Los calibradores por tolerancias geométricas son importantes para inspeccionar los requerimientos de dimensiones y tolerancias geométricas establecidos en la norma ASME Y14.5M-1994 y la ISO1101. La estructura y principios de tolerancia de un calibrador determinan en su mayoría la calidad del producto. Un calibrador bien seleccionado reduce los riesgos de medición, sobre todo en la selección o rechazo de partes.
Los calibradores más importantes de este tipo son los calibradores pasa no pasa y los calibradores funcionales. Un calibrador funcional es aquel que al revisar una pieza específica, revisa su forma y ajuste de una forma rápida, proporcionando una evaluación simple de pasa / falla de la pieza inspeccionada. Los calibradores funcionales suelen poder inspeccionar rápidamente varias características a la vez.
En los siguientes temas se brinda una explicación acerca de los calibradores pasa- no pasa y sobre las normas ASME Y14.5 y Y14.43, para entender mejor por qué son necesarios los calibradores por tolerancias geométricas al verificar la correcta aplicación de dichas normas.
CALIBRADOR DE PASA-NO PASA
Actualmente existe una gran variedad de este tipo de calibradores en el mercado, y a todos ellos se les pueden programar los límites de tamaño especificados, esto con la finalidad de facilitar el análisis de las piezas que se están verificando para ver si caen dentro o fuera de los estándares establecidos.
El principio que usan estos calibradores es el principio de Taylor, denominado así en honor a W. Taylor. Dicho principio se basa en el uso de calibres límite para inspeccionar pernos y agujeros. De acuerdo con este principio, un agujero debería ensamblar completamente con un perno patrón cilíndrico " pasa" hecho al límite pasa especificado del agujero, y de una longitud al menos igual a la longitud de ensamble del agujero y perno.
Adicionalmente, el agujero se mide o se inspecciona para verificar que su diámetro máximo no sea mayor que el límite no pasa. El perno debería ensamblar completamente con un anillo patrón hecho al límite pasa especificado del perno y de la longitud al menos igual a la longitud de ensamble del perno y el agujero. Por último, el eje se mide o se inspecciona para verificar que su diámetro mínimo no sea mayor que el límite no pasa.
En casos especiales, el máximo error en forma permitido por la interpretación anterior puede ser demasiado grande como para permitir un funcionamiento satisfactorio de las partes ensambladas. En estos casos deberán darse tolerancias separadas para la forma; por ejemplo, tolerancias separadas de redondez y rectitud de acuerdo con las normas aplicables.
Así mismo, mediante este tipo de piezas se pueden medir roscas internas y externas con una mayor rapidez. Los calibradores pasa- no pasa nos permiten medir tanto las roscas como te un macho como de una hembra.
Para roscas externas, básicamente son un par de anillos roscados pasa- no pasa como los mostrados en la figura (aparecen como B y C). Mientras que para roscas internas son los que se encuentran en la figura como A, D, E y G.
Ambos calibres, para roscas internas como externas, se fijan a los límites de la tolerancia de la parte y trabajan bajo el mismo principio pasa- no pasa. Ninguno de ellos específica la medida del tamaño real de la pieza.
Por medio de estos calibradores podemos obtener datos directamente del proceso. Así mismo, mediante este control estadístico (CEP) podremos obtener gráficos de control que nos permitirán estudiar los resultados obtenidos para luego interpretarlos y poder determinar cuáles son las causas de las variaciones en nuestros resultados finales, en este caso cada cuando fallan los calibradores o cuantas piezas defectuosas se obtiene en determinado tiempo. Es decir, al hacer un análisis estadístico de dichos datos podemos estimar la vida de una pieza que se usa en la línea de producción o la vida útil de los calibradores.
Una vez que se ha usado el sistema CAD/CAM (Anexo 1) para el diseño y manufactura de una pieza podemos llevar un control de que piezas cumplen con el requisito pasa- no pasa (usando los calibradores) y mediante el control estadístico elaborar gráficos que nos ayuden a desarrollar o mejorar los planes de producción para una mayor productividad y con mejor calidad.
ASME Y14.5 y Y14.43
De acuerdo a la norma ASME Y14.5M-1994 la intención del dimensionamiento y establecimiento de tolerancias geométricas es describir el propósito ingenieril de las partes y ensambles. Más específicamente, es describir los requerimientos geométricos para las partes y ensambles. Una aplicación apropiada de esto asegura la obtención de partes con la geometría definida en el diseño, lo que lleva a que tengan la forma deseada, que estén dentro de los límites de tolerancias y que funcionen como deben.
