fórmula: Error de paralelismo = Distancia máxima − Distancia mínima

• Perpendicularidad

Mide la desviación de un eje de una pieza respecto de la zona de tolerancia cilíndrica definida a 90° respecto de un eje de referencia.

Fórmula: Error de perpendicularidad = Desviación máxima de 90°

• Angularidad

Mide la desviación de un eje de una pieza con respecto a la zona de tolerancia cilíndrica especificada en un ángulo básico respecto de un eje de referencia.

Fórmula: Error de angularidad = Desviación máxima del ángulo especificado

Calcular tolerancias de ubicación

• Posición

Mide la desviación de un eje de una pieza respecto de la zona de tolerancia 3D con respecto a una referencia de datos.

Posición = 2 × (x² ⁺ y² ⁾ ¹ ^/²

• X²es la desviación en el eje x
• Y²es la desviación en el eje y
• Concentricidad

Mide la alineación de todos los puntos medianos de una pieza con los puntos medianos de una entidad de referencia.

Concentricidad = Desviación máxima del centro

• Simetría

Mide la distribución del material en ambos lados del eje de referencia.

Simetría = Desviación máxima del plano medio

Calcular tolerancias de descentramiento

• Descentramiento circular

Mide la variación del elemento de superficie cuando la pieza gira 360° alrededor de un eje de referencia.

Descentramiento circular = Lectura máxima − Lectura mínima

• Excentricidad total

Mide la desviación de un elemento de superficie de una pieza al girarla 360° sobre un eje de referencia. Se verifica en toda la superficie.

Desplazamiento total = Lectura máxima − Lectura mínima

Errores comunes al utilizar la tolerancia geométrica

La falta de comprensión de los símbolos geométricos, la omisión de los modificadores de condición del material y los requisitos funcionales son errores comunes al utilizar tolerancias geométricas. Estos errores, en última instancia, reducen la eficiencia en la producción y el rendimiento de la pieza.

Malinterpretar los símbolos de tolerancia geométrica

Esto significa que cuando las personas entienden el símbolo de paralelismo como perpendicularidad y mecanizan según corresponda, la interpretación errónea de los símbolos de tolerancia geométrica provoca propiedades funcionales deficientes, como el desgaste inadecuado de los rodamientos, y causa desalineación durante el ensamblaje.

Descuidar los modificadores de condición del material

El descuido de los modificadores de la condición material da como resultado:

• Tolerancias demasiado estrictas
• Pérdida de propiedades funcionales
• Mayor costo de inspección
• Problemas de montaje
• Aumento de desechos y reprocesos

Descuidar los requisitos funcionales

El descuido de los requisitos funcionales no causa problemas relacionados con la inspección.

• En última instancia, afecta el rendimiento de la pieza.
• La pieza falla antes durante el servicio
• Pérdida de rendimiento
• Aumento de la garantía y de las fallas en campo

El papel de la tolerancia geométrica en DFM y DFMA

Las tolerancias geométricas se pueden aplicar en el Diseño para Fabricabilidad (DFM) y el Diseño para Fabricabilidad y Ensamblaje (DFMA). Cumplen funciones diferentes en ambos casos.

Tolerancia geométrica en DFM

El DFM está relacionado con la fabricabilidad y la capacidad del proceso. Las tolerancias geométricas garantizan que solo se apliquen consistentemente las tolerancias necesarias en los procesos de mecanizado, como el mecanizado, el rectificado, etc.

Tolerancia geométrica en DFMA

En el caso de DFMA, las tolerancias geométricas también garantizan que las piezas encajen fácilmente en el ensamblaje sin errores. Por lo tanto, controlan la precisión dimensional con respecto a la inspección, así como los requisitos de ensamblaje y funcionales. Mientras que en DFM, las tolerancias geométricas se ocupan únicamente de las tolerancias relacionadas con la fabricación.

¿Cómo utilizar la tolerancia geométrica para optimizar piezas?

A través de tolerancias geométricas, las piezas se pueden optimizar según los requisitos, como un mejor rendimiento con menor desperdicio de material, fácil mecanizado y menores costos.

Diseñe adecuadamente las características críticas

Las características críticas de una pieza son aquellas que afectan directamente a sus propiedades funcionales, su ensamblaje y su vida útil. Por ejemplo, el eje es una característica crítica en un rodamiento. En este caso, el GD&T centra las tolerancias en la geometría funcional para que la pieza se fabrique con tolerancias más amplias. El GD&T contribuye a un ensamblaje sencillo, reduciendo los desperdicios y las repeticiones de trabajo.

Control del proceso de fabricación

Las tolerancias geométricas controlan el proceso de fabricación, evitando tolerancias demasiado estrictas en la fabricación de piezas. Por ejemplo, para el eje de un rodamiento, solo características como la rectitud, el acabado superficial, etc., son cruciales. Por lo tanto, las tolerancias geométricas solo se aplican en este caso y los procesos de fabricación se seleccionan en consecuencia.

Verificar con medición precisa

Las tolerancias geométricas facilitan la verificación de las mediciones, ya que las dimensiones se miden con respecto a aplicaciones reales. Por ejemplo, mediante la tolerancia geométrica, no solo se miden las dimensiones generales de un eje, sino también la excentricidad total con respecto a un eje de referencia.

Consejos para leer correctamente la tolerancia geométrica

Una mejor comprensión de las tolerancias geométricas facilita la fabricación de piezas con mayor eficiencia, menos desperdicios y retrabajos, y a precios más bajos. Estos son algunos consejos para comprender las tolerancias geométricas eficazmente:

Comprender el FCF en los dibujos

Todo dibujo de ingeniería contiene un Marco de Control de Características. Este contiene información sobre la tolerancia geométrica requerida y cómo comprobarla. Es un cuadro adjunto a una característica. Por lo tanto, es importante comprender completamente este marco y el significado de cada símbolo, etc., antes de la fabricación o la inspección. Por ejemplo, consulte la siguiente figura:

Identificar símbolos de tolerancia geométrica

Cada símbolo de tolerancia geométrica se refiere a una característica diferente de una pieza. Por ejemplo, en la figura anterior, el símbolo corresponde al diámetro. Por lo tanto, es importante identificar y comprender cada símbolo de tolerancia geométrica.

Comprender la condición del material

Para comprender la condición del material es necesario saber cómo el tamaño de una característica afecta la tolerancia geométrica y qué usar en MMC, LMC o RFS.

Conclusión

Las tolerancias geométricas son fundamentales en la fabricación de cualquier pieza. Estas tolerancias garantizan que la pieza cumpla con todos los requisitos funcionales y de ensamblaje. Estas tolerancias ayudan a lograr una mayor precisión con costos de mecanizado más rentables gracias a su menor coste. Otra razón para un mecanizado rentable es que se eliminan las tolerancias innecesariamente estrictas en el diseño y mecanizado de las piezas. Las tolerancias geométricas se dividen en cinco tipos principales: forma, orientación, excentricidad, perfil y ubicación. Comprender estas tolerancias se traduce en una mayor productividad en menos tiempo.

Con décadas de experiencia en la fabricación, el servicio de mecanizado CNC de precisión de Tuofa puede ofrecerle sugerencias profesionales para el diseño de sus piezas, con un profundo conocimiento de la tolerancia geométrica.

Preguntas Frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre tolerancia dimensional y tolerancia geométrica?

La tolerancia dimensional se relaciona con la variación admisible en el tamaño de la pieza. 0.2 mm es una variación admisible en un perno de 20 mm de longitud. La tolerancia geométrica limita la variación en la orientación, ubicación, forma o excentricidad de la pieza, etc.

¿GD&T es una habilidad CAD?

No, CAD es solo una plataforma para comunicarlo. Es una habilidad para diseñar y fabricar una pieza.

Cómo leer tolerancias geométricas

• Identificar la característica que se está controlando
• Lea el valor de tolerancia
• Compruebe el eje de referencia
• Comprender la zona de tolerancia
• Relacionarlo con la función

¿Cómo aplicar GD&T en dibujos?

Siga estos pasos:

1. Identificación de característica funcional
2. Selección del tipo de tolerancia adecuado
3. Definición del eje de referencia
4. Creación de un marco de control de características (FC)
5. Adjunto la tolerancia a la característica correcta