Tolerancias Geométricas Inspección de la rectitud en la superficie de un cilindro utilizando indicadores de carátula Figura 4.8 Procedimiento de medición 1. Se utiliza una pieza patrón del mismo diámetro que la pieza producida. Esta pieza se monta en la bancada de comprobación, que tiene unos apoyos en forma de V (Figura) y sirve para poner los 3 indicadores en cero. 2. Ahora se pone la pieza producida y se toman las lecturas de los tres indicadores. La desviación se calcula por la diferencia entre la lectura máximay la mínima (indicaciones) de cada línea. 3. Tome las lecturas de otras dos líneas, girando la pieza 120 grados entre cada lectura. Figura 4.9 52 - 0,01
Tolerancias Geométricas La Planicidad es la condición de que todos los elementos (puntos) de una superficie estén contenidos en un plano. El control de planicidad es una tolerancia geométrica que limita las variaciones (error) permitidas en la superficie, y tiene una zona de tolerancia tridimensional contenida entre dos planos paralelos imaginarios separados una distancia igual al valor de la tolerancia geométrica. El primer plano queda establecido por los 3 puntos más salientes de la superficie, y a partir de ahí, el segundo plano es paralelo y hacia dentro, como se observa en la figura Efecto de la regla # 1 sobre la planicidad. Cuando un detalle 3 D con 2 planos paralelos no tiene control geométrico, surge un control automático para las dos superficies, resultante de la interrelación entre la regla # 1 (forma perfecta en MMC) y la dimensión del tamaño del detalle. Cuando la pieza está en MMC la pieza deberá ser perfecta, y las superficies perfectamente planas; pero como no es prácticamente posible, el error de planicidad es permitido en la medida que la pieza se aleje de la condición MMC, como se observa en la figura Cuando la pieza requiera un control más estricto de planicidad, se deberá emplear el respectivo control geométrico. Figuras 4.25 y 4.26 53
Tolerancias Geométricas Aplicaciones de la planicidad El diseñador emplea control de planicidad para superficies planas en los casos en que el control indirecto de la regla # 1 es insuficiente, como en las piezas: • Que tienen empaque o sellador • Que acoplan con otra pieza plana • Para mejor contacto con un plano referencia En la pieza de la figura la base está controlada en planicidad, pero en la parte alta la planicidad está controlada por efecto de la regla # 1. La planicidad puede ser controlada indirectamente por otras características especificadas, como la tolerancia dimensional, el paralelismo, angularidad, perfil, perpendicularidad y cabeceo total, pero si se requiere control específico de la planicidad deberá existir el marco respectivo, con una tolerancia menor que el que pudiera dar las otras. Figura 4.27 Deben verificarse: La tolerancia dimensional, el contorno por regla #1 y el requerimiento de planicidad. 54
Tolerancias Geométricas Controles indirectos de la planicidad Varios controles geométricos afectan indirectamente la planicidad de una superficie: La regla # 1, el paralelismo, la perpendicularidad, la angularidad, el cabeceo total y el perfil de una superficie. Cuando uno de ellos se usa en una superficie, limita su planicidad. Sin embargo, los efectos de los controles indirectos no son inspeccionados. Cuando se desea que se inspeccione la planicidad, se debe agregar el control respectivo, y en este caso el valor de su tolerancia debe ser menor que el que pudiera dar otros controles que afecten la planicidad. Prueba de especificación legal para un control de planicidad Deben cumplirse las siguientes condiciones: • No debe aparecer ninguna referencia o datum. • No deben aparecer modificadores. • El control se aplica a una superficie plana. • El valor de su tolerancia debe ser menor que el que pudieran dar otros controles que limiten la planicidad. • El valor de su tolerancia debe ser menor que la tolerancia dimensional asociada a la superficie. La gráfica de flujo que se muestra a continuación sirva para establecer la legalidad de un control de planicidad. 55
Tolerancias Geométricas Planitud o planicidad Definición: La planitud es la condición de una superficie que tiene todos sus elementos en un plano recto. La tolerancia de planitud es una zona de tolerancia confinada entre dos planos paralelos dentro de la cual debe estar la superficie tolerada Aplicación de la tolerancia de planitud En el ejemplo de esta página vemos que los límites correspondientes a la tolerancia de planitud quedan dentro de la tolerancia dimensional, ya que el rango de esta debe ser mayor que el correspondiente a planitud. Por ser una característica individual, la planitud no necesita referencia ni consideraciones de material RFS o MMC. Figura 4.28 56
Tolerancias Geométricas Inspección de planicidad en una mesa especial Una mesa metálica especial, con un alojamiento donde sujetar el indicador de carátula, como la que se muestra en la figura 4.29 es utilizada para medir planicidad. La ventaja de este accesorio es la medición en forma directa, pues al asentar la superficie por inspeccionar se mueve hacia diferentes puntos, en losque la lectura total del indicador es el defecto de planicidad. La lectura total del indicador puede ser a partir de cero, o puede ser la suma absoluta de 2 posiciones a ambos lados del cero, que es la diferencia entre el punto mas alto y el mas bajo de la superficie. Figura 4.29 57
Tolerancias Geométricas Inspección de la planicidad colocando la pieza sobre una mesa niveladora 1. Ponga el producto en tres bloques pequeños de la misma altura arriba de una placa de tres puntos. 2. Nivele el producto de manera que el medidor de carátula muestre cero en los puntos Al , A2 y A3. 3. Pruebe la superficie y determine las lecturas máxima y mínima. 4. Determine la desviación como la diferencia entre el resultado de medición máxima y mínima. Preparación de prueba Figura 4.30 y 4.31 58 0,02 Método de medición
