Acumulación de tolerancias y Acabado superficial

Introducción

En el dibujo de definición de una pieza, debe indicarse las clases de superficie que posee y se necesita estudiar y normalizar los estados superficiales de la pieza mecanizada, sobre todo para poder establecer los ajustes y las tolerancias de la propia pieza, de ahí que surja la micro geometría que estudia los defectos de la superficie, rugosidades, ondulaciones, etc. producidas en los procesos de mecanizado de las piezas, las cuales perjudican la precisión y exactitud de las medidas, disminuye los ajustes y producen vibraciones en las máquinas.

Y también a su vez La acumulación de tolerancias es una herramienta importante para determinar la relación entre dos funciones dentro de una pieza o un ensamble. Esto es usado para calcular la distancia máxima o mínima entre dos características en una pieza o en un ensamble y es vital al proceso del diseño.

El aspecto o la calidad superficial de una pieza dependen del material y el proceso empleado en su fabricación. El funcionamiento de las piezas no será correcto si no se define el acabado superficial exigible a las superficies que las conforman, el cual, deberá adecuarse a las exigencias funcionales de cada una de las superficies.

Objetivo

En nuestro caso nos enfocaremos principalmente en la rama de la metrología encargada de controlar medidas y distancias en piezas como puede ser el ancho, el largo, la separación entre ellas, el grado de ajuste que pueden tener, entre otras. La metrología busca la perfección en su trabajo, en nuestro caso obtener mediciones perfectas o lo más cercano a ello, pero como todos sabemos la perfección en una medida es prácticamente imposible ya que para la producción de una pieza afectan muchos factores los cuales no podemos controlar de manera ideal.

Acabado Superficial

Las características de superficies se controlan aplicando los valores que se desean a los símbolos de textura de superficies, ya que la textura de superficie de una parte de una pieza afecta directamente en su desempeño, por lo tanto hay que especificar con precisión a cual zona se le debe da dar un tratamiento especial, pero para poderlo hacer debemos de saber cuál es la manera correcta de acotar un dibujo.

Tipos de superficies

–Superficies de apoyo.- Tienen contacto con otras partes fijas. Sirven de apoyo para el mecanismo.

–Superficies funcionales.- Estas se encuentran en movimiento con otras superficies y tienen deslizamiento relativo.

–Superficies libres.- No tienen contacto con otras superficies y cumplen con una función estética. Se les puede señalar como bastas.

Irregularidades Superficiales

Considerando la superficie de una pieza como el lugar geométrico de los puntos que separan los pertenecientes a la pieza de los exteriores a la misma; si una superficie se corta por un plano normal a la misma, se obtiene una curva llamada perfil de la superficie. Es a partir de este perfil donde se examinan los distintos defectos de la superficie.

• Rugosidad.- La rugosidad de una superficie es una característica mensurable, con base en las desviaciones de la rugosidad según se definió antes. El acabado de la superficie es un término más subjetivo que denota la suavidad y calidad general de una superficie.

• Ondulación.- Se produce como efecto de las holguras y desajustes que existen en las maquinas y herramientas que se emplean para trabajar su superficie, vibraciones, flexión del material, desgaste de la bancada de la máquina-herramienta, tensiones internas del material, etc. La limitación de este tipo de irregularidad se consignará en los dibujos mediante la correspondiente tolerancia geométrica de forma (planicidad, cilindricidad, etc.).

Evaluación de la Rugosidad

Elementos para evaluar el acabado superficial de piezas por comparación visual y táctil con superficies de diferentes acabados obtenidas por el mismo proceso de fabricación.

Los parámetros de medición de la rugosidad son los siguientes:

• Línea Media Aritmética del Perfil: es la línea que con la misma forma del perfil geométrico, divide el perfil efectivo, de manera que entre los límites de la longitud básica, la suma de las áreas encerradas por encima de esta línea y el perfil efectivo, es igual a la suma de las áreas encerradas por debajo de esta línea y el citado perfil.

• Desviación Media Aritmética de la Rugosidad (Ra): representa el valor medio de las ordenadas en valor absoluto del perfil efectivo respecto a su línea media, en los límites de la longitud básica. Se expresa en micras.

Se adopta como criterio principal de rugosidad, la media aritmética de los valores de Ra obtenidos en varias longitudes básicas sucesivas a lo largo de la longitud de evaluación. Es el método adoptado internacionalmente para la evaluación de la rugosidad.

• Altura de Las Irregularidades del Perfil (Rz): Representa la distancia media entre las cinco crestas más altas y los cinco valles más profundos que se encuentran dentro de los límites de la longitud básica.

• Desviación Media Cuadrática del Perfil (Rq): Valor medio cuadrático de las desviaciones del perfil, en los límites de la longitud básica, (valor utilizado con preferencia en normas americanas indicado en micro pulgadas RMS).

• Altura Máxima del Perfil (Ry): Distancia entre el pico de cresta más alto y el fondo del valle más profundo dentro de la longitud básica.

Símbolos Utilizados

Dispositivos de las especificaciones del acabado de la superficie en el símbolo.

De acuerdo con la norma ISO 1302-1978, las especificaciones del acabado superficial deberán colocarse en relación con el símbolo básico como se muestra a continuación:

Usos y Aplicaciones

Pulido

Utilizando de forma sucesiva tamaños de grano cada vez más pequeños y paños cada vez más elásticos, el pulido permite eliminar todas las deformaciones y rayas provocadas por el esmerilado fino. El riesgo del pulido radica en la aparición de relieves y en el redondeo de los bordes, como consecuencia de la elasticidad de los paños.

