Guía Completa sobre Tolerancias Dimensionales

Cómo calcular tolerancias dimensionales óptimas

Para la industria moderna, la precisión está íntimamente ligada a la intercambiabilidad de las piezas. Un control eficaz de las dimensiones permite la producción de piezas en lugares muy distantes unos de otros para reunir luego dichas esas piezas en un ensamblaje.

Los fabricantes de automóviles, por ejemplo, subcontratan la fabricación de piezas a diferentes compañías situadas en el país y aún en el extranjero. Estas piezas deben ajustarse perfectamente durante el ensamblado o un durante reemplazo. Sin embargo, a pesar de los medios puestos en marcha para obtener dimensiones exactas, las piezas nunca son rigurosamente idénticas. 

Hay que admitir que existe un error. Este error, llamado tolerancia, es la divergencia total admisible en el tamaño de una dimensión.

Es la diferencia entre las cotas límite.

Por ejemplo, si la dimensión de una pieza está indicada por la acotación 1.500 ± .004, significa que la pieza puede ser maquinada al tamaño 1.496 ó 1.504 o cualquier valor entre estas cotas límite. La tolerancia o la divergencia total admisible es de .008. A mayor tolerancia, más fácil será el trabajo para el técnico operador. 

De manera inversa, una tolerancia pequeña o muy justa será muy costosa durante la fabricación. Los diseñadores deben, por una parte, tener por objetivo las mayores tolerancias para un buen funcionamiento de las máquinas y por otra parte, asegurar la intercambiabilidad de piezas.

Definición de los términos

Ajuste incierto: Ajuste en el cual las cotas límite son tales que un juego o un ajuste pueden del

ensamblaje de dos piezas.

Sistema de escariado normal: Sistema de ajuste según el cual la cota nominal corresponde a la cota de concepción del escariado. Si un juego está previsto, éste se aplicará al árbol o eje.

Sistema de árbol normal: Sistema de ajuste según el cual la cota nominal corresponde a la cota de concepción del árbol. Si un juego está previsto, éste se aplicará al escariado.

Divergencia: Diferencia algebraica entre una dimensión y su cota nominal.

Intervalo superior: Diferencia algebraica entre el límite máximo de una dimensión y su cota nominal.

Intervalo inferior: Diferencia algebraica entre el límite mínimo de una dimensión y su cota nominal.

Intervalo fundamental: De las dos divergencias, la que sea más cercana a la cota nominal. Sistema de tolerancias unilaterales: Diseño de ejecución que sólo emplea tolerancias unilaterales.

Sistema de tolerancias bilaterales: Diseño de ejecución que sólo utiliza tolerancias bilaterales.

Ajuste: Término general que designa el grado de juego o apriete resultando de los juegos y las tolerancias de las piezas a ensamblar.

Ajuste real: Grado de juego o apriete existente entre dos piezas ensambladas. Existen tres grandes tipos de ajuste: con juego, de apriete o incierto.

Ajuste con juego: Ajuste para el cual las cotas límite son tales que el ensamblado de dos piezas siempre produce un juego.

Ajuste con apriete: Ajuste para el cual las cotas límite son tales que el ensamblado de dos piezas produce un apriete.

Explicación de ciertos términos

En este punto, conviene explicar los principales términos que serán utilizados.

Dimensión nominal

Es la dimensión teórica de base de la que se desprenden las dimensiones límites consecuentes a la aplicación de la tolerancia. En la figura 4.18, la dimensión nominal es de 90 mm para una cota y de 70 mm para la otra. Por ejemplo, en construcción, una pieza de madera llamada 2 x 4 no mide nunca 2 pulgadas por 4 pulgadas, es su medida nominal. Su dimensión real es ligeramente inferior.

Dimensiones límites

Las dimensiones límites son las dos dimensiones extremas (mínima y máxima) aceptables para un ajuste dado. El ejemplo de la figura 4.18 da las dimensiones límites de 90.12 mm y 90.10 mm.

Divergencias

Los intervalos superior e inferior son las diferencias en valor y en signo entre la dimensión nominal y las dimensiones mínima y máxima. Para la pieza de la figura 4.19, la divergencia superior es de .001″ mientras que la inferior es de .002″.

Tolerancia

La tolerancia es la diferencia entre los dos valores límite. Representa entonces la divergencia total admisible de una dimensión o, si se quiere, el error permitido. La figura 4.20 muestra una pieza con una tolerancia de .003″.

La tolerancia puede ser indicada de manera unilateral. Esto significa que la divergencia con respecto a la medida nominal está permitida en sólo un sentido. Uno de los límites es entonces igual a cero (figura 4.21).

Ejercicios de Practica:

Las preguntas conciernen a las dimensiones y las tolerancias de los diseños de la figura 4.23.

1. Identifique las cotas que tienen una tolerancia unilateral.

2. Identifique las cotas que tienen una tolerancia bilateral.

3. Para la dimensión 1.751, ¿cuál es la tolerancia total?

4. ¿Cuál es la intervalo máximo para esta misma cota?

5. Escriba la cota máxima y la cota mínima permitidas para la dimensión 1.937.

6. ¿Es aceptable la dimensión .815 para el ancho de la ranura en la vista de perfil?

7. El ancho nominal de la pieza es de 1.375; escriba las tres dimensiones aceptables según la tolerancia dada.

8. ¿Cuál es el intervalo mínimo permitido para la dimensión .813?