Tolerancias Geométricas Inspección de la planicidad con una placa provista de varios indicadores Método de medición 1. Coloque el sostenedor con los puntos de apoyo A1, A2 y A3 sobre una placa de superficie y ponga los medidores de carátula en cero. 2.Ahora ponga el sostenedor sobre el producto y determine las lecturas en A4, A5 y A6. 3. Determine la desviación como la diferencia entre las lecturas máxima y mínima. Preparación de prueba Figuras 4.32 y 4.33 59 0,02
Tolerancias Geométricas Circularidad Definición: Circularidad es la condición de una superficie de revolución donde: 1. En el caso de un cono o cilindro todos los puntos de la superficie intersectada por un plano perpendicular al eje, son equidistantes al mismo. 2. En el caso de una esfera, todos los puntos de la superficie intersectada por un plano central, son equidistantes al centro de la esfera. Tolerancia de circularidad La tolerancia de circularidad especifica una zona de tolerancia limitada por dos círculos concéntricos dentro de la cual deben encontrarse todos los elementos de la superficie, y es aplicable para cualquier plano de la pieza o detalle que sea perpendicular al eje. Aplicación de la tolerancia de circularidad. La tolerancia dimensional generalmente ejerce un control adecuado sobre la circularidad. Sin embargo, la tolerancia de circularidad es necesaria cuando se necesita refinar el control de la circularidad en cilindros o en conos. La tolerancia de circularidad no requiere de referencia, ni se puede manejar bajo principio MMC, puesto que solamente controla elementos de superficie. La tolerancia de circularidad puede compararse con la tolerancia de rectitud, si se considera lalínea recta doblada alrededor de un círculo. La tolerancia de circularidad siempre debe quedar contenida dentro de la tolerancia dimensional, y su zona de tolerancia se establece por el siguienteprocedimiento: En una determinada sección transversal se localiza el diámetro máximo y se le resta el doble del valor de la tolerancia, obteniéndose así el diámetro menor de la zona de tolerancia. Obtenemos así una franja anular cuya anchura es equivalente al valor de la tolerancia; la circularidad es un refinamiento de la forma relativo al tamaño. Para el ejemplo de esta página se vé que la pieza es aceptable, pues su contorno (línea blanca) está dentro de la zona. 60
Tolerancias Geométricas Circularity of a cylinder Figura 4.34 61
Tolerancias Geométricas Efecto de la regla # 1 sobre la circularidad Cuando una pieza cilíndrica tiene solamente tolerancia dimensional, automáticamente existe un control indirecto de circularidad, debido a la interrelación entre la regla y la dimensión. Cuando un diámetro está en condición MMC los elementos periféricos cumplen con la circularidad, pero conforme sealeja de esa condición se acepta el error de circularidad hasta donde lo permita la tolerancia dimensional. Puesto que la regla # 1 es un control indirecto, sus efectos sobre la circularidad no son inspeccionados. Cuando se requiera que esta característica sea inspeccionada debemos incluir el respectivo control geométrico. En la pieza mostrada en esta página los elementos externos deben yacer entre dos círculos coaxiales cuya diferencia radial es equivalente a la tolerancia dimensional. El primer círculo coincide con la condición MMC, el segundo queda hacia adentro. Figura 4.36 62
Tolerancias Geométricas Una razón frecuente para especificar circularidad es para minimizar el ovalamiento de una flecha, que produce falla prematura de las piezas. En la figura vemos una pieza con control de circularidad, donde: • El diámetro debe estar dentro de su tolerancia dimensional • La regla # 1 no se anula • La tolerancia geométrica es menor que la dimensional • El control de circularidad no afecta el límite externo del detalle Figura 4.36 Hay algunos controles geométricos que afectan a la circularidad: La regla # 1, la cilindricidad, el perfil y el cabeceo. Cuando cualquiera de esos controles se usa en un cilindro, limitan el error de circularidad; pero si se requiere un control estricto de esa característica, debe especificarse, con una tolerancia menor que la de cualquiera de las mencionadas que esté presente. La circularidad no requiere referencia ni modificador. 63
Tolerancias Geométricas Prueba de especificación legal para un control de circularidad Se deben satisfacer las siguientes condiciones: • En el marco de control geométrico no debe aparecer ninguna referencia o datum. • El control debe estar dirigido a detalles cilíndricos. • No deben aparecer modificadores en el marco de control geométrico. • El valor de tolerancia especificado debe ser menor que otros controles geométricos que limiten la forma de la superficie, y menor que la tolerancia dimensional. La gráfica de flujo que se muestra a continuación sirva para establecer la legalidad de un control de circularidad. 64
Tolerancias Geométricas Inspección de circularidad La manera más efectiva de inspeccionar la circularidad requiere de un instrumento sofisticado mostrado en estas figuras y que consta de dos mesas giratorias. En una de las mesas se coloca la pieza que se hace girar lentamente,en la otra mesa una pluma va registrando sobre un papel graneado un perfil donde se muestran amplificados los errores de circularidad de acuerdo con la señal que envía el palpador desde la primera mesa. La gráfica esta ampliada a una determinada escala, por lo cual es fácil determinar los errores registrados. El proceso se realiza en diferentes secciones transversales de la pieza. Figura 4.37 Aunque la circularidad parece una característica fácil de inspeccionar, en la realidad sucede lo contrario. Cuando se utilizan accesorios de medición e inspección ordinarios, como veremos enseguida, se requieren ciertos cálculos matemáticos y no siempre se obtienen resultados como en el aparato anteriormente descrito. 65