Sand-blasting.

La aplicación del sand-blasting consiste en hacer incidir un chorro de arena a gran velocidad sobre una superficie generalmente metálica con el fin de eliminar grandes irregularidades de la superficie o costras de óxido y pequeños animales muy típicos de las grandes embarcaciones.

Esmerilado

El esmerilado consiste en la eliminación del material, mediante la utilización de partículas de abrasivos fijas, que extraen virutas del material de la muestra. El proceso de extracción de virutas con un grano de abrasivo de aristas vivas provoca el menor grado de deformación de la muestra.

Desbaste

Consiste en frotar la superficie de la probeta, que se desea preparar, sobre una serie de papeles abrasivos, cada vez más finos. Una vez obtenido un rayado uniforme sobre un determinado papel, se debe girar la probeta 90° para facilitar el control visual del nuevo desbaste.

Acumulación de Tolerancias

¿Porque es importante la acumulación de tolerancias?

La acumulación de tolerancias es un factor muy importante en el diseño e interpretación de un dibujo o modelo. Es de suma importancia tomar en cuenta la influencia que tiene una tolerancia sobre otra. El tomar en cuenta esta influencia nos permitirá tener ensambles correctos, y solo con el juego requerido y apropiado para las piezas con las cuales estemos trabajando.

También es conocida como stack up ó pila de tolerancias la cual es una herramienta que se utiliza para la toma de decisiones en el ámbito de calidad. Mediante la realización de una acumulación de tolerancias, se obtiene información que ayuda a responder a una o más preguntas sobre el diseño de algún ensamble.

La información obtenida del cálculo de la acumulación de tolerancias es numérica, y casi siempre es una distancia mínima y máxima y, normalmente, sólo uno de estos límites es el de interés.

Una forma muy efectiva para reducir la variación en un ensamble es reunir las partes mediante un accesorio, un ensamblaje de piezas así, casi siempre conduce a una menor variación en el montaje final.

Una técnica muy común es utilizar características tales como los agujeros realizados en la pieza de apareamiento en las terminales para el soporte. Estos agujeros se añaden a las partes y, a menudo, no tienen otra función que la instalación. Los agujeros son típicamente para el apretado en la instalación. El objetivo de la mayoría de los accesorios de montaje es el de reducir la variación entre características importantes en el apareamiento de las partes. Esto también ayudará a reducir las variaciones encontradas en el montaje.

Las tolerancias de los accesorios varían, pero normalmente se fabrican accesorios para tolerancias específicas. En general, las tolerancias de los accesorios son a menudo sólo el 10% de la parte. Esta es sólo una regla general: los accesorios de dibujo tienen que ser examinados para determinar las dimensiones y tolerancias específicas.

Una pila de tolerancia permite al diseñador:

* Optimizar las tolerancias de las piezas y conjuntos en un nuevo diseño.

* Realizar una balanza de precisión, costo y de capacidad de proceso de fabricación.

* Determinar la parte de las tolerancias requeridas para satisfacer una condición de montaje final.

* Determinar si las partes trabajarán en el peor de los casos con su condición mínima ó con la máxima variación estadística

* Determinar si el rendimiento de las tolerancias de una parte son aceptables dentro de la variación entre los componentes montados.

* Determinar el efecto que tendría el cambiar un valor de tolerancia en el ensamblaje y qué función tendrá.

* Explorar las alternativas de diseño utilizando diferentes partes o modificadas.

Es muy importante entender que en la acumulación de tolerancias se tiene que incluir:

* La geometría de las piezas y conjuntos que contribuyan a la distancia calculada en la pila de la tolerancia.

* El dimensionamiento y tolerancias en los dibujos de las piezas y conjuntos en la pila de la tolerancia.

* El proceso de montaje y orden, en que se ensamblan las piezas.

Análisis De Acumulación De Tolerancias

DIM TOLERANCES UNLESS OTHERWISE SPECIFIED

Nota: Estos cálculos fueron basados en el peor de los casos según el libro  Mechanical Tolerance Stackup And Analysis pág. 64.

Conclusión

La importancia que tiene la acumulación de tolerancias en el diseño, y manufactura de las piezas es bastante significante (elaboración) de piezas en este caso especialmente de ensambles, ya que la acumulación de tolerancias es una herramienta para prever las fallas del ensamble antes de fabricarlo, es decir esta herramienta también está relacionada con la calidad para reducir la mínimo los desperfectos al momento de realizar los ensambles.

Y esto es de gran ayuda para las empresas que se dedican a fabricar piezas de forma masiva, porque les ayuda a tener un gran ahorro en costos de producción al también prever los desperfectos de sus productos usando la acumulación de tolerancias como elemento común al momento de realizar los diseños de estas.

Referencias

http://www.plusformacion.com/Recursos/r/Ingenieria-Electromecanica-Acumulacion-tolerancias

Bibliografía

• Estados Superficiales. Universidad de Castilla-la Mancha. Referencia Electrónica. Recuperado el 2 de mayo del 2009 de www.uclm.net/area/egi/1MECANICOS%20II/teoria_archivos/ESTADOS%20SUPERFICIALES.ppt

• Jensen, Cecil; Helsel, Jay D. & Short, Dennis R (2004). Redes Dibujo y Diseño en Ingeniería (6ta Ed.): Mc Graw Hill.

Autor:

Ing. Pedro Zambrano

Ana Isabel Torres Franco

Brenda Liliana Córdova Pérez

Daniel Salazar Reyes

Miguel Ángel Cano Montes

Erick Seañez Sepúlveda

06/12/2011

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHIHUAHUA