Metrología – Posición y localización para GD&T

Introducción

Las dimensiones y tolerancias especifican la forma nominal, el tamaño, la orientación y la ubicación de los rasgos de una pieza.

Todas los rasgos de una pieza, ya sea individualmente o como parte de un ensamble, deben ser dimensionados. Atreves de la historia, las dimensiones han sido incluidas en los dibujos, debido a que un dibujo acotado era el único medio disponible para describir una pieza. Hoy en día, la mayoría de los dibujos son generados utilizando el software de modelado de sólidos 3D CAD, y muchos de esos dibujos no incluyen dimensiones. Las dimensiones geométricas de la pieza en archivos CAD se definen matemáticamente y se conoce como definido matemáticamente. Los datos CAD y modelos matemáticos son utilizados por empresas que pueden leer los datos de la computadora en tres dimensiones directamente en sus sistemas de inspección de fabricación y, lo que reduce la necesidad de un dimensionado totalmente dibujo. Las dimensiones específicas se pueden obtener mediante la medición o consultar el modelo de pieza utilizando el software de CAD o un programa similar.

Para las piezas representadas en dibujos dimensionados tradicionalmente, es decir, dibujos que tienen dimensiones, es importante que el dimensionamiento coincida con la función prevista de la pieza. Esto se aplica para los planos acotados utilizando ± o GD & T, aunque GD & T es la única forma de comunicar las relaciones funcionales de una pieza sin ambigüedades.

Hay dos tipos de tolerancias que son comunes en los dibujos mecánicos, tolerancias más/menos (±) y tolerancias geométricas.

Las tolerancias más/menos se refieren a distancias o desplazamientos lineales y se expresan en unidades lineales (pulgadas, milímetros, etc.), o que se refieren a desplazamientos polares y se expresan en unidades angulares (grados o radianes). Las tolerancias lineales están asociadas con las dimensiones lineales, y las tolerancias angulares están asociadas con dimensiones angulares. Por lo general, las tolerancias se indican en las mismas unidades que la dimensión, por lo que una dimensión métrica lineal tiene una tolerancia métrica lineal.

Las tolerancias pueden mencionarse específicamente o genéricamente como se describe a continuación.

Bloque de título o tolerancias de Nota General

Estas tolerancias se especifican en el cuadro de título o en las notas generales y se aplican a todo el dibujo. Pueden ser reemplazadas por una tolerancia especificada a nivel local, que puede tener un valor mayor o menor. Cuando se usa, el valor de tolerancia se asocia con el número de decimales en cada dimensión. Esto se encuentra comúnmente en los dibujos preparados para los estándares en pulgadas de Estados Unidos. Cabe señalar que muchas empresas estadounidenses que se han convertido al sistema métrico han adoptado esta práctica también.

(Ejemplo de un bloque de titulo o tolerancia de nota general)

Tolerancias ± Locales

Éstas se especifican adyacentes a cada dimensión y se aplican sólo a esa dimensión o grupo de dimensiones.

(Pieza con tolerancias locales)

Dimensiones y tolerancias geométricas (GD & T)

GD & T es un lenguaje simbólico que define con precisión la variación permisible en el tamaño, forma, orientación y ubicación de características en una pieza. Más importante aún, GD & T define con precisión la relación entre las características de una pieza, especificando qué características se van a utilizar para establecer el origen de las mediciones para la localización de otros rasgos. Las tolerancias geométricas se especifican en rectángulos de tolerancia y se asocian principalmente con las facciones ubicadas en las dimensiones básicas. Cabe señalar que sólo las unidades lineales pueden ser especificadas en un marco de control de características. Por ejemplo, las tolerancias geométricas utilizadas para controlar un ángulo especifican las zonas de tolerancia utilizando unidades lineales, tales como pulgadas o milímetros, a diferencia de las tolerancias de ± utilizados para controlar los ángulos que utilizan unidades polares, tales como grados. Tales diferencias se tratan en profundidad en GD & T cursos de formación de la Administración Dimensional avanzada y materiales.