Juego

El juego es mínima prevista entre dos piezas. El valor mayor o menor de ésta determina el tipo de ajuste que será realizado. Para el buen funcionamiento de un conjunto mecánico, el juego entre las piezas será entonces más o menos importante según la necesidad. 

Existe un sistema de tolerancias normalizadas que contribuye a la obtención de los ajustes necesarios entre las piezas de un mecanismo.

Tolerancias normalizadas sistema ISO

Para maquinar piezas que se ajusten perfectamente según su función, es necesario un sistema de normalización. Para el sistema ISO como para el sistema imperial, el principio es en esencia el mismo.

Para cada dimensión nominal, se prevé una gama de tolerancias. El valor de esas tolerancias es dado por un número. Este número corresponde a la calidad de la tolerancia y existen 18 valores: 01, 0, 1. y así hasta 16. Consultando la tabla específica, se puede verificar el valor de la tolerancia designada por: IT 8 (intervalo de tolerancia).

Por ejemplo, una dimensión nominal situada entre 30 y 50 mm de calidad 8 dará un intervalo de tolerancia de 39 micrones (.039mm), lo que representa el valor entre las cotas mínima y máxima permitidas (figura 4.24).

CLASIFICACIÓN DE LOS AJUSTES ISO (MÉTRICO)

La ISO (International Standard Organization) es una federación mundial de organismos nacionales de normalización. La elaboración de normas internacionales está a cargo de comités técnicos de la ISO.

Según el sistema ISO, las tolerancias se indican de manera abreviada por letras y coeficientes de calidad;

las mayúsculas se refieren a los escariados, las minúsculas se refieren a los árboles o ejes. Para designar

un ajuste, el símbolo del escariado precede al del árbol.

25-H7; 30-M5; 42-D8 = escariados

16-p6; 34-h7; 28-j5 = árboles

42-H6-j 5; 54-H7-p6 = ajustes

Ajustes recomendados

El sistema de tolerancia ISO permite una combinación libre de árboles y escariados. Sin embargo, con el fin de simplificar, se ha creado una serie de combinaciones llamadas « ajustes recomendados ».

Estos ajustes recomendados han sido establecidos para los sistemas de escariado normal y de árbol normal. El escariado normal H se caracteriza por una divergencia inferior igual a 0 para todos los valores y dimensiones nominales, es decir que el valor inferior del campo de tolerancia y el valor cero son idénticos (figura 4.25).

El árbol normal « h » se caracteriza por une divergencia superior igual a cero para todos los valores y

dimensiones nominales, es decir que la línea de demarcación superior del campo de tolerancia y la línea

cero son idénticas (figura 4.26). Generalmente se emplea más el sistema de escariado normal: los ajustes se hacen variando la posición de la tolerancia de los árboles con respecto a la línea cero.

Es importante tener presente que:

– en el sistema de barreno normal, es decir el sistema de ajuste según el cual la cota nominal corresponde a la cota de concepción del escariado, si se prevé un juego, éste se aplicará al árbol:

– en el sistema de árbol normal, es decir en el sistema de ajuste según el cual la cota nominal corresponde a la cota de concepción del árbol, si se prevé un juego, éste se aplica al escariado.

Para cada tipo de ajuste, es necesario definir el tamaño de la tolerancia. Este tamaño define la calidad del ajuste: se le indica al lado del símbolo escribiendo la posición del campo de tolerancia por un número de 01, 02…18 (siendo 01 la calidad más fina) (figura 4.27).

Ejemplos:

40 – F8 / h7

Sistema de árbol normal

Efectúe un ajuste entre un escariado F8 y un árbol h7, en el sistema de árbol normal de 40 mm.

35 – H11 / d11

Sistema de escariado normal

Efectúe un ajuste entre un escariado H 11 y un árbol d11, en el sistema de escariado normal (figura 4.28).

Para una cota identificada por 45 g 6, el intervalo de tolerancia es de calidad 6 y el valor de tolerancia es de.016 mm. La posición de la tolerancia será indicada como sigue:

45 – .009

       .025

Ejercicios Propuestos:

Ejercicio 4.3

Sistema de escariado normal

Durante el maquinado de piezas, los agujeros son normalmente perforados por medio de escariadores, brocas, brochas y otras herramientas estándar. Estas herramientas tienen diámetros fijos, en pulgadas o milímetros, y producen agujeros también estándar según calibres normalizados. Un árbol puede, por el contrario, ser maquinado fácilmente a cualquier diámetro para ajustarlo a un escariado. Es por ello que se encuentran más seguido cotas con la tolerancia en función de un método de escariado normal.

De acuerdo a este método, el diámetro mínimo del escariado sirve de medida de base y el juego está dado por las variaciones del diámetro del árbol. La posición de la tolerancia lleva como símbolo la letra H ya que la cota mínima se localiza en ese momento en la línea cero (figura 4.33).

Este es el sistema a emplearse preferentemente, ya que es mucho más fácil efectuar tolerancias sobre un árbol que sobre un escariado.

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Ajustes

Un ajuste está constituido por el ensamblaje de dos piezas de igual dimensión nominal. De acuerdo a la función de las piezas en un conjunto mecánico, se prevén diferentes tipos de ajuste. Estos ajustes son el resultado de distintas tolerancias dadas a las cotas.

Ajuste de giro deslizante con juego

Este ajuste garantiza la movilidad de las piezas así como un margen para la lubricación sobre toda la gama de dimensiones.