Análisis de tolerancias geométricas

Introducción

En este trabajo se abarcaran los temas de la unidad 5, en el cual se dará a conocer diversos cuestionamientos que surgen referentes a algunas normas que existen actualmente para regular la metrología, así como los análisis que existen para la interpretación de tolerancias. También conoceremos la manera de estimar la incertidumbre, ya que es necesario ser muy cuidadoso a la hora de medir y se deben hacer algunas consideraciones al respecto.

La información obtenida es de fuentes confiables, y resumida de una manera clara y concisa para que el lector comprenda mejor los temas a tratar.

Análisis estadístico de tolerancias

Un análisis de tolerancia es aquel estudio que determina la máxima variación probable o la máxima variación posible para una dimensión seleccionada. Al igual que en el análisis de la tolerancia del "peor de los casos", se le añaden todas las tolerancias y otras variables existentes en el análisis para obtener la variación total.

Este método, de una manera más realista asume que es altamente improbable que todas las dimensiones del análisis de acumulación de tolerancias estén en su límite inferior del "peor caso" o un límite superior al mismo tiempo.

La dirección de la desviación así como la cantidad de desviación deben de existir sólo para lograr una condición del peor de los casos .Es muy probable que la variación real será diferente de lo que se predijo por el modelo del peor caso. En muchos casos, la suma de las dimensiones y tolerancias probablemente se aproxima a una distribución normal.

En términos generales, en el análisis de la tolerancia estadística se obtiene un valor menor para la variación total de un análisis de tolerancia peor de los casos realizado en el mismo "stackup".

Es decir, las técnicas de análisis de la tolerancia estadística suelen predecir una menor variación de los resultados del peor caso para una acumulación de tolerancias.

Esto puede ser muy beneficioso desde el punto de vista funcional, esto permitirá al ingeniero de diseño aumentar las tolerancias permitidas para la fabricación o el diseño de los ajustes entre piezas

Una pregunta que surge es ¿Cuándo es apropiado utilizar un análisis de tolerancia de peor de los caos? La respuesta a esta pregunta depende de una serie de factores , incluyendo el número de tolerancias en la acumulación de tolerancia, la cantidad de piezas a fabricar , controles de proceso, controles de fabricación , la sensibilidad del diseño , de las practicas pasadas de la compañía o sus experiencias , y la voluntad de asumir un riesgo , por nombrar algunos.

Todos los factores, especialmente los factores relacionados con los controles de fabricación y de procesos, deben ser considerados contra el riesgo de un resultado demasiado conservador o demasiado liberal.

Un análisis de tolerancia estadístico se basa en varias condiciones que son:

• Los procesos de fabricación de las piezas deben ser procesos controlados.

• Los procesos deben estar centralizadas y con salidas normales o distribuciones gaussianas.

• Las piezas deben ser seleccionados al azar para el montaje.

• Técnicamente, para ciertos modelos de análisis de tolerancia estadístico, cada variable que contribuye a la acumulación de tolerancia debe ser independiente de las otras variables que afectan la acumulación de tolerancia.

• La empresa debe estar dispuesta a tolerar la posibilidad de que algunas partes o ensambles serán rechazadas por superar el resultado calculado.

Una solución a la diferencia entre el diseño nominal y el diseño de fabricación nominal y el hecho de que algunos procesos no están tan controlados como debe ser, es multiplicar el resultado estadístico por un coeficiente mayor que 1.

Con el análisis del peor de los casos, los resultados que se obtienen estrictamente proporcionan información numérica, los valores vectoriales que representan la variación y límites que resulta de la adición de la variación y restarlo del valor nominal.

En este sentido, el análisis de la tolerancia estadística es casi exactamente el mismo análisis que el de la tolerancia como peor de los casos, excepto que la variación no es la variación máxima posible, sino que es la variación máxima probable que pueda permitir para ser encontrado.

Se dice que Cuanto más conoces los procesos, más preciso será el resultado de acumulación de tolerancia estadística. Es muy importante aprender sobre los procesos de fabricación y, cuando sea posible obtener datos fiables de procesos estadísticamente controlados.

Pasos para determinar la acumulación de tolerancias con dimensiones

1. Seleccione la distancia (gap o interferencia) cuya variación es determinado.

2. Determinar si se requiere un uno, dos, o tres análisis tridimensionales.

3. Determinar una dirección positiva y una dirección negativa.

4. Convertir todas las dimensiones y tolerancias a formato igual bilateral (± al mismo valor).

5. Ahora todas las dimensiones y tolerancias se introducen en un gráfico y se realizan a efectos de notificación.

6. Coloque el valor de tolerancia para cada dimensión en la columna de la tolerancia adyacente a cada dimensión. Este valor es la mitad de la variación total permitido por la tolerancia.

7. Tome cada valor de la tolerancia.

8. Añadir las entradas en cada columna, entrando los resultados en la parte inferior de la gráfica

9. Saca la raíz cuadrada de la suma de las tolerancias estadísticas (RSS). Introduzca este resultado en la parte inferior de la tabla.

10. Reste el total negativo del total positivo. Esto le da la dimensión nominal o distancia

11. Aplicar la tolerancia estadística total. Adición y sustracción de la tolerancia estadística

12. Si se desea tomar un enfoque un poco más conservador, multiplique la tolerancia de RSS por un factor de ajuste.

Por mucho el método más fácil para resolver los problemas de acumulación de tolerancia lineal es utilizar un formato de informe personalizado diseñado para un programa de hoja de cálculo como Microsoft Excel u Open Office. Con el uso de herramientas como se ha descrito anteriormente hace que sea más fácil consistentemente para todos los involucrados en un proyecto entender la información de manera rápida, con esto se logra ahorrar tiempo y dinero.

Tolerancias interesadas componentes dadas una exigencia de tolerancia de asamblea final

A veces una exigencia de tolerancia de asamblea final es saben, y las tolerancias deben ser determinadas que permitirá a la exigencia final para ser encontrada. Comúnmente encuentran esto donde el nivel de asamblea u objetivos de nivel de producto final han sido puestos. Por ejemplo, de automotor y paneles de cuerpo de camión debe tener el diseño predeterminado y objetivos de la fabricación para la calidad y apto. La asamblea final de los requerimientos de tolerancia debe ser encontrada cuando todos los subcomponentes son montados. Asambleas complejas como cuerpos de vehículo son por lo general tolerancias la utilización de una combinación de que – si tolerancias y ordenadores estadísticos el software de modelado con variación. Ordenador de iteraciones estadísticas software de modelado con variación. Las iteraciones son realizadas hasta sobre la combinación lograble de tolerancias componentes muestran para ceder un resultado de estadística aceptable. Tolerancias componentes deben ser seleccionadas que es dentro de saben capacidades de proceso de la fabricación al análisis para ser significativo. Donde esto es el espectáculo que la tolerancia de asamblea total no puede ser encontrada por asignando tolerancias realistas componentes, la geometría de diseño debe ser cambiada para trabajar con una tolerancia más grande.

La geometría de diseño puede ser cambiada por usando agujeros de gran tamaño o ranuras para el ajuste en la asamblea o en la combinación con la geometría más apretada coordinada con adornos de asamblea. Otros métodos incluyen relaciones de acoplamiento que se cambian, cambiando uniones de extremo, cambiando la geometría superficial para hacer la desalineación menos obvia, reduciendo el número de partes, o redimensionando las partes para reducir el número de tolerancias que contribuyen al total acumulado.

Diferentes industrias y preferencias de asamblea conducen soluciones diferentes con este dilema, industrias donde métodos de asamblea manuales son frecuentes y la habilidad y el cuidado de los ensambladores puede ser confiado a menudo el empleo agujeros de gran tamaño toman ranuras como una solución fácil. Itere el ensamblador a mano ajustan cada parte a la posición anear óptima antes de sujetadores apretadores o soldadura. Industrias diferentes y preferencias de asamblea conducen soluciones diferentes con este dilema, industrias donde métodos de asamblea manuales son frecuentes y la habilidad y el cuidado de los ensambladores puede ser confiado a menudo el empleo agujeros de gran tamaño unas ranuras como una solución fácil. Itere el ensamblador a mano ajustan cada parte a la posición anear óptima antes de sujetadores apretadores o soldadura.

Este método también trabaja bien con la tolerancia simple. Hace conjeturas sobre las tolerancias puede ser firmado una hoja de cálculos, y los resultados estudiados. Una vez que un resultado satisfactorio es obtenido, el estudio es completo.

Otra técnica más exacta debe usar el Objetivo buscan la función en Microsoft Excel, permite al analista para determinar el valor de tolerancia de parte requerido sin la iteración. La utilización de esta tolerancia de parte requerida valora sin la iteración. Usando esta función el analista de tolerancia puede ponerse la tolerancia de asamblea deseada valora y pide el programa iterar un valor de tolerancia para encontrar la solución exacta. Esto es un instrumento muy poderoso.

Las tolerancias sacadas en la susodicha hoja de cálculos son usadas como componentes en la asamblea. Muestran la asamblea simple en la figura 17.3 con los valores de tolerancia iterativamente deliberados. En este ejemplo, la misma tolerancia fue aplicada a cada b de par. Tolerancias diferentes por cada parte pueden ser usadas con este método de asignación de tolerancia también, insertando conjeturas de valor de tolerancia diferentes en a la hoja de cálculos para cada parte. Es más probable que las partes en la mayor parte de tolerancia requerirán tolerancias diferentes.

Que es papel de medición:

GD&T como definido por ASME y14.5M-1994 provee muchos conceptos únicos y beneficiosos en la definición de partes de tolerancia. El Sistema GD&T permite al diseñador especificar zonas de tolerancia redondas y trie-dimensionales para localizar características redondas y 3-D. El sistema también expande conceptos, como el principio MMC, que permite localizar tolerancias adicionales basadas en el tamaño de la característica producida. Estos conceptos funcionan para asegurar que las características de parte funcionan como se requiere por el diseño, maximizando las tolerancias de producción para la pieza individual. Aunque estos conceptos de tolerancia son beneficiosos para diseño y manufactura, su uso posee problemas para el inspector que verifica los requerimientos.

Verificación de tolerancias geométricas para la mayoría de partes producidas es lograda con el uso de data coleccionado manualmente en inspección, o de forma electrónica usando un CMM. Cualquier de los dos métodos requiere que el inspector bloquee la pieza en un marco de referencia como está prescrito por el dibujo de ingeniería y tomar medidas de las características producidas. El inspector debe determinar los coordinados de deviación "X" y "Y" de características producidos mediante la comparación de valores medidos y los valores básicos indicados por el dibujo. Típicamente, la desviación de coordinados son usados para determinar el error de tolerancia posicional para la característica producida por uno de dos métodos: conversión matemática de la desviación de coordinados o por el uso de un calibre de papel.

Calibre de papel es una de las varias técnicas de verificación de inspección que puede ser usada para producir características conforme con el dibujo de ingeniería. Esta técnica, también referida como análisis de inspección gráfica, provee verificación geométrica mediante una representación gráfica y manipulación de la data coleccionada durante inspección. La desviación de los coordinados cartesianos derivados por el proceso de medida son marcados en una cuadricula, proveyendo una "foto" de la característica producida en relación a su locación teórica "verdadera".

Métodos de tolerancia modernos como definidos por ASME Y14.5M-1994 prescribe que características redondas, como hoyos, sean localizadas en zonas de tolerancia redondas. Pero, la mayoría de técnicas de inspección dimensionales miden las partes en relación a un sistema de coordinados cartesianos. El calibre de papel provee un método conveniente y correcto para convertir esos valores medidos a valores polares redondos en verificación de tolerancia posicional. Esto es logrado mediante el uso de anillos gráficos sobre una cuadricula que representa las zonas de tolerancia posicional.

Límites

Clasificaciones

En términos generales, hay tres tipos de ajustes entre las características de apareamiento de tamaño en piezas en contacto. Estos son ajustes de despacho, ajustes de transición y ajustes de interferencia. Estos son clasificaciones ajuste estándar, cada uno se basa en cómo las características de acoplamiento sobre el apareamiento partes interactúan. Normas estadounidenses e internacionales definen los sistemas de límites y ajustes que regirán estas clasificaciones ajuste, tales como las normas ISO y ASME. La información sobre estos sistemas estándar de límites y ajustes se puede encontrar en el Manual de la Maquinaria o en los documentos de las normas que rigen los cuerpos. Coloque las clases o calificaciones pueden ser designados utilizando valores numéricos o el uso de códigos. En ISO 286-2:1988 y ASME B4.2 – 1978 ( R2004 ) , los ataques se designan mediante los códigos que representan a la grado de tolerancia o la clase de gimnasia . Diferentes códigos se utilizan en los estándares, pero las normas esencialmente proporcionar información muy similar. Los gráficos se consultaron a estas normas para determinar los límites de tamaño necesario para las características de ensamble. Los nominales tamaños se indican en el dibujo seguido por el código aplicable.

Alternativamente, se pueden especificar las tolerancias o límites equivalentes.

Típicamente estos ataques se utilizan para ejes en cojinetes, presionando pasadores en los agujeros, chavetas y chaveteras, o aplicaciones similares. Curiosamente, estas clasificaciones ajuste no tienen en cuenta la orientación o el error de posición entre las partes, la parte características se supone que son coaxiales . Muