Ajustes y tolerancias
Tolerancias
Es la variación máxima y minima admisible, de una medida de una pieza, debe ser lo más grande posible para reducir tiempo y costo de producción. Por otro lado, algunas veces las tolerancias deben ser pequeñas para que las piezas puedan ejecutar correctamente su función. El diseñador debe entonces conocer los procesos de producción y sus costos, así como la precisión de medida requerida en diversas aplicaciones, para especificar adecuadamente las tolerancias.
Tamaño básico o dimensión básica (db): Es la dimensión que se elige para la fabricación. Esta dimensión puede provenir de un cálculo, una normalización, una imposición física, etc., o aconsejada por la experiencia.
Tolerancia (Tl): es la variación máxima permisible en una medida.
Tolerancia unilateral: ocurre cuando la dimensión de una pieza puede ser sólo mayor o sólo menor que la dimensión básica.
Tolerancia bilateral: ocurre cuando la dimensión de una pieza puede ser mayor o menor que la dimensión básica.
Dimensión máxima o medida máxima (dmáx): es la máxima medida que puede tener la pieza después de su fabricación.
Dimensión mínima o medida mínima (dmín): es la mínima medida que puede tener la pieza después de su fabricación.
Dimensión práctica o medida efectiva (dp): es la medida real de la pieza después de su fabricación. Desviación o diferencia superior (∆s): es la diferencia algebraica entre la medida máxima y la medida básica.
Desviación o diferencia inferior (∆i): es la diferencia algebraica entre la medida mínima y la básica.
Desviación o diferencia fundamental (∆f): es la menor entre la desviación superior y la inferior (para la selección, no tenga en cuenta los signos de las desviaciones).
Desviación o diferencia real o efectiva (∆p): es la diferencia entre la dimensión real y la básica.
Línea de referencia o línea cero: es la línea a partir de la cual se miden las desviaciones superior e inferior; por lo tanto, representa a la dimensión básica.
Línea de referencia o línea cero: es la línea a partir de la cual se miden las desviaciones superior e inferior; por lo tanto, representa a la dimensión básica.
Ajustes
Muchos elementos de máquinas deben encajar dentro de otros para cumplir la función para la cual han sido diseñados. Algunas veces se requiere que los elementos que ajustan entre sí tengan cierta movilidad relativa como en: el ajuste que tiene un rodamiento con un eje, ajuste de una llave respecto a una tuerca, el ajuste que presentan los carros del torno, etc.
En otros casos, se requiere que los elementos al ser montados queden fijos como: la chaveta en un engranaje, la pelea de un motor, un bocín de bronce en una maquina, etc.
Por lo tanto, es necesario que las medidas de las dos piezas a encajar estén bien controladas; esto se hace especificando las posiciones de las zonas de tolerancia de ambos elementos para que éstas produzcan un ajuste adecuado. Cuando se trata de reparar un elemento de un montaje existente, puede optarse por tomar medidas del elemento averiado o de la pieza con la cual está acoplado, para decidir su medida. El diseñador debe decidir la acción a seguir para cada caso particular.
Para el manejo de ajustes se utiliza cierta nomenclatura:
Ajuste: es el acoplamiento dimensional de dos piezas en la que una pieza encaja sobre la otra.
Eje: es cada una de las partes de una pieza constitutiva de un ajuste, que presenta contactos externos
(parte contenida).
Agujero: es cada una de las partes de una pieza constitutiva de un ajuste, que presenta contactos internos (parte que contiene).
Juego (Ju): es la diferencia entre la medida del agujero y la del eje (de un ajuste), cuando la medida del
eje es menor que la del agujero.
Juego mínimo (Jumín): es la diferencia entre la medida mínima admisible del agujero y la máxima admisible del eje (figura 10.6.a).
Juego máximo (Jumáx): es la diferencia entre la medida máxima admisible del agujero y la mínima admisible del eje (figura 10.6.a).
Aprieto (Apr): es la diferencia entre la medida del agujero y la del eje (de un ajuste), cuando la medida del eje es mayor que la del agujero. Al acoplar el eje al agujero ha de absorberse una interferencia. Al aprieto se le denomina también juego negativo.
Aprieto máximo (Aprmáx): es la diferencia entre la medida máxima admisible del eje y la mínima admisible del agujero (figura 10.6.b).
Aprieto mínimo (Aprmín): es la diferencia entre la medida mínima admisible del eje y la máxima admisible del agujero (figura 10.6.b).
Ajuste móvil o con juego: es el que siempre presenta juego (holgura) (figura 10.6.a).
Ajuste fijo o con aprieto: es el que siempre presenta aprieto (interferencia) (figura 10.6.b).
Ajuste indeterminado o de transición: es el que puede quedar con juego o con aprieto según se conjuguen las medidas efectivas del agujero y del eje dentro de las zonas de tolerancia (figura 10.7).
Medida nominal
Medida nominal o de diseño: es la medida de referencia a la que se aplican las tolerancias y que nos sirve para identificarla en los dibujos.
Para conocer la forma en que se indica una tolerancia o un ajuste, se debe tener conocimientos básicos de dibujo técnico.
Sistema ISO
La Organización Internacional de Normalización ( ISO ) ha normalizado un sistema de tolerancias que estudia los dimensionamientos hasta 500mm ( existen normas especiales para dimensiones superiores ). Este sistema utiliza unos códigos ( letras y números) que definen la calidad de la tolerancia así como su posición respecto de la línea de referencia.
