Las empresas han descubierto que les era difícil describir claramente los límites de tamaño y forma de partes individuales y las características de montaje. Por ejemplo, no estaba claro en sus dibujos cómo ciertas superficies planas tenían que ser, y en otros casos no está exactamente claro lo que los requisitos de tamaño y de forma para un agujero.
Ellos encontraron que tenían incluso mayor dificultad en describir cuánta variación fue permitida entre las características. Por ejemplo, era aún más difícil entender cuánto le era permitido un agujero inclinarse con respecto a una superficie, o cuánta variación fue permitida entre las superficies relacionadas. GD & T ha sido desarrollado específicamente para abordar estos problemas y eliminar la ambigüedad que el uso de la tradicional Plus and Minus Dimensioning and Tolerancing tenía. Sus propósitos primarios son hacer las especificaciones del dibujo claras e inequívocas, y eliminar los problemas, la confusión, el desecho, la reprocesos y la pérdida de beneficios de los resultados.
El estándar de dimensionamiento y tolerancias de ASME Y14.5M-1994 es el resultado de muchos años de experiencia en la industria, de investigación y desarrollo de varios comités de normalización. Es el último de una larga línea de estándares de dimensionamiento y tolerancias de los E.U.A. que datan de 1946.
Para que usamos la GD&T
El uso de tolerancias geométricas evita la aparición en los dibujos de observaciones tales como "superficies planas y paralelas", con la evidente dificultad de interpretación cuantitativa que conllevan; aún más, a partir de los acuerdos internacionales sobre símbolos para las tolerancias geométricas, los problemas de lenguaje están siendo superados.
En determinadas ocasiones, como por ejemplo: mecanismos muy precisos, piezas de grandes dimensiones, etc., la especificación de tolerancias dimensionales puede no ser suficiente para asegurar un correcto montaje y funcionamiento de los mecanismos.
El uso de tolerancias geométricas permitirá, pues, un funcionamiento satisfactorio y la ínter cambiabilidad, aunque las piezas sean fabricadas en talleres diferentes y por distintos equipos y operarios.
GD&T saves the time and costs associated with poor design documentation. This includes: time wasted trying to interpret drawings; reworking manufactured parts; taking meaningless inspection data; failing to check critical part feature relationships; throwing away "good" parts; sorting, shimming, and filing of parts in assembly; assemblies failing to operate; meetings to correct problems; customer complaints; and loss of market share.
Proper use of GD&T guarantees the form, fit and function that engineering intended without assumptions in the shop or elaborate notes that everyone interprets differently. GD&T will save your company money by providing consistent interpretations, increasing manufacturing tolerances and promoting efficiency and quality throughout the engineering, manufacturing and quality functions.
Cuando usamos la GD&T
Se utilizan para cuidar el buen funcionamiento del bien final. Esto se logra comunicando las medidas y las relaciones geométricas del diseño entre las diferentes personas que intervienen en el. El sistema de tolerancias geométricas y dimensionales es utilizado en varias etapas del proceso de fabricación, desde la creación del diseño hasta la inspección final, pasando por la compra de los materiales y componentes necesarios para la fabricación del producto final.
Durante el diseño del producto, el diseñador debe de señalar las tolerancias indispensables que el modelo requiere, teniendo en cuenta que si coloca demasiadas tolerancias o si estas son muy cerradas aumentara el costo de construcción y afectando el costo del bien final.
La GD&T también se utiliza cuando la fabricación del bien se realiza en diferentes fabricas, en diferentes lugares e incluso en diferentes idiomas. Por lo que tener un sistema generalizado de tolerancias es muy útil para facilitar el trabajo, y más importante para que sea barato.
COMO FUNCIONA LA GD&T
Las tolerancias geometrías son especificadas solo en los requisitos que afecten la funcionalidad, intercambialidad y las cuestiones relativas en la fabricación, es decir, los costos de fabricación y verificación tendrán un aumento innecesario. En todos los casos estas tolerancias tendrán que ser tan grandes como lo permitan las condiciones establecidas para satisfacer los requisitos del diseño.
Símbolos para la indicación de las tolerancias geométricas
Con el establecimiento de los acuerdos internacionales sobre normalización de símbolos para representar tolerancias geométricas conseguimos evitar la aparición en los dibujos de observaciones tales como "superficies planas y paralelas", con la evidente dificultad de interpretación cuantitativa que ello conlleva.
