Tolerancias Geométricas Las instrucciones para el cálculo de esta pieza están en la siguiente página. Figura 10.11 202
Tolerancias Geométricas Apilamiento de tolerancias en control de cabeceo En esta sección se explica un método sencillo para calcular las distancias máxima y mínima entre dos cilindros; en los cálculos se incluyen los radios y las tolerancias de la pieza mostrada en la página opuesta. 1. Marque o etiquete los puntos de inicio y final para la distancia por calcular. 2. En el punto de inicio coloque una flecha positiva apuntando hacia el punto final, y otra negativa en sentido opuesto. 3. Cada vez que una distancia se considera, se anota como positiva o como negativa de acuerdo con su sentido. 4. Establezca una columna de cálculo para la distancia máxima y otra para la distancia mínima. Cuando se resuelve la primera, la mitad de la tolerancia de cabeceo es sumada en el cálculo; al calcular la distancia mínima, la mitad de la tolerancia se resta. 5. Calcule los resultados. Preguntas y problemas del capítulo 10 1. Describa que es el cabeceo 2. Describa la forma de la zona de tolerancia cuando un control de cabeceo circular se aplica a un cilindro. 3. Mencione 3 maneras de establecer un eje referencia en un control de cabeceo. 4. Siendo el cabeceo un control compuesto, explique tres tipos de defectos que el cabeceo circular puede detectar. 203
Tolerancias Geométricas 5. Llene esta tabla con la Información del dibujo. 6. Llene esta tabla con información obtenida del dibujo. B C D E La tolerancia del diámetro está limitada a La circularidad del diámetro está limitada a La máxima excentricidad es Describa la zona de tolerancia para los controles de cabeceo 204 Detalle Excentricidad máxima permitida B C D
Tolerancias Geométricas ¿En cuantos lugares debe verificarse el control de cabeceo? Calcule el valor del contorno externo (condición virtual) 7. De los 4 controles de cabeceo que se muestran, explique cuáles encuentra incorrectos. 8. Explique que es el cabeceo total. 205
Tolerancias Geométricas 9. Describa la forma y tamaño de la zona de tolerancia para el control de cabeceo total. 10.Siendo el cabeceo total un control compuesto, mencione 4 tipos de defectos que se pueden detectar con el respectivo control. 11.De los 4 controles de cabeceo total que se muestran, explique cuáles encuentra incorrectos. 12.Llene esta tabla con información que obtenga del dibujo. 206 Máxima excentricidad aceptada B C D
Tolerancias Geométricas 13. Llene esta tabla con información obtenida del dibujo B C D E La tolerancia del diámetro está limitada a La circularidad del diámetro está limitada a La máxima excentricidad es Describa la zona de tolerancia para los controles de cabeceo mostrados Calcule el valor del contorno externo (condición virtual) 14. De acuerdo a las siguientes instrucciones complete el dibujo de abajo 207
Tolerancias Geométricas CAPÍTULO 11 TOLERANCIAS DE PERFIL Introducción. El perfil de una superficie está considerado como el control más efectivo dentro de esta tecnología. Puede utilizarse para controlar tamaño, localización, orientación y forma de un detalle. El perfil de superficie o de línea se aplica en superficies planas, cilindros, conos, curvas y curvas irregulares, polígonos, superficies coplanarias y superficies de revolución. Un aspecto especial de estos controles es que pueden utilizarse con o sin referencia: en el primer caso la zona de tolerancia es relativa al marco de referencias. Cuando no se usa referencia la zona de tolerancia aplica donde se encuentre la superficie (es un control de forma). Un perfil es el contorno de un detalle en un plano determinado. Un perfil verdadero es el perfil exacto de un detalle descrito por dimensiones básicas. El control de perfil de una superficie es una tolerancia geométrica que limita la medida del error que una superficie puede tener con relación a su perfil verdadero. Un control de perfil puede aplicarse a un detalle o varios de ellos, varios controles de perfil pueden aplicarse a un solo detalle. En la figura que se muestra el control sirve para tolerar la localización, orientación y forma de una superficie plana, y aplican las siguientes condiciones: • La especificación se aplica a un perfil verdadero. • El perfil verdadero está relacionado a las referencias mediante dimensiones básicas. • La zona de tolerancia es un contorno uniforme que está centrado alrededor del perfil verdadero, y limita la localización, orientación y forma de la superficie. • Todos los elementos de la superficie deben estar dentro de la zona de tolerancia simultáneamente. 208
Tolerancias Geométricas Figura 111 209
Tolerancias Geométricas Zonas de tolerancia El control de perfil de superficie tiene una zona de tolerancia que es un contorno uniforme tridimensional, ya que tiene longitud, ancho y profundidad, en cambio el control de perfil de línea tiene 2 dimensiones. A menos que se indique otra cosa, la zona de tolerancia es 1. Bilateral con distribución equitativa (primer sector de las figuras en la página opuesta), siendo esta variante la más comúnmente usada. Sin embargo pueden existir otras variantes. 2. Tolerancia con distribución bilateral no equitativa (segundo sector). Con dimensión básica está indicada la distancia que se considera hacia fuera del perfil. 3. Tolerancia unilateral hacia fuera. 4. Finalmente la unilateral hacia dentro. Los dibujos tienen líneas fantasmas para indicar los límites de la zona. 210
Tolerancias Geométricas Figura 11.2 Cobertura de la zona de tolerancia. Cuando el control de perfil apunta a una línea (recta o curva) solamente en la longitud de esa línea está actuando (figura A), sin embargo, puede ser entre 211
Tolerancias Geométricas Dos puntos (figura B, con una nota y figura C, símbolo Between) o todo alrededor (figura d). Figura 11.3 En este ejemplo, la anchura total de la zona de tolerancias es 0.010”, con 0.005” hacia cada lado del perfil verdadero. La superficie esta entre los dos limites separados 0.010”, dispuestos equitativamente respecto al perfil verdadero, y que son perpendiculares al plano de referencia A y posicionados respecto a los planos de referencias B y C. 212
Tolerancias Geométricas Figura 11.4 Control de perfil utilizado en conicidades 213
Tolerancias Geométricas El ejemplo de esta página tiene un control de perfil donde se tienen dos referencias, para controlar la forma y la orientación del cono, y en el que aplicanlas siguientes condiciones: • El control se aplica a un perfil verdadero, establecido por el ángulo básico, y relacionado a referencias con dimensiones básicas (Existe un ángulo implícito de 10 grados que es la mitad del ángulo especificado para la referencia A). • La zona de tolerancia aplica todo alrededor del cono automáticamente, pues es una superficie de revolución; además esta zona es bilateral equitativa por omisión de otra especificación. • Todos los elementos de la superficie deben estar dentro de la zona de tolerancia, que flota dentro de la tolerancia dimensional. • La zona de tolerancia limita la orientación y la forma de la superficie cónica (el tamaño del cono está limitado por la tolerancia dimensional). • SI se utilizara una dimensión básica en el tamaño del cono, la zona de tolerancia limitaría también su tamaño como en el caso de la página 303 que veremos adelante. Figura 11.5 La primera figura de la siguiente página muestra un control de perfil donde no hace falta referencia porque es un control de forma únicamente. En cámbio, el segundo ejemplo nótese que hay una referencia, para poder controlar los dos aspectos simultáneamente. 214
Tolerancias Geométricas Conicidad La tolerancia del perfil de una superficie puede aplicarse para controlar conicidad. Puede usarse un control independiente de forma según el primer ejemplo, donde se aplica el cono de 20º como un refinamiento dentro del control dimensional, perosin que sea necesaria la utilización de una referencia. Esto es comparable a la tolerancia de cilindricidad cuando controla la fo0rma del cilindro como un refinamiento dentro del control dimensional. Figura 11.6 En el segundo ejemplo el perfil de una superficie es utilizado como control deforma y orientación en el cono de 15º como un refinamiento de control dimensionaly relativo a la referencia A. Agregar la nota todo alrededor puede ser usada para controlar tamaño y forma simultáneamente y usando dimensiones básicas para definir la forma cónica, pero en este ejemplo no es necesaria. Aquí la tolerancia de perfil aplicada a una superficie de revolución como una preferencia de diseño (hipotética) sobre otros métodos, por ejemplo el de cabeceo. Figura 11.7 215
Tolerancias Geométricas Control de perfil utilizado en superficies coplanarias Cuando se tiene la intención de tratar dos superficies coplanarias como si fuera una sola, puede utilizarse el control de perfil. En este caso el control simula un control de planicidad y no hace falta referencia; la zona de tolerancia es unilateral alejándose de la auto-referencia y hacia el material. En el ejemplo de esta página aplican las siguientes condiciones: • El control es aplicado a un perfil verdadero, ya que existe un cero básico implícito entre las superficies. • El número de superficies esta especificado con una nota. • La zona de tolerancia es automáticamente un contorno unilateral con una auto-referencia implícita. • Todos los elementos de las superficies controladas deben estar dentro de la zona de tolerancia, que limita la forma y coplanaridad de .las superficies. Figura 11.8 En la página de enfrente los ejemplos segundo y tercero se refieren a superficies donde una de ellas es referencia porque se considera más importante, y la otra está controlada: a) En el segundo ejemplo las superficies son coplanarias, pero la parte derecha está controlada en función de la parte izquierda. 216
Tolerancias Geométricas b) En el tercer ejemplo las superficies no son coplanarias, pero la distancia entre planos es básica. Control de perfil utilizado en un polígono En este ejemplo se controlan diferentes características, y aplican las siguientes condiciones: • El control aplica a un perfil verdadero, el cual está relacionado a las referencias mediante dimensiones básicas. • El símbolo todo alrededor significa que la zona de tolerancia aplica a todos los lados, y esta zona de tolerancia es un perfil uniforme centrado alrededordel perfil verdadero. • Todos los elementos de las superficies deben estar dentro de la zona de tolerancia. • La zona de tolerancia limita el tamaño, localización, orientación y forma del polígono. • Un radio máximo esta especificado para limitar su valor en las aristas del polígono. 217
Tolerancias Geométricas Figura 11.16 Perfil de una línea Los conceptos básicos explicados para el perfil de superficie son similares para el perfil de una línea. La diferencia fundamental radica en la zona de tolerancia, que en el caso del perfil de línea es bidimensional. El control del perfil de una línea es una tolerancia geométrica que limita la medida del defecto para elementos lineales respecto a su perfil verdadero. La zona de tolerancia es bidimensional y está formada por dos líneas uniformes que se aplican en cualquier sección transversal de la superficie. El perfil de línea provee el control en solamente una dirección. Por lo tanto, el control de perfil de línea se usa frecuentemente en un grupo de múltiples segmentos sencillos, como un control de orientación y/ o forma. Si hay referencias especificadas en el control, los elementos lineales están orientados por la referencia; de lo contrariolos elementos lineales están controlados solamente en su forma. 218
Tolerancias Geométricas Es común que se utilicen un control de superficie y otro de línea aplicados en una misma superficie. Otro método común de aplicar el control de perfil de línea es como refinamiento de las tolerancias rectangulares. Perfil de línea utilizado para controlar la forma y orientación en un control múltiple de segmentos sencillos A menudo, el perfil de línea es utilizado para controlar la orientación y la forma de los elementos lineales en una superficie. La figura de la siguiente página ejemplifica un control de perfil de superficie que limita la localización, así como la orientación de la superficie (en una dirección). El perfil de línea controla laorientación de los elementos lineales (en una dirección) y la forma de los mismos. En este ejemplo aplican las siguientes condiciones: • Los controles de perfil están aplicados a un perfil verdadero. • El control de perfil de una superficie limita el tamaño, la localización y la orientación respecto a las referencias especificadas. • El control de perfil de línea refina la forma de los elementos lineales, así como la orientación de los mismos en una dirección (nótese como el valor de la tolerancia es menor en el perfil de línea). 219
Tolerancias Geométricas Ejemplo de controles de perfil en un control de múltiples segmentos sencillos. Figura 11.17 El perfil de una línea es un refinamiento del control de una superficie, y se utiliza cuando se requieren controlar los elementos que se encuentran a lo largo de una línea. En cambio, las variaciones en las diferentes líneas son menos rígidas. El perfil de una superficie y el perfil de una línea pueden aplicarse al mismo detalle cuando es posible, por ejemplo, en situaciones donde los elementos de línea deben controlarse más estrechamente que la superficie como un todo. 220
Tolerancias Geométricas En el siguiente ejemplo se muestra como la línea de perfil debe localizarse dentro de la zona de tolerancia de 0.006”, y esta zona debe estar contenida dentro de la tolerancia dimensional. Dicha línea del perfil debe encontrarse en un plano que sea perpendicular o paralelo a la orientación de la pieza dentro de sus tolerancias dimensionales. También se muestra la utilización de un indicador de caratula para la inspección, pero es más rápida con el proyector de perfiles, como se vio en el ejemplo anterior. Figura 11.18 221
Tolerancias Geométricas En la página anterior se observa la inspección de un perfil de línea con unindicador de caratula. El perfil cuando es externo puede medirse con un comparador óptico, pero debemos tener cuidado de que la distancia focal del aparato se encuentre en el plano que nos interesa, de lo contrario estamoscomparando un plano diferente. Perfil de línea y tolerancias rectangulares utilizadas para controlar forma y localización En este ejemplo, el perfil de una línea es utilizado con una coordenada rectangular. Esta última localiza la superficie, mientras que el control de perfil refina la forma. El control de perfil de línea tiene dos referencias; por lo tanto, el control geométrico afecta la forma y la orientación de los elementos lineales. La siguiente figura es un ejemplo de esta combinación de coordenadas rectangulares y control de perfil de línea, para controlar la localización, la orientación y la forma. Aplican las siguientes condiciones: • El control de perfil aplica a un perfil verdadero. • La tolerancia rectangular localiza la superficie. • El control de perfil de línea refina la forma y orientación de los elementos lineales en una dirección. (Nótese que la tolerancia de perfil es menor que la tolerancia rectangular). Figura 11.19 222
Tolerancias Geométricas Inspección del perfil de una línea En la figura anterior un control de perfil de línea es utilizado como parte de un control múltiple. La tolerancia de la coordenada rectangular debe inspeccionarse para asegurar la localización del perfil verdadero de la superficie, midiendo laaltura de la pieza. Para verificar el perfil de línea existen diferentes métodos, uno de ellos es utilizando la plantilla gauge que se muestra enseguida. Primero se coloca laplantilla sobre la superficie controlada, luego tratamos de introducir un alambre gauge o laina de la misma medida de la tolerancia entre las dos superficies. Si el alambre puede introducirse la superficie controlada esta fuera de tolerancia. Esta prueba se hace en diferentes puntos del elemento lineal, luego en diferentes elementos lineales de la pieza, a criterio del inspector, pero de acuerdo a un plan establecido. Figura 11.20 223
Tolerancias Geométricas Cálculos en la pieza La utilización de apilamientos de tolerancias ya se explicó anteriormente. A continuación, se aplicara el método para un caso de tolerancias de perfil que se muestra en la figura de la siguiente página. Este cálculo involucra la tolerancia de perfil de la superficie de arriba y las dimensiones básicas que localizan y definen el radio. En esta sección se explica un método sencillo para calcular las distancias máxima y mínima entre dos cilindros; en los cálculos se incluyen los radios y las tolerancias de la pieza mostrada en la página opuesta. 1. Marque o etiquete los puntos de inicio y final para la distancia por calcular. En el punto de inicio coloque una flecha positiva apuntando hacia el punto final, y otra negativa en sentido opuesto. Cada vez que una distancia se considera, se anota como positiva o como negativa de acuerdo con su sentido. 2. Establezca una columna de cálculo para la distancia máxima y otra para la distancia mínima. Cuando se resuelve la primera, la mitad de la tolerancia de perfil es sumada en el cálculo; al calcular la distancia mínima, la mitadde la tolerancia se resta. Calcule los resultados Figura 11.21 224
Tolerancias Geométricas Resumen En la tabla que se muestra se comparan diferentes aspectos de las dos tolerancias de perfil. Symbol Datum reference required Can be applied to a Can use M or L modifier Can be applied at RFS Override Rule # 1 Can use bonus tolerance concepts Can use datum shift concepts Surface FOS Yes* Yes No No• Yes** No▪ No Yes Yes* Yes No No• Yes** No▪ No Yes *Can be used with or without a datum reference **Is automatic per rule #2 ▪ Must be applied to a true profile therefore rule #1 doesn’t apply •These modifiers may be used in the datum portion of the feature control frame Para finalizar, repitamos las ventajas que tiene el control de perfil sobre las coordenadas rectangulares: 1. Provee una definición clara de la zona de tolerancia. 2. Comunica las referencias y su respectiva secuencia. 3. Elimina la acumulación de tolerancias. Preguntas y problemas del capítulo 11 1. Cuando no existe referencia en un control de perfil, se le considera. 2. Por el contrario, cuando hay referencias el control de perfil limita las características de 3. Describa el termino Perfil verdadero 4. Mencione 4 características que pueden afectarse con el control de perfil 225
Tolerancias Geométricas 5. Para el dibujo izquierdo de esta página describa la forma, tamaño y localización de la zona de tolerancia en la superficie curva. 6. Para el dibujo derecho describa la forma, tamaño y localización de la zona de tolerancia en la superficie curva. 7. Para el dibujo de la derecha Indique el área de la pieza donde aplica el control de perfil. 226
Tolerancias Geométricas 8. Mencione tres maneras de indicar la cobertura de la zona de tolerancia de perfil. 9. Mencione tres ventajas de utilizar los controles de perfil. 10.Para la figura que se muestra abajo dibuje el plano de referencia A y las respectivas zonas de tolerancia de perfil en su mismo dibujo. 227
Tolerancias Geométricas 11 Llene la tabla de abajo de acuerdo con este dibujo. 12.Para este dibujo encuentre cuales especificaciones de la siguiente página son incorrectas, y explique por qué. 228
Tolerancias Geométricas 13. Utilizando el dibujo anterior, indique si cada una de las especificaciones de perfil que se muestran a continuación es legal. Si una especificación es ilegal, explique por qué. 14 Para el dibujo de abajo describa la forma, tamaño y localización de la zona detolerancia en la superficie curva. 229
Tolerancias Geométricas CUADRO DE REVISIONES 230 Fecha Responsable: Revisión / Motivo de la revisión 03/2022 Salvador Gutiérrez Zamora Primera versión 07/2023 Rodolfo Quiroz Rodríguez Ajustes y actualización