Tolerancias Geométricas Inspección de la circularidad con un bloque V de 90" se describe en las figuras Método de medición 1. Ponga e! producto con sus extremos en las placas V. 2. Determine si cada extremo está fuera de redondez en dos o tres puntos, marcando los puntos altos y registrando la lectura total del indicador. 3. Determine la desviación, que en el caso de fuera de redondez en dos puntos es igual a la lectura total del indicador y en el caso de fuera de redondez en tres puntos es la mitad de la lectura total del indicador (ver también Apéndice 2). Preparación de prueba Figura 4.38 y 4.39 66
Tolerancias Geométricas Cilindricidad es la condición de una superficie de revolución en la cual todos sus puntos son equidistantes a un eje común. Tolerancia de cilindricidad La tolerancia de cilindricidad especifica una zona de tolerancia limitada por dos cilindros concéntricos dentro de los cuales debe encontrarse la superficie tolerada. Similarmente a la circularidad, el valor de la tolerancia es la diferencia radial entre esos cilindros, por lo que la cilindricidad puede considerarse como una extensión de la primera. Aplicación de la tolerancia de cilindricidad La tolerancia dimensional generalmente ejerce un control adecuado sobre la cilindricidad. Sin embargo, la tolerancia de cilindricidad es necesaria cuando se necesita refinar el control de la dicha característica; además su tolerancia controla simultanéame la circularidad, la rectitud y el paralelismo en los elementos de la superficie. La tolerancia de cilindricidad no requiere de referencia, ni se puede manejar bajo principio MMC, puesto que solamente controla elementos de superficie. La tolerancia de cilindricidad puede compararse con la tolerancia de planitud, si se considera un plano recto doblada alrededor de un cilindro; latolerancia de cilindricidad debe estar contenida siempre dentro de la tolerancia dimensional. En este ejemplo el diámetro más grande localizado es de 0.503", por lo tanto ningún diámetro debe tener menos de 0.497". 67
Tolerancias Geométricas Figura 4.46 68
Tolerancias Geométricas Efecto de la regla # 1 sobra la cilindricidad Cuando una pieza cilíndrica tiene únicamente tolerancia dimensional, automáticamente existe un control indirecto de la cilindricidad, debido a la interrelación entre la regla y la dimensión. Estando un diámetro en condición MMC, su superficie es perfectamente cilíndrica, pero conforme se aleja de esa condición, se acepta el error de cilindricidad. En la pieza de la figura 4.33 la superficie debe yacer entre dos cilindros coaxiales con una diferencia radial igual a la tolerancia dimensional. El primer cilindro coincide con MMC, el segundo queda hacia dentro. Figura 4.47 Una razón frecuente para especificar cilindricidad es limitar las condiciones superficiales (conicidad y falta de circularidad y de rectitud) para una flecha,defectos que tienden a producir fallas prematuras en bujes y baleros. En la figura 4.34 vemos una pieza con control de cilindricidad, donde: • El diámetro debe estar dentro de su tolerancia dimensional 69
Tolerancias Geométricas • La regla # 1 no se anula • La tolerancia geométrica es menor que la dimensional • El control de cilindricidad no afecta el límite externo del detalle Hay algunos controles geométricos que afectan la cilindricidad: la regla # 1, el perfil de superficie y el cabeceo total. Cuando cualquiera de estos controles se usa en una pieza, limitan el error de cilindricidad; pero si se requiere un control estricto de esa característica, debe especificarse, con una tolerancia menor que la de cualquiera de las mencionadas que esté presente. La cilindricidad no requiere referencia ni modificador. La figura 4.35 es un resumen de las 4 tolerancias de forma y su relación con otros conceptos. Symbol Datum reference required Can be applied to a Can affect WCB Can use M or L modifier Can override Rule #1 Surface FOS No Yes No No No No — No Yes Yes Yes* Yes* Yes* No Yes No No No No No Yes No No No No * When applied to a FOS Figura 4.49 70
Tolerancias Geométricas Prueba de especificación legal para un control de cilindricidad Se deben satisfacer las siguientes condiciones: • En el marco de control geométrico no debe aparecer ninguna referencia o datum. • El control debe estar aplicado a formas cilíndricas. • "No deben aparecer modificadores en el marco de control geométrico. • El valor de tolerancia especificado debe ser menor que otros controles geométricos que limiten la forma cilíndrica, y menor que la tolerancia dimensional. Evaluación de circularidad y cilindricidad La cilindricidad es comprobada por las mismas técnicas básicas utilizadas en circularidad, salvo que la primera está 71