Las siguientes tablas presentan los símbolos utilizados para la indicación de las tolerancias geométricas según UNE-EN ISO 1101.
CUADRO DE TOLERANCIA
La indicación de las tolerancias geométricas en los dibujos se realiza por medio de un cuadro rectangular dividido en dos o más casillas, las cuáles contienen, de izquierda a derecha, la siguiente información:
– Símbolo de la característica geométrica a controlar.
– Valor de la tolerancia expresada en las mismas unidades utilizadas para el acotado lineal. Este valor irá precedido por el símbolo "ø" si la zona de tolerancia es circular o cilíndrica, o por el símbolo "SÃ~" para el caso de una zona de tolerancia esférica.
– Letra(s) identificativa(s) del elemento o elementos de referencia, si los hay.
Si la tolerancia se aplica a más de un elemento geométrico se deberá indicar encima del cuadro de tolerancia mediante el número de elementos seguido del signo "x".
A continuación algunos de los usos de las tolerancias mas frecuentes:
1. Tolerancia de rectitud
a) Al proyectar la zona de tolerancia sobre un plano, queda limitada por dos rectas paralelas separadas una distancia –t-.
Figura 1. Cualquier línea de la superficie indicada por el rectángulo de tolerancia deberá estar comprendida entre dos rectas paralelas equidistantes 0,05 mm.
b) La zona de tolerancia es un cilindro de diámetro –t-, siempre que el valor de la tolerancia venga precedido por el signo Ã~.
Figura 2. El eje del componente señalado por el rectángulo de tolerancia deberá estar comprendido en el interior de un cilindro de diámetro 0,08 mm.
2. Tolerancia de planicidad
La zona de tolerancia está limitada por dos planos paralelos separados una distancia –t-.
Figura 3. La superficie superior de la pieza deberá estar comprendida entre dos planos paralelos separados 0,08 mm.
3. Tolerancia de redondez
La zona de tolerancia plana está limitada por dos círculos concéntricos separados una distancia –t-.
Figura 4. La circunferencia de cualquier sección ortogonal debe estar comprendida entre dos círculos concéntricos coplanares separados 0,1 mm.
4. Tolerancia de cilindridad.
La zona de tolerancia está limitada por dos cilindros coaxiales con una diferencia entre radios –t-.
Figura 5. La superficie señalada por el rectángulo de tolerancia debe estar comprendida entre dos cilindros coaxiales cuya diferencia de radios es 0,2 mm.
5. Tolerancia de forma de una línea.
La zona de tolerancia está limitada por las dos envolventes de círculos de diámetro –t-, con sus centros situados sobre una línea que tiene la forma geométrica perfecta.
En cada sección paralela al plano de proyección en que se especifica la tolerancia, el perfil controlado debe mantenerse dentro de la zona de tolerancia especificada, la cual está limitada por las dos envolventes de círculos de diámetros 0,04 mm, cuyos centros están situados sobre un perfil geométricamente perfecto.
6. Tolerancia de forma de una superficie.
La zona de tolerancia está limitada por las dos superficies envolventes de esferas de diámetro –t-, con sus centros situados sobre una superficie geométricamente perfecta, definida con cotas teóricamente exactas.
Figura 7. La superficie controlada debe estar contenida entre las dos envolventes de esferas de diámetro 0,2 mm, cuyos centros están situados sobre una superficie geométricamente perfecta.
7. Tolerancia de paralelismo.
a) La zona de tolerancia está definida por dos planos paralelos entre sí y al plano de referencia, separados una distancia –t-.
Figura 8. La superficie superior del componente debe estar comprendida entre dos planos paralelos entre sí y a la superficie de referencia A, separados 0,1 mm.
b) La zona de tolerancia está definida por un cilindro de diámetro –t- de eje paralelo a la referencia, cuando el valor de la tolerancia viene precedido por el signo Ã~.
Figura 9. El eje del taladro indicado por el rectángulo de tolerancia debe estar comprendido en el interior de un cilindro de diámetro 0,2 mm, paralelo a la superficie de referencia
Figura 10. El eje del taladro indicado por el rectángulo de tolerancia debe estar comprendido en el interior de un cilindro de diámetro 0,03 mm, paralelo a la recta de referencia A.
8. Tolerancia de perpendicularidad.
a) La zona de tolerancia está limitada por un cilindro de diámetro –t-, de eje perpendicular al plano de referencia, cuando el valor de la tolerancia viene precedido por el signo Ã~.
Figura 11. El eje del cilindro controlado, el superior, debe estar comprendido en el interior de una zona de tolerancia cilíndrica de diámetro 0,01 mm, y eje perpendicular al plano de referencia.
b) La zona de tolerancia está definida por dos planos paralelos entre sí, perpendiculares al plano de referencia y separados una distancia –t-.
Figura 12. La superficie indicada por el rectángulo de tolerancia debe estar comprendida entre dos planos paralelos entre sí, separados 0,05 mm, y perpendiculares al plano de referencia B.
9. Tolerancia de inclinación.
La zona de tolerancia está limitada por dos planos paralelos separados una distancia –t- e inclinados el ángulo especificado respecto al plano de referencia.
Figura 13. El plano inclinado de la pieza debe estar comprendido entre dos planos paralelos entre sí, separados 0,1 mm, e inclinados 25º respecto al plano de referencia A.
10. Tolerancia de posición.
La zona de tolerancia está limitada por un cilindro de diámetro –t-, cuyo eje está en la posición teórica exacta de la recta controlada, cuando el valor de la tolerancia viene precedido del signo Ã~.
Figura 14. El eje del taladro debe encontrarse en el interior de una zona de tolerancia cilíndrica de diámetro 0,05 mm, cuyo eje está en la posición teórica exacta con relación a los planos de referencia C y D.
11. Tolerancia de coaxialidad.
La zona de tolerancia está limitada por un cilindro de diámetro –t-, cuyo eje coincide con el eje de referencia, cuando el valor de la tolerancia viene precedido por el signo Ã~.
Figura 15. El eje del cilindro indicado por el rectángulo de tolerancia, el derecho, debe encontrarse en el interior de una zona cilíndrica de tolerancia de diámetro 0,1 mm, coaxial con el eje de referencia, el izquierdo.
Figura 16. El eje del cilindro indicado por el rectángulo de tolerancia, el central, debe encontrarse en el interior de una zona cilíndrica de tolerancia de diámetro 0,08 mm, coaxial con el eje de referencia A-B.
12. Tolerancia de simetría.
La zona de tolerancia está limitada por dos planos paralelos separados una distancia –t- y colocados simétricamente con respecto al plano de simetría (o eje) de referencia.
Figura 17. El plano de simetría de la ranura debe estar contenido entre dos planos paralelos separados 0,025 mm y colocados simétricamente respecto al plano de simetría que especifica la referencia A.
13. Tolerancia de oscilación circular (radial).
La zona de tolerancia está limitada, dentro de cualquier plano de medida perpendicular al eje, mediante dos círculos concéntricos de diferencia entre radios –t- y centro coincidente con el eje de referencia.
Figura 17. La tolerancia de oscilación radial no debe sobrepasar más de 0,1 mm en cualquier plano de medición, durante una vuelta completa, alrededor del eje de referencia A-B.
14. Tolerancia de oscilación total (radial).
La zona de tolerancia está limitada mediante dos cilindros coaxiales de diferencia entre radios –t-, cuyos ejes coinciden con el de referencia.
Figura 19. La tolerancia de oscilación total radial no debe sobrepasar más de 0,1 mm, en cualquier punto de la superficie especificada, durante varias revoluciones alrededor del eje de referencia A-B, y con movimiento axial relativo entre la pieza y el instrumento de medida.
Datum
El datum es un conjunto de parámetros que especifican la superficie de referencia o el sistema de coordenadas de referencia empleado para el cálculo de dimensiones de diferentes puntos en el plano de una pieza u objeto.
El término datum se aplica en varias áreas de estudio y trabajo específicamente cuando se hace una relación hacia alguna geometría de referencia importante, sea ésta una línea, un plano o una superficie (plana o curva).
Por lo tanto, los datums pueden ser visibles o teóricos, y frecuentemente son identificados (A, B, C,… etc.).
En ingeniería, un datum puede ser representado en dibujo técnico, y la representación de éste puede variar un poco dependiendo de las normas ISO.
En una forma simplificada, se puede decir que los datums generalmente reflejan los planos cartesianos "X", "Y" y "Z", para establecer las superficies críticas desde donde medir y controlar la altura, el ancho y el grosor de un cuerpo. Aunque realmente los datums pueden estar en cualquier posición dependiendo de la geometría de los objetos (y no ser necesariamente etiquetados con X, Y, y Z).