GD&T es una de las herramientas más poderosas que pueden mejorar la calidad, reducir costos y acortar el tiempo de entrega. Todo esto es posible cuando el equipo de ingeniería concurrente tiene que ver con la creación de la figura. El dibujo es un hilo común que une a estos grupos. Todos ellos están involucrados con el dibujo de ingeniería. GD & T en el dibujo deben, ante todo, capturar la intención del diseño. Sin embargo, el mejor diseño en el mundo carece de valor si no se puede producir. Es por eso que es necesario para la producción / proveedores y la calidad de estar involucrado con los requisitos que se colocan en el dibujo. Cuando no se trata, los dibujos suelen tener tolerancias excesivamente estrechos y se traduce en piezas que no sean producibles. Por lo menos no producible en el nivel de calidad, costo y oportunidad esperada por la industria.

Casi todas las empresas en los Estados Unidos y muchas empresas de todo el mundo utilizan el estándar ASME Y14.5 de GD&T. No es una norma ISO, pero que está en un estado de flujo. Debido a esto el estándar Y14.5 se reconoce y se utiliza en todo el mundo.

En resumen, GD & T es:

• Símbolos

• Reglas

• Vocabulario

• Definición matemática (ASME Y14.5.1)

• Normas internacionalmente reconocidas – (ASME Y14.5 e ISO 1101)

No hay otra forma estandarizada para controlar la geometría de las piezas. Los viejos métodos nunca fueron estandarizados. Muchos creían saber lo que significaba el método antiguo. El problema es que cada persona interpreta el dibujo diferente. GD & T está estandarizado y matematizado lo que significa que cualquiera que conozca la Norma, sabe lo que significa el dibujo. 

La importancia del control de la posición y localización en las GD&T

Como observaremos más adelante, GD & T es el único método para definir con precisión la geometría de piezas. Los símbolos característicos geométricos utilizados en los marcos de control de características se muestran a continuación.

(Tabla de tolerancias geométricas)

A costa de muchas otras diferencias remarcables entre GD & T y las tolerancias +/-, aquella que es de interés para este trabajo es la tolerancia geométrica de localización (location), y más específicamente en la tolerancia de posición (position), debido a que la mayor parte de las piezas con las que se trabaja en la industria actual, conlleva en si misma muchas facciones que de ser dimensionadas a la manera tradicional, conllevarían un atascamiento innecesario de datos y cotas en los dibujos de los diseñadores, de esta manera también se definen los términos ubicación y posición.

Tolerancias de Ubicación

Las tolerancias geométricas de ubicación pueden ser consideradas como cuando un rasgo se encuentra en relación con otro rasgo de la pieza, o más precisamente, la ubicación es donde un rasgo se encuentra relacionado a un marco de referencia de datos (Datum). En consecuencia, la mayoría de los rasgos de una pieza deben tener una tolerancia de ubicación. Ejemplos en los que no se requiere una tolerancia de ubicación incluyen, por las funciones de referencia planas en las partes con características mutuamente perpendiculares planas primarias, secundarias y terciarias de referencia y para las funciones de referencia primarias y secundarias en las partes con una característica de datum primaria plana y una característica de referencia de tamaño secundaria que es perpendicular a la característica de datum primario. La mayoría de los rasgos, sin embargo, requieren una tolerancia de ubicación.

Las tolerancias de ubicación deben ser especificadas directamente, ya que no son subconjuntos de otros tipos de tolerancia. Por ejemplo, una tolerancia de posición en relación con un datum controla la orientación como un subconjunto de la posición. Para controlar la ubicación de un rasgo, una tolerancia de concentricidad, tolerancia de posición, tolerancia de perfil, tolerancia de desviación o tolerancia de simetría debe ser especificada.

Todas estas tolerancias antes mencionadas son muy comunes de encontrar al momento de acotar alguna pieza, es por eso que la simplicidad debe ser una prioridad para el diseñador, puesto que un buen dibujo debe ser totalmente entendible a todos los niveles de la empresa con los que tiene contacto y eso es precisamente lo que GD & T ofrece, una representación visual cómoda, resumida y sencilla para aquellos que saben leerla, por esto podemos decir que las tolerancias de ubicación, entre ellas la tolerancia geométrica de posición, es una de las ventajas más grandes y remarcables con las que cuenta el sistema GD & T por sobre las tolerancias +/-.

¿En realidad es una mejor alternativa al dimensionamiento ±?

Dimensionado

El dimensionado es un filosofía del dimensionado y de las tolerancias de una pieza basado en el cómo debe funcionar. Cuando se dimensiona funcionalmente una pieza, el diseñador realiza un análisis funcional, que es un proceso donde el diseñador identifica las funciones de la pieza y usa esta información para definir las dimensiones y tolerancias de la pieza real. El dimensionado funcional y el análisis funcional es una herramienta muy importante en diseño, pero convertirse en un buen diseñador con DTG puede implicar muchos años de esfuerzo. Los beneficios para la persona en forma individual y para la compañía retribuyen los esfuerzos realizados y algunos de ellos se mencionan a continuación:

• El diseñador desarrollará un objetivo de la filosofía en el diseño.

• El diseñador desarrolla una interpretación real de cada pieza tomando en cuenta su funcionamiento.

• Algunos problemas potenciales de la pieza se identificarán desde la etapa de diseño.

• Puede establecerse un método objetivo para evaluar cambios en la pieza.

• Se pueden obtener tolerancias mayores para la fabricación de la pieza. Las tolerancias se basan en la máxima tolerancia admisible, de manera que no afecte la función del producto.

• Promueve mejores comunicaciones entre los departamento de diseño y desarrollo de producto.

• En muchos casos las tolerancias de las piezas requieren pocos cambios, debido a que trabajan a su máximo valor

El sistema de dimensionamiento +/- tiene las siguientes limitaciones:

• El Sistema de tolerancia de más o menos genera zonas de tolerancia rectangulares.

• Una zona de tolerancia, por ejemplo, un límite dentro del cual el eje de una característica que se encuentra en la tolerancia debe encontrarse. Las zonas de tolerancia rectangulares no tienen una distancia uniforme desde el centro hasta el borde exterior, de izquierda a derecha y de arriba a abajo, la tolerancia es de ± 0.005, a través de las diagonales, la tolerancia es de ± 0.007. Por lo tanto, cuando se diseña se utilizan estas tolerancias de ± 0.005, las piezas deben de acoplarse para aceptar una tolerancia de ± 0.007, que existe a través de las diagonales de las zonas de tolerancia.

• Las características de tamaño sólo se pueden especificar en la independencia de la función de condiciones tamaño.

• Independientemente del tamaño de la característica significa que la tolerancia de ubicación sigue siendo la misma sin importar el tamaño de la función pasa a ser dentro de su tolerancia del tamaño requerido. Si un agujero, aumenta de tamaño, tiene una mayor tolerancia de ubicación, pero no hay ninguna manera de especificar las tolerancias adicionales con el signo más o menos para el sistema de tolerancia.

• -Los sistemas de referencia generalmente no se especifican en el Sistema de tolerancia de más menos que se utiliza. En consecuencia, los maquinistas y los inspectores no saben que datums aplicar o en qué orden se aplican. Para el ejemplo, las mediciones se toman desde los lados inferiores izquierdo y de la parte. El hecho de que se toman las mediciones de estos lados indica que son puntos de referencia. Sin embargo, ya que estos puntos de referencia

¿Es lo mismo posición y localización en las GD&T?

Los conceptos de posición y localización guardan una relación muy estrecha entre sí, mas sin embargo, decir que se refieren a lo mismo, es dejar de lado mucho de lo que verdaderamente es este tipo de tolerancias. Como hemos visto anteriormente , existen cuatro tipos de tolerancias geométricas que se manejan en el sistema de GD&T, las cuales son: forma, orientación, localización, perfil y runout; la tolerancia de posición se encuentra comprendida dentro de las tolerancias de tipo localización, es decir, que pertenece a este tipo en conjunto con otras dos tolerancias más.

Esta es la razón principal por la cual no podemos decir que las tolerancias de posición y localización son lo mismo, pero tampoco que no lo son, simplemente posición pertenece junto con concentricidad y simetría, al tipo de tolerancias de localización.

Para efectos de este documento, y en aras de aclarar las funciones que caracteriza a las tolerancias de localización, a continuación s representa un énfasis en la tolerancia de posición:

Tolerancia de posición

La tolerancia de posición es el control de localización más ampliamente usado en los dibujo de ingeniería actuales y se debe a su habilidad para describir los requerimientos de la intercambiabilidad de los componentes. Una de las aplicaciones más usuales de la tolerancia de posición es la localización de barrenos para tornillos porque no hay método tan exacto para describir los requerimientos funcionales para definir posiciones de barrenos. Existen muchas ventajas en el uso de tolerancias de posición y aunque algunas de ellas son obvias en la práctica, pueden mencionarse las siguientes:

• Zonas de tolerancia circulares -57% más a de tolerancia.

• Permite el uso de tolerancias adicionales

• Tolerancia extra

• Desplazamiento

Principios de las tolerancias de posición

Una tolerancia de posición se define en un cuadro de control por el símbolo de posición, un valor de la tolerancia, modificadores y sus respectivas referencias de datum.

Tenemos dos definiciones relativas al tema de tolerancias de posición:

Posición ideal – Es un término usado para describir la posición exacta (o perfecta) de un punto, una línea o un plano (normalmente el centro) de una figura dimensional en relación con un datum o marco de referencia de datum y / u otras figuras dimensionales. En los dibujos se utilizan las dimensiones básicas para establecer la posición ideal de la figura dimensional.

Tolerancia de posición – Es la variación total permisible en la localización de una figura dimensional respecto a su posición ideal.

Debido a la gran cantidad de elementos de fijación utilizados para mantener las piezas junta como roscada y agujeros de paso puede ser una de las tolerancias más frecuente además de una de las actividades que realiza un ingeniero. A menudo, debido a la ignorancia, hábito, o ambos, los sujetadores se tornean demasiado fuerte. Esta sección de sujetadores intenta el conocimiento que permite a los ingenieros a tomar decisiones de tolerancias de sonido para cierres flotantes y fijas. El cierre flotante debe su nombre al hecho de que el sujetador no es de retención por cualquiera de los miembros que es sujetada.

Otro ejemplo de aplicación de posición y localización son los sujetadores fijos. El elemento de sujeción fija está fijado por uno o más de los miembros que es sujetada. Los elementos de fijación son tanto fijos, las cabezas de los tornillos se fijan en su espacio de los agujeros. El elemento de fijación, también se fija en el agujero roscado en el otro extremo del tornillo. Este tornillo se considera que es un elemento de fijación de doble fijo. Elementos de fijación de doble fijos deben ser evitados. No siempre es posible evitar una condición de cierre de doble fijo donde se requieren sujetadores de cabeza plana, sino una sujetador doble fija desalineada con un par de torsión alto puede hacer que el elemento de fijación falle.

Conclusiones

Cuando hablamos de eficiencia de trabajo y reducción de pérdidas, sin duda se habla de tiempos muertos, de errores de interpretación y de ambigüedades de todo tipo, desgraciadamente, las maneras documentadas que existen para reducir al mínimo o eliminar toda esta clase de situaciones, requiere de esfuerzo y dinero, algo que muchas compañías no están dispuestas a invertir. El sistema de dimensionamiento +/- o tradicional es el más utilizado hasta la fecha, y seguirá siéndolo hasta que la industria se vuelva verdaderamente consciente del riesgo económico que implican. El sistema GD&T es una notación más simple y limpia, aunque por ende más complicada, no cabe duda de que es una mejor opción para el dimensionamiento y la aplicación de tolerancias, pero solo si es aplicado de manera correcta y completa, es decir, con un balance entre buen diseño, buena capacitación y buena ejecución.

Bibliografía

• Engineer's Edge solutions by design. (2013). What is geometric dimensioning & tolerancing? Recuperado de http://www.engineersedge.com/training_engineering/What_Is_GD&T.htm

• Tec-Ease, Inc. Your source for GD&T Training and materials. (2013). What is GD&T? Recuperado de https://www.tec-ease.com/what-is-gdt.php

• Fischer B. (2011). Mechanical Tolerance – Stackup and Analysis 2nd ed. CRC Press.

• González, Carlos. (). Metrología. Edición 2. McGraw-Hill

Autor:

Miguel Alejandro López Lozano