Por ej.: 50H7 = 50 (+25, 0 µm)
En este punto cabría destacar que las unidades empleadas son :
- En mm para las medidas nominales.
- En milésimas de mm para las tolerancias.
El sistema ISO determina una serie de valores de tolerancia para cada calidad y dimensión, valores que a continuación se muestran en la tabla.
Posición de la tolerancia
La posición de las tolerancias se determina por la diferencia de referencia que será la superior o inferior según esté por debajo o por encima.
Determinación de la diferencia de referencia
El sistema de tolerancia ISO, define unas tablas en las que se determinan las diferencias superior e inferior que servirán para determinar la diferencia de referencia. Se muestra a continuación un extracto de las tablas con las posiciones más utilizadas en mecánica general.
La distancia de referencia depende de :
- Calidad de la tolerancia.
- Dimensión de la pieza.
Acabados superficiales
Tecnológicos
- Disminución o aumento del rozamiento
- Resistencia al desgaste, con los consiguientes beneficios de:
- Mantenimiento de juegos
- Facilidad de intercambiabilidad
- Resistencia a la fatiga
- Reflectividad
- Prevención de gripado
- Mejorar la soldabilidad
- Conductividad o aislamiento eléctrico
Métodos de producción de superficies
- Moldeo
- Forja
- Estampación
- Laminado
- Extruido
- Maquinas herramientas e arranque de viruta
- Maquinas herramientas sin arranque de viruta
- Maquinas herramientas que usan abrasivos
- Bruñido
- Chorro de arena
- Barrilado
- Chorro de perdigones
- Procedimientos manuales
Recubrimientos
- Inorgánicos
- Orgánicos
Símbolos normalizados
Rugosidad
- La rugosidad superficial es el conjunto de irregularidades de la superficie real, definidas convencionalmente en una sección donde los errores de forma y las ondulaciones han sido eliminados.
Superficie real: Superficie que limita el cuerpo y lo separa del medio que lo separa.
Superficie geométrica: Superficie ideal cuya forma está especificada por el dibujo y/o todo documento técnico.
Superficie de referencia: Superficie a partir de la cual se determinan los parámetros de rugosidad. Tiene la forma de la superficie geométrica. Se puede calcular por el método de mínimos cuadrados.
Perfil real: es la intersección de la superficie real con un plano normal.
Rugosidad obtenida: El costo de una superficie maquinada crece cuando se desea un mejor acabado superficial, razón por la cual el diseñador deberá indicar claramente cual es el valor de rugosidad deseado, ya que no siempre un buen acabado superficial redundará en un mejor funcionamiento de la pieza, como sucede cuando desea lubricación eficiente y por tanto una capa de aceite debe mantenerse sobre la superficie.
Rugosimetro
El rugosímetro sirve para determinar con rapidez la rugosidad en superficies o perforaciones. Este proceso consiste en recorrer la superficie con una aguja palpadora que se mueve verticalmente. El movimiento de la aguja es transferido en impulsos eléctricos, que luego se registran en el grafico. La muestra que recoge el palapador varia entre 0,08 y 25.00 mm. Este procedimiento demora unos pocos segundos. El perfil que se obtiene depende de la dirección en la que se realizo el palpado, ya que dependiendo del proceso por el cual se obtuvo la pieza las rugosidades puede tener direcciones definidas, por lo tanto el palpado se debe realizar en distintas direcciones. Los parámetros se deben calcular en base a la dirección que se obtiene rugosidad máxima.
Formas de medir la rugosidad
Métodos cualitativos
- Observación táctil
- Observación visual
Rugosimetro
Rugosímetro de palpador mecánico:
Instrumento para la medida de la calidad superficial pasado en la amplificación eléctrica dela señal generada por un palpador que traduce las irregularidades del perfil de la sección dela pieza. Sus elementos principales son el palpador, el mecanismo de soporte y arrastre de éste, el amplificador electrónico, un calculador y un registrador.
Rugosímetro: Palpador inductivo. El desplazamiento de la aguja al describir las irregularidades del perfil modifica la longitud del entrehierro del circuito magnético, y con ello el flujo de campo magnético que lo atraviesa, generando una señal eléctrica.
Rugosímetro: Palpador capacitivo. El desplazamiento vertical del palpador aproxima las dos láminas de un condensador, modificando su capacidad y con ella la señal eléctrica.
Rugosímetro: Palpador piezoeléctrico: El desplazamiento de la aguja del palpador de forma elásticamente un material piezoeléctrico, que responde a dicha deformación generando una señal eléctrica.
Rugosímetro: Patín mecánico: El patín describirá las ondulaciones de la superficie mientras la aguja recorra los picos y valles del perfil. Así se separan mecánicamente ondulación y rugosidad que son simplemente desviaciones respecto de la superficie geométrica con distinta longitud de onda.
Rugosímetro: Filtrado eléctrico: La señal eléctrica procedente del palpador puede pasar a un filtro para eliminar las ondulaciones, esto es, disminuir la amplitud de sus componentes a partir de una longitud de onda ᵞ´, (longitud de onda de corte).
Actualmente los rugosímetros permiten calcular y tratar numerosos parámetros de rugosidad, compensar la forma de la pieza o programar la medida.