Existen varias reglas fundamentales que deben aplicarse:
- Toda dimensión debe tener una tolerancia. Todas las características de una pieza manufacturada están sujetas a variación, por lo tanto, los límites de permisión de dicha variación deben especificarse.
- El dimensionamiento y las tolerancias deben definir completamente la geometría nominal y la variación permitida.
- Los dibujos o planos deben definir los requisitos de la pieza terminada. Todas las indicaciones de dimensiones y tolerancias requeridas para terminar la pieza deben estar indicadas en el plano. Si hay dimensiones que pueden resultar de ayuda, pueden ser marcadas como referencia.
- Las dimensiones deben ser aplicadas a las características y acomodadas de forma que representen las funciones de dichas características.
- La geometría de la pieza debe especificarse sin definir explícitamente el método de fabricación.
- Todas las indicaciones de dimensiones y tolerancias deben ser perfectamente legibles.
- Cuando sea necesario un calibrador específico para fabricar una pieza, este debe ser indicado.
- Los ángulos de 0°, 90°, 180° y 270° se asumen cuando se perciben de tal forma en el dibujo aunque no haya una dimensión de angularidad especificada.
- La temperatura a la que son válidas las dimensiones y tolerancias es 20 °C, a menos que otra sea especificada.
Para verificar y asegurar el cumplimiento de esta norma, mundialmente se utilizan calibradores y otros instrumentos. Con ellos se pueden simular características de datos y para dimensionamientos geométricos y especificaciones de tolerancias con fines de inspección y manufactura. La norma Y14.43 sobre los Principios para el Dimensionamiento y Establecimiento de Tolerancias para Calibradores y Accesorios muestra a los diseñadores y demás usuarios la forma correcta de diseñar, dimensionar, determinar tolerancias y utilizar los calibradores y accesorios.
Complementándose con la norma Y14.5 sobre Dimensionamiento y Establecimiento de Tolerancias, la norma Y14.43 establece los requisitos para los calibradores pasa y no pasa, los calibradores y accesorios funcionales para obtener datos ya sean discretos o continuos.
Provee una gran cantidad de ilustraciones de calibradores y accesorios para partes con dimensionamiento y tolerancias geométricas necesarias para un producto. La norma Y14.43 muestra que los calibradores pueden hacer físicamente lo que plantean teóricamente en conjunto las dimensiones y las tolerancias geométricas establecidas para una pieza. Esta norma brinda un conocimiento sobre la norma Y14.5 que sólo se puede lograr mediante el completo entendimiento de los calibradores. También proporciona un marco para las industrias que requieren utilizar calibradores y accesorios para diseñar y establecer dimensiones y sus tolerancias de acuerdo a las políticas de la ASME y la ANSI.
La norma Y14.43 incluye secciones que le permiten al usuario evaluar los dibujos del diseño del producto para poder representar apropiadamente cada faceta de las características en los calibradores. Muestra opciones para la construcción de los calibradores y la configuración de elementos. Detalla las ramificaciones de la selección de la condición de los materiales y los procesos de toma de decisiones necesarias para definir si el calibrador aceptará las piezas que estén en el límite de no cumplir con las especificaciones o rechazará las que apenas cumplen con ellas. Abarca los temas de seguridad y almacenamiento, así como las opciones de dureza del material y facilidad de manejo.
La información sobre tolerancias geométricas y dimensionales puede ser intercambiada entre sistemas CAD a diferentes grados de fidelidad, dependiendo del propósito del intercambio.
La norma Y14.43 es de mucha ayuda para los conflictos o dilemas que involucran tolerancias geométricas en la manufactura e inspección de los productos definidos por la norma Y14.5.
CONCLUSIONES
La utilización de normas y calibradores de tolerancias geométricas tiene muchas ventajas y es por ello que su utilización se está extendiendo. La principal de ellas es que reduce costos, pero existen muchas otras. Algunas de ellas se mencionan a continuación. Una es que mejora comunicaciones, ya que proporciona uniformidad en la especificación de dibujos y su interpretación, reduciendo discusiones, suposiciones o adivinanzas. Los departamentos de diseño, producción e inspección trabajan con el mismo lenguaje. También mejora el diseño del producto. Porque proporciona al diseñador mejores herramientas para " que diga exactamente lo que quiere" . Segundo, porque establece una filosofía en el dimensionado basada en la función en la fase del diseño de la pieza, llamada dimensionado funcional, que estudia la función en la fase del diseño y establece tolerancias de la pieza basado en sus necesidades funcionales. Por último incrementa tolerancias para producción ya que bajo ciertas condiciones proporcionan tolerancias extras para la fabricación de las piezas, que permiten obtener ahorros en los costos de producción.
ANEXOS
ANEXO 1
CAD/CAM
El diseño asistido por computador remoto conocido por sus siglas inglesas CAD (Computer Aided Design), se refiere al uso de software como herramientas de asistencia para los ingenieros, arquitectos y otros profesionales del diseño en sus respectivas actividades. El CAD es una de las principales herramientas para la creación de diseño asistido por computadora remoto es, además, la herramienta principal para la creación de objetos geométricos e isométricos variables, y que involucra software y algunas veces hardware especiales.
Por otro lado, el CAM (Computer Aided Manufacturing) o fabricación asistida por computadora se refiere al uso de herramientas basadas en las computadoras y que sirven de ayuda profesionales dedicados al diseño.
Funcionamiento CAD/CAM
Los datos creados con el CAD, se mandan a la máquina para realizar el trabajo, con una intervención del operador mínima.
Algunos ejemplos de CAM son: el fresado programado por control numérico, la realización de agujeros en circuitos automáticamente por un robot, soldadura automática de componentes SMD en una planta de montaje.
CAM (Computer Aided Manufacturing o Manufactura asistida por computadora): La manufactura asistida por computadora implica el uso de computadoras y tecnología de cómputo para ayudar en todas las fases de la manufactura de un producto, incluyendo la planeación del proceso y la producción, maquinado, calendarización, administración y control de calidad. El sistema CAM abarca muchas de las tecnologías. Debido a sus ventajas, se suelen combinar el diseño y la manufactura asistidos por computadora en los sistemas CAD/CAM.
Esta combinación permite la transferencia de información dentro de la etapa de diseño a la etapa de planeación para la manufactura de un producto, sin necesidad de volver a capturar en forma manual los datos sobre la geometría de la pieza. La base de datos que se desarrolla durante el CAD es almacenada; posteriormente ésta es procesada por el CAM, para obtener los datos y las instrucciones necesarias para operar y controlar la maquinaria de producción, el equipo de manejo de materiales y las pruebas e inspecciones automatizadas para establecer la calidad del producto.
Una función de CAD/CAM importante en operaciones de maquinado, es la posibilidad de describir la trayectoria de la herramienta para diversas operaciones, como por ejemplo torneado, fresado y taladrado con control numérico. Las instrucciones o programas se generan en computadora, y pueden modificar el progra-mador para optimizar la trayectoria de las herramientas. El ingeniero o el técnico pueden entonces mostrar y comprobar visualmente si la trayectoria tiene posibles colisiones con prensas, soportes u otros objetos.
En cualquier momento es posible modificar la trayectoria de la herramienta, para tener en cuenta otras formas de piezas que se vayan a maquinar. También, los sistemas CAD/CAM son capaces de codificar y clasificar las piezas en grupos que tengan formas semejantes, mediante codificación alfanumérica.
El surgimiento del CAD/CAM ha tenido un gran impacto en la manufactura al normalizar el desarrollo de los productos y reducir los esfuerzos en el diseño, pruebas y trabajo con prototipos: ha hecho posible reducir los costos en forma importante, y mejorar la productividad.[2]
BIBLIOGRAFÍA
(n.d.). Accesado Octubre 19, 2008, from http://www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r10790.DOC.
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Centro Nacional de Metrología. (s.f.). Accesado el 18 de Octubre de 2008, de http://www.cenam.mx: http://www.cenam.mx/cmu-mmc/Normas_.htm
Engineers Edge- Design, engineering and Manufacturing. (s.f.). Accesado el 18 de Octubre de 2008, de http://www.engineersedge.com: http://www.engineersedge.com/training_documents/advantages_geometric_dimensioning_tolerance.htm
OMNEX. (s.f.). Obtenido de http://www.omnex.com: http://www.omnex.com/china/english/training/gdt/gdtgagedesign.html
Wikipedia. (s.f.). Accesado el 19 de Octubre de 2008, de http://es.wikipedia.org: http://es.wikipedia.org/wiki/Fabricaci%C3%B3n_asistida_por_computadora
Wikipedia. (s.f.). Accesado el 19 de Octubre de 2008, de http://es.wikipedia.org: http://es.wikipedia.org/wiki/Dise%C3%B1o_asistido_por_ordenador
Wikipedia. (s.f.). Obtenido de http://es.wikipedia.org: http://en.wikipedia.org/wiki/Geometric_Dimensioning_and_Tolerancing
Autoras: Brenda Nohemí Martínez Chávez
Elizabeth Payán Nevárez
Instituto Tecnológico de Chihuahua
23 de Octubre de 2008
México
[1] (Centro Español de Metrología)
[2] (Wikipedia)
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