Tolerancias Geométricas basada en un solo tamaño de referencia (el mayor diámetro localizado). Los métodos comúnmente utilizados son el bloque "V" y la bancada de centros para ambas características. Cuando se utiliza el bloque y un indicador de carátula, la diferencia medida alrededor es diametral, por lo que debe ser dividida entre dos para saber el error radial. Este método es útil para muchas aplicaciones, pero no es muy exacto, ya que el número de variables presentes, como son la cantidad de salientes registrados y el ángulo del bloque afectan los resultados y conducen a errores. El método de centros establece con más aproximación el eje de referencia para una relación geométrica, pero depende de la precisión de los centros. Puesto que la pieza es girada alrededor de su eje nominal, la lectura es radial y representativa de la zona situada entre los dos círculos concéntricos; pero por su naturaleza la prueba entre centros es mas una prueba de cabeceo y técnicamente no es análisis de circularidad. . FIM significa full indicator measurement (lectura total del indicador). Figura 4.50 72
Tolerancias Geométricas Método de precisión para la evaluación de circularidad y cilindricidad Para hacer una evaluación precisa, uno necesita referir la superficie de la pieza a una forma perfectamente redonda o cilíndrica. Existe equipo especial de comprobación que utiliza principios ópticos, mecánicos, electrónicos y neumáticos. Uno de los medios electrónicos utiliza una punta que viaja alrededor de la pieza y transcribe un perfil polar amplificado que posteriormente se compara con una plantilla de círculos en un proyector de perfiles. Las dos gráficas se muestran en las siguientes figuras. Figura 4.51 73
Tolerancias Geométricas Cuestionario y problemas del capítulo 4 1. Describa la zona de tolerancia para el control de planicidad y como se localiza. 2. Para cada control que se muestra indique si es válida la especificación, con la letra "C"; de lo contrario explique por qué no. A. B. C. D. 3. Para cada control que se muestra indique si es válida la especificación, con la letra "C"; de lo contrario explique por qué no. A B C D 4. ¿Que es lo que limita la rectitud en el perno, y cual es el valor de su límite externo? Nota: Límite externo y límite interno se refieren a los casos de peor contorno, explicados anteriormente. Las preguntas 5 a 10 se refieren a las figuras de esta página 74
Tolerancias Geométricas 5. ¿Cuál es el máximo error de planicidad permitido en las superficies? A B 6. ¿Cual es el valor de límite externo en la altura de la pieza? 7. ¿Podría el valor de la tolerancia de planicidad aumentarse hasta 0.5? En cualquier caso, explique. 8. ¿Si el límite superior de la altura se aumentara a 22.4, alteraría el valor de la zona de tolerancia 0.1? 9. ¿Un control de planicidad podría colocarse junto a los límites de la altura, a la izquierda? Explique 10.Llene las dos columnas de la tabla. If the part was. . . The flatness error of surface B would be limited to . . . The flatness error of surface A would be limited to . . . At MMC At LMC At 22.0 Las preguntas 11 a 14 se refieren a la figura de abajo 11. ¿Como es la zona de tolerancia para el control de rectitud? 75
Tolerancias Geométricas 12. El valor del límite exterior del perno es. 13. Explique un método sencillo para verificar la rectitud del perno 14. De la siguiente lista, localice las 4 condiciones que existen cuando un control geométrico de rectitud se aplica a un detalle 3D, bajo condición MMC. a) La tolerancia dimensional puede violarse b) La condición virtual es cero c) El control de rectitud afecta a la VC d) Un escantillón variable es lo indicado e) La regla #1 es anulada f) El modificador MMC no puede usarse g) La planicidad es también controlada h) Aplica la regla #1 i) Se necesita un datum o referencia j) No hay bono de tolerancia 15. De acuerdo con el dibujo de esta página, llene la tabla correspondiente. Escriba N/A cuando el caso no sea aplicable 76
Tolerancias Geométricas Dimension at letter The straight shown is a Surface less control applied to a FOS The VC, OB, or IB of the FOS is Does Rule #1 apply to the FOS? Surface or FOS A B C D E F G 77
Tolerancias Geométricas 16. Para cada caso dibuje el escantillón para control de rectitud y llene las dos celdas de la derecha. 78
Tolerancias Geométricas 17. Señale las tres condiciones que existen cuando un control de circularidad es aplicado a un diámetro a) El diámetro debe estar dentro de la zona de tolerancia b) Aplica la regla #1 c) No aplica la regla #1 d) La tolerancia del control geométrico debe ser menor que la tolerancia dimensional. e) La condición virtual se afecta. f) Se acepta el bono de tolerancia. 18.Para cada control que se muestra indique si es válida la especificación, con la letra "C"; de lo contrario explique por qué no A. B C. D. A. B. C. D. 19. Señale las tres condiciones que existen cuando un control de cilindricidad es aplicado a un diámetro a) Aplica la regla #1 b) No aplica la regla #1 c) El peor límite no es afectado d) Es permitido un bono de tolerancia e) El control limita la tolerancia dimensional f) El Ø deberá quedar dentro de la zona de tolerancia 79
Tolerancias Geométricas CAPÍTULO 5 REFERENCIAS (DATUMS) PLANARES Objetivos de este capitulo • Entender el sistema de referencias planas (planar datums) • Interpretar las referencias específicas (datum targets) Referencia implícita o sugerida Es un supuesto plano, eje o punto a partir del cual se realiza una medición. Este es un concepto del antiguo sistema de tolerancias y dimensionado, y en la figura 5.1 se observa un ejemplo: A partir de los costados inferior e izquierdo de la pieza se han colocado las dimensiones para la posición del orificio, en el dibujo original. En las figuras de abajo se muestra la pieza en dos posiciones diferentes para su inspección, porque en el dibujo no se ha indicado cuales superficies deben utilizarse, ni se sabe en que secuencia deben hacer contacto con el equipo de inspección. Entonces cada inspector puede tomar, a discreción cualquier orden o posición, con resultados diferentes aún para la misma pieza. Las consecuencias de tal indeterminación pueden ser las siguientes: • Piezas buenas pueden ser rechazadas. • Piezas malas pueden ser aceptadas. Figura 5.1 Dependiendo del detalle referencia que se considere, una contraparte geométrica verdadera puede 80
Tolerancias Geométricas • Un plano tangente que hace contacto en los puntos más altos de una superficie. • Un contorno a condición MMC. • Un contorno a condición LMC. • Un contorno a condición virtual. • Una envoltura efectiva. • Un contorno definido matemáticamente. • Un caso de peor contorno. Una Referencia (datum) es un plano, un eje o un punto teóricamente exacto, a partir del cual se realiza una medición dimensional. En los planos se especifican detalles referencia que tienen contrapartes geométricas verdaderas, envolturas imaginarias, pero de forma perfecta, que dependiendo del detalle físico pueden ser cilindricas, prismáticas, etc, tanto para exteriores como interiores (cuando el detalle referencia es plano no aplican los contextos de envoltura,cilindro, etc.). Puesto que la contraparte geométrica verdadera es teórica, hace falta simularla con el equipo de inspección, que viene a ser la referencia simulada. También el equipo de manufactura con que se fabrica un determinado detalle es, por razones prácticas, una referencia simulada durante la etapa de fabricación, por ejemplo la boquilla sujetadora de un torno. Durante la inspección de una pieza plana, la superficie de una mesa de granito aún cuando no sea perfecta, es de una alta calidad geométrica que le permite actuar como referencia simulada. En la figura 5.2, parte izquierda, la contraparte verdadera del plano inferior de la pieza no coincide con la referencia simulada enel nivel microscópico, pero en la práctica el plano referencia se considera perfecto,porque es una superficie de alta calidad geométrica. En la parte derecha, la boquilla de inspección de un instrumento es la referencia simulada para verificar si el eje del saliente cilíndrico se encuentra dentro de la tolerancia de concentricidad 81
Tolerancias Geométricas Figura 5.2 Referencias utilizadas en las tolerancias Una referencia o "datum" es un punto, eje o plano teóricamente exacto que se deriva de un detalle determinado en una pieza sólida, y que sirve como origen para establecer la ubicación de características geométricas en la misma. De acuerdo con esta definición toda referencia debe ser perfecta, sin embargo, como no se pueden producir partes perfectas, se asume que la referencia existe cuando el detalle se pone en contacto con equipo o accesorios de inspección de alta precisión como son las mesas de máquinas, mesas de mármol, pernos patrón, etc.; tales contactos son los llamados referencias simuladas, que aunque no sean perfectamente verdaderas sirven al propósito por su alta calidad. Dicho de otra manera, un detalle referencia es aquella parte de la pieza que se utiliza para establecer una referencia cuando dicha parte se pone en contacto con un accesorio de inspección de alta precisión. Las referencias aparecen después de la característica tolerada en el marco de control, como se muestra en los siguientes casos: 82 Figura 5.3
Tolerancias Geométricas Típico marco de control con una sola referencia " este detalle debe estar dentro de una sola de tolerancia de 0.002" perpendicular a la referenciaA” “Este detalle debe estar localizado en su posición verdadera dentro de un diámetro de 0.005” en la condiciónMMC con respecto a las dos referencias A y B. Esta es otra especificación de perpendicularidad tolerada. La presencia del símbolo MMC se aplica en este caso a ambos, el plano tolerado y el plano de referencia En este marco se muestran referencias primaria, secundaria y terciaria, en orden de precedencia; sin embargo, las letras no necesariamente tienen que aparecer en orden alfabético. Detalles referencias múltiples se utilizan simultáneamente para establecer una referencia sencilla, por ejemplo un eje de referencia. En este marco de control obra una circunstancia extraña y que tiene aplicaciones muy especiales: La característica tolerada está en condición RFS, mientras que la referencia está en condición MMC. Generalmente, cuando la referencia está bajo condición MMC, la característica tolerada debe estar en la misma condición Las referencias son seleccionadas en base a la función de la pieza y los requerimientos de ensamble. Los detalles referencia son generalmente los que 83
Tolerancias Geométricas orientan (estabilizan) y localizan la pieza en su ensamble. La superficie A de la figura 5.5 apoya en otra pieza, pero es localizada (posicionada) por el cilindro B; estas dos referencias sirven para que quede localizado el patrón polar de agujerosen la otra pieza. La distribución de los orificios a 90 grados queda sobreentendida (ver las reglas básicas de dimensionado, página 9). Por lo tanto, el plano A y el orificio B son designados como detalles referencia (datum features). Figura 5.5 La colocación del símbolo de referencia Diferente para referencias planas que cuando se aplica detalles 3D. La figura 5.6 nos muestra opciones de como colocar dicho símbolo cuando la referencia es una superficie plana; posteriormente se verán las otras aplicaciones. Nótese que en el detalle de la derecha el símbolo no está alineado con la acotación 14; después se comprenderá el porqué. Figura 5.6 84
Tolerancias Geométricas Marco de referencia Cuando una pieza es libre de moverse en el espacio, se dice que tiene 6 grados de libertad: Rotación alrededor de 3 ejes, y desplazamiento a lo largo de los mismos, como lo muestra la figura 5.7. En ciertos casos es conveniente que la pieza quede inmovilizada completamente, en otros, se requieren ciertos grados delibertad para su inspección. Si la pieza debe ser completamente inmovilizada, los 6 grados de libertad se eliminan utilizando un marco de referencia que está formado por 3 planos de referencia colocados perpendicularmente entre ellos, y que, por definición, tiene cero tolerancia de perpendicularidad. Las mediciones entonces se realizan a partir de los planos mencionados, que se forman por medio de referencias simuladascon los accesorios de inspección (la mesa de mármol, bloques escuadra, escuadras, etc.). El orden en que los detalles de una pieza hacen contacto con los planos del marco de referencia influye notoriamente en los resultados de lasmediciones. En el marco de control geométrico de esta pieza se observan 3 referencias planas: A, B y C. Aunque estas referencias no necesariamente deben tener orden alfabético, la pieza debe apoyarse estrictamente en el orden establecido de izquierda a derecha, resaltando los siguientes puntos: • De acuerdo a la vista isométrica la cara inferior, que es la más grande, es la referencia primaria y apoya en tres puntos sobre la referencia simulada, eliminando así dos posibilidades de rotación y una de traslación. Dicho de otra manera, la referencia primaria establece la orientación al estabilizar la pieza. • De acuerdo a la vista isométrica, la cara de la izquierda es la referencia secundaria y apoya en dos puntos como mínimo sobre la referencia simulada, eliminando así otra posibilidad de rotación y otra de traslación, contribuyendo a la localización de la pieza. • De acuerdo a la vista isométrica, la cara posterior es la referencia terciaria y apoya en un punto como mínimo sobre la referencia simulada, eliminando así la última posibilidad de traslación y finalizando la localización de la pieza. 85
Tolerancias Geométricas Figura 5.7 Los puntos de referencia implícitos son los correspondientes a protuberancias aleatorias, que, dados los principios de geometría, sirven para establecer un plano primario de referencia con tres puntos, uno secundario con dos puntos y uno terciario con solo un punto de referencia. En cambio, donde un plano de referencia se va a establecer con locaciones específicas en una superficie ya sea para diseño, o para repetibilidad en manufactura e inspección, los puntos deben ser especificados como puntos blanco de referencia, que se señalan con símbolo especial y las acotaciones respectivas. Los dos tipos de puntos se observan en las siguientes figuras. 86
Tolerancias Geométricas Figura 5.12 Una línea de referencia es la intersección de dos planos o el eje central de un orificio o un cilindro. En el detalle a) el orificio contiene un eje de referencia que es el centro geométrico del cilindro, que se deriva de la intersección de dos planos a 90°; se dice que es una referencia de construcción inherente a la geometría (implícita). Sin embargo, a menos que el agujero se especifique como detalle referencia no significa que sea tal. Cuando una línea es especificada blanco de referencia como en el detalle b), esa línea se ha establecido en una superficiepara función de diseño o repetibilidad en manufactura e inspección. En el detalle c) se muestra un eje, línea de centro o intersección de dos planos correspondiente a un agujero especificado como detalle referencia. Figura 5.13 Un eje de rererencia es el centro teóricamente exacto de un cilindro de referencia o la intersección de dos planos de referencia. Para un cilindro sólido, la referencia es el eje del cilindro circunscrito más pequeño que contacte a la superficie del detalle. Para un hueco la referencia es el eje del cilindro inscrito más grande que contacte la superficie del detalle. Estos cilindros teóricos no existen, pero como se explicó anteriormente, los accesorios de inspección de alta precisión son cilindros simulados que fungen como referencias verdaderas. 87
Tolerancias Geométricas Figura 5.14 Referencia Específica (Datum Target) es una porción de una superficie que se utiliza como referencia, cuando no es conveniente designar la superficie completa. La inconveniencia puede ser porque la superficie proviene de un proceso de fabricación como vaciado, forjado, soldado, etc. que generalmente es irregular yno apta para ser utilizada en su totalidad como detalle referencia, ya que asentaría irregularmente sobre una referencia simulada. Las referencias específicas pueden ser superficies, puntos o líneas, donde se contactan elementos de inspección que pueden tener diferente forma, según la referencia especificada; y al igual que las referencias normales, sirven también para indicar donde debe apoyarse la pieza durante el maquinado por realizar. Los Símbolos aplicados a las referencias específicas describen la forma, tamaño y ubicación correspondientes y se ilustran en la figura 5.15. El símbolo consiste en un círculo dividido horizontalmente, en la parte baja aparece la letra correspondiente a la superficie de referencia y el número de la referencia específica. La parte alta describe la forma y tamaño del gage o apoyo correspondiente. La línea indicadora, cuando es llena, se refiere a la cara visible pero cuando es punteada, se refiere a una cara oculta. Las referencias específicas son utilizadas en los siguientes casos: • Cuando no es práctico utilizar toda la superficie, porque existe el riesgo de que la pieza "baile" al apoyarla en su totalidad. • Solamente una porción de la pieza es funcional. 88
Tolerancias Geométricas Figura 5.15 89
Tolerancias Geométricas Requisito conforme a dibujo Descripción En el estándar UN-D 1660 se da la posibilidad de definir las referencias a través de ciertos puntos. Este ejemplo muestra el tamaño en que se da el plano de referencia. En este caso es Ø 4 mm Figura 5.16 90 Igual, pero con planos de referencia de 10 x 20 mm.
Tolerancias Geométricas En los dibujos de la figura 5.18 se tienen dos ejemplos de control de concentricidad, un ejemplo de control de cabeceo y un ejemplo de control de posición. Solamente en este último se han eliminado todos los grados de libertad; en los tres primeros se requieren ciertos movimientos para realizar la inspección, ypor lo tanto los cilindros no están completamente inmovilizados. La indicación de la dirección del sistema de coordenadas no se pondrá en el dibujo. Aquí se da para explicar el ejemplo. Ejemplos de solicitudes de dibujo en los que se usan características de referencia. Figura 5.18 91
Tolerancias Geométricas Cuestionario y problemas del capitulo 5 1. Defina lo que es datum o referencia, describa un sistema de referencias (datums) y mencione tres ventajas del mismo. 2. Describa que es una referencia implícita, mencione tres inconvenientes de utilizarlas y mencione dos Consecuencias. 3. Explique lo que es un Detalle Referencia plano y describa su contraparte geométrica verdadera. 4. En la pieza que se muestra, agregue dos maneras diferentes de especificar una referencia plana. 5. describa las bases para seleccionar detalles referencia. 6. Explique lo que es un Marco de Referencias 92
Tolerancias Geométricas 7. Para la pieza que se muestra, mencione los seis grados de libertad que puede tener. 8. En la misma pieza, cuantos puntos de contacto deben tener las referencias E, B y A? E= B= C= 9.Después que la pieza hace contacto con las referencias E y B, evalúe cuales grados de libertad se han restringido (R) y cuales siguen libres (L) Rotación sobre el eje X Desplazamiento en X Rotación sobre el eje Y Desplazamiento en X Rotación sobre el eje Z Desplazamiento en Z X Axis 93
Tolerancias Geométricas CAPÍTULO 6 LOS EJES Y PLANOS CENTRALES COMO REFERENCIAS (DATUMS) Objetivos de este capitulo • Interpretar especificaciones de detalles 3D como referencia (RFS) Interpretar especificaciones de detalles 3D como referencia (MMC) Un detalle 3D es designado como referencia cuando tiene asociado el símbolo correspondiente. En tal caso la referencia puede ser el eje de un cilindro (sólido o hueco), o bien, el plano central de una forma prismática. Un eje como referencia Cuando un eje se utiliza como referencia existen tres maneras de localizar el símbolo de referencia o datum, como se muestra en los detalles A, B y C de la figura: a. El símbolo se localiza directamente sobre el círculo. b. El símbolo se localiza al inicio de una línea indicadora. c. El símbolo se localiza en un marco de control geométrico aplicado al mismo detalle. Un plano central como referencia. Cuando un plano central se utiliza como referencia existen dos maneras de localizar el símbolo de referencia o datum, como se muestra en los detalles D y E: d. El símbolo se localiza en la misma dirección de la línea de acotación. e. El símbolo se localiza sustituyendo a una de las líneas de acotación. 94
Tolerancias Geométricas Figura 6.1 Ejemplo de eje referencia primario En la figura 6.1 ya vimos cómo se especifica el eje de un orificio o el plano central de una ranura como referencias (datums). Cuando el diámetro (externo o interno) es más o menos grande, también puede indicarse como lo muestra la figura 6.2 para utilizarlo como referencia. Nótese que el símbolo de referencia está alineado con la acotación. En la parte izquierda el saliente pequeño está controlado en su posición utilizando el cilindro grande como referencia y se explica como sigue: a. La referencia es el eje del cilindro grande, y por lo tanto intangible. b. El detalle referencia es toda la superficie del cilindro grande. c. La referencia simulada es el gage o equipo de inspección y contiene al eje referencia teóricamente exacto. Puesto que la referencia está especificada RFS, el gage (escantillón de prueba) es ajustable; de lo contrario al estar especificado MMC el gage sería fijo. 95
Tolerancias Geométricas En la parte derecha el cilindro externo está controlado en su posición por el orificio y se explica de igual manera: a) La referencia es el eje del orificio, y por lo tanto intangible. b) El detalle referencia es toda la superficie del orificio. c) La referencia simulada es el gage o equipo de inspección y contiene al eje referencia teóricamente exacta. Puesto que la referencia está especificada RFS el gage es ajustable; de lo contrario al estar especificado MMC el gage sería fijo. Las referencias tridimensionales siempre deben estar asociadas con una determinada condición de material. Los ejemplos de esta página son RFS, de acuerdo a la regla No. 2. Como se verá posteriormente, las referencias 3D especificadas en condición RFS, acarrean un mayor costo de producción, porque no tienen Bono de Referencia. Este bono sí aplica cuando la referencia está en MMC o LMC. Figura 6.2 Plano central de referencia Primario, RFS 96
Tolerancias Geométricas Un plano de referencia cuando se deriva de un detalle de referencia primario que es nominalmente plano, es un plano teóricamente exacto establecido por las extremidades o puntas de la superficie real en contacto con un planode referencia simulado que puede ser una mesa de máquina, un mármol, una superficie de escantillón o cualquier otra de alta precisión. Estos planos pueden crearse también imaginariamente por las máquinas de medición por coordenadas. Un plano central de referencia es el centro teóricamente exacto de la referencia simulada. Para un detalle referencia externo, la referencia es el plano central entre dos planos paralelos que a separación mínima, hacen contacto en las superficies del detalle. En los dos ejemplos de esta página las referencias son RFS, por lo tanto las referencias simuladas (gages) deben ser ajustables. Por el contrario si las referencias son MMC, los gages son de dimensión fija Figura 6.3 Para un detalle referencia interno, la referencia es el plano central entre dos planos paralelos que a separación máxima, hacen contacto en las superficies del detalle. Figura 6.4 97
Tolerancias Geométricas Resumen Cuando se aplican detalles 3D como referencia, debe considerarse lo siguiente: • Debe especificarse la secuencia de referencias. • Debe especificarse la condición LMC o MMC. • Si no hay condición de material indicada, aplica RFS. Cuando un detalle 3D es utilizado como referencia primaria, RFS, debe considerarse lo siguiente: • Un Gauge o escantillón ajustable se necesita para simular la contraparte geométrica del detalle referencia. • La pieza es orientada con el gauge. • La pieza es sujeta firmemente en el gauge Eje de referencia secundario, RFS Cuando una pieza es orientada por una superficie y localizada por un cilindro hueco, es común que los detalles mencionados se especifiquen como referencias, como lo muestra la figura 6.5. Si la cara grande es referencia primaria y el hueco es referencia secundaria RFS, aplican las siguientes condiciones: • La superficie de referencia primaria tendrá como mínimo tres puntos de contacto. • La referencia simulada correspondiente al hueco tendrá que ser ajustable en su diámetro, ya que está especificada en condición RFS. • El eje referencia es el correspondiente a la referencia simulada. • El eje referencia es perpendicular a la referencia primaria • El eje de referencia está asociado con un segundo y un tercer planos de referencia, perpendiculares entre sí y con respecto a la referencia primaria. Si existe una relación de posición angular para el orificio de 14 mm, es necesario agregar una referencia terciaria, como se verá en un caso más adelante. 98
Tolerancias Geométricas Figura 6.5 Eje de referencia secundario, RFS Plano central como referencia terciaria, RFS La selección de referencias está directamente relacionada con la función de la pieza. Comúnmente los detalles que la orientan y localizan son los escogidos como detalles referencia. La figura 6.6 muestra una pieza orientada por la superficie A, localizada por el orificio B y con una relación angular con la ranura C.Entonces el orificio de 14 mm queda controlado por las 3 referenciasmencionadas: A en la superficie plana; B en el orificio grande (RFS) y C en la ranura (RFS); y las siguientes condiciones tienen vigor: a. La referencia primaria A es la superficie plana inferior, que deberá apoyar en 3 puntos como mínimo. b. El eje del orificio central es la referencia secundaria B, perpendicular a la referencia primaria. 99
Tolerancias Geométricas c. El plano central de la ranura es la referencia terciaria C, que coincide con el eje del orificio y además es perpendicular a la referencia primaria. En la misma figura se observa el escantillón requerido para la inspección del producto, conteniendo las tres referencias simuladas (partes sombreadas). Las dos referencias 3D simuladas que son el cilindro y el bloque deben ser expandibles para que puedan hacer contacto con la pieza a inspeccionar, ya quese han especificado bajo la condición RFS en el marco de control del orificio de 14 mm. Figura 6.6 Bono de Referenda Ya se ha explicado en un capitulo anterior el Bono de tolerancia, que se aplica al detalle controlado y que permite ampliar la zona de tolerancia cuando el detalle controlado esta especificado en condición MMC. Cuando la referencia es un detalle 3D y se especifica también en la condición MMC, como se muestra en la figura 6.10, el escantillón o gage de inspección esde tamaño fijo y por lo tanto la pieza puede quedar floja en el simulador, por lo quehay un bono o tolerancia adicional para el detalle controlado por motivo de esta holgura. Cuando la referencia, que es el diámetro de 12.6 esta en MMC, no hay bono de referencia. Pero conforme se aleja de esa condición, existe la posibilidad de tal bono, como lo muestra la tabla de abajo. Este bono es máximo cuando el cilindro este en su condición LMC. 100
Tolerancias Geométricas Figura 6.10 AME significa envoltura efectiva. Las posibilidades para su medida son infinitas, pero en estas tablas se manejan datos discretos, que es la manera como funcionan los instrumentos de medición, de acuerdo a su resolución Bono de referencia en los casos especiales El bono de referencia también aplica en los casos especiales que se mencionaron anteriormente. Cuando una referencia 3D esta especificada en condición MMC puede contribuir a aumentar la tolerancia geom á é í ó ú etrica del detalle controlado. En la figura 6.11 aparece de nuevo la pieza de la figura 6.9 y la tabla muestra las cantidades de bono posible para varios tamaños efectivos de lareferencia. Nótese que cuando la referencia esta en condición MMC hay bono de referencia. La cantidad de bono de referencia disponible es igual a a la diferencia entre el tamaño del escantillón de inspección (que habíamos aprendido a calcular) y el tamaño de la envoltura efectiva de la referencia. Este criterio también aplicacuando el modificador LMC es utilizado. 101 AME de la referencia A Bono de referencia posible Ø 12.6 (MMC) 0.0 Ø12.4 0.2 Ø12.2 0.4 Ø12.0 (LMC) 0.6