Los datums son esenciales para controlar la geometría y tolerancias de fabricación de una variedad de características, como lo puede ser la cilindricidad, simetría, angularidad, perpendicularidad, etc.
En aviación, la línea datum es un plano vertical imaginario desde el cual todas las distancias horizontales son medidas para propósito de balance.
En la manufactura de objetos para ser ensamblados, donde dos superficies planas deben hacer contacto óptimo (siendo una superficie de un objeto, y la otra del otro objeto), éstas, por su importancia en el producto final, serán asignadas como datums, (por ejemplo, identificados en un dibujo técnico por la letra "A") puesto que se querrá controlar el paralelismo de ambas superficies además de lo plano y liso con que sean acabadas durante el proceso de fabricación para lograr el cometido de contacto óptimo entre ambas
A continuación tenemos uno de los más claros ejemplos del uso de un datum, el cual consiste en poner un punto de referencia para todo el planeta (tierra) y utilizarlo para calcular coordenadas ya sea de latitud o de longitud en cualquier punto del plano terrestre. En la siguiente tabla se muestran algunos datums o puntos de referencias en el mundo.
Datum | Elipsoide Geodésico de referencia (asociado al Datum) |
NAD27 Datum Norteamérica de 1927 | Clarcke 1866 Clarcke |
WGS84 Sistema Geodésico mundial de 1984 | WGS84 Sistema Geodésico mundial de 1984 |
ITRF92 Marco de referencia terrestre internacional de 1992 | GRS80 Sistema Geodésico de referencia de 1980 |
NAD38 Datum Norteamericano de 1983 | GRS80 Sistema Geodésico de referencia de 1980 |
Hablar de datums diferentes es hablar de diferentes orígenes para las coordenadas de latitud de longitud por lo tanto un mismo punto de la superficie de la tierra va a presentar coordenadas diferentes si lo ubicamos o posicionamos de acuerdo a uno u otro datum.
Ejemplo. En la figura de arriba el sistema de referencia A puede representar el origen para las coordenadas en NAD27 y el sistema de referencia B el origen para las coordenadas en ITRF92.
Para fines del estudio de nuestra materia el datum adquiere una gran importancia ya que si requerimos hacer la medición de alguna pieza u objeto, tendremos la libertad de ubicar algún eje o punto de referencia, es decir, poner nuestro propio eje de coordenadas y utilizar esta como referencia para obtener las dimensiones del objeto analizado.
Conclusiones
Las GD & T fueron creadas para tener un lenguaje universal refiriéndose a las dimensiones y tolerancias a las cuales se debe ajustar un cierto diseño de un ensamble y que permitirán también que sus piezas puedan ser intercambiables en un momento dado y no importara quien sea el fabricante ya que el plano de diseño están establecidos todas las dimensiones y tolerancias requeridas.
Las GD & T han permitido establecer normas donde especifican un gran numero de simbología y los cuales se deben de ajustar cada fabricante para que sin importar el idioma o cultura del mundo pueda ser leídos en los planos de diseño.
Bibliografía
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Recuperado el 4 de sep. 2009
Engineers edge. What Is Geometric Dimensioning?
Recuperado el 4 de sep 2009
http://www.engineersedge.com/training_engineering/What_Is_GD&T.htm
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Extraído el 4 de sep 2009.
http://www.advanceddimensionalmanagement.com/gdt_justification.php
Mech sigma GD & T
Recuperado 5- sep-2009
http://www.mechsigma.com/MechSigma_GD&T_Public_3-day.pdf
Tolerancias geometricas Recuperado 5-sep-2009 http://materias.fi.uba.ar/6712M/tolerancias_geometricas.pdf
http://cursos.itchihuahua.edu.mx/course/view.php?id=220 controles de forma 05-sep-09
http://en.wikipedia.org/wiki/Geometric_dimensioning_and_tolerancing Geometric dimensioning and tolerancing 05-sep-09
Wikipedia.org, datum, recuperado: 5-sep-2009
http://en.wikipedia.org/wiki/Datum
semarnat.gob, Georreferencias, recuperado: 4-sep-2009
http://infoteca.semarnat.gob.mx/reunion_nal/Downl/Georreferencias
Autor:
Abraham Arizmendi
José Luis Núñez
Iván Zapata
Luis Aguilar
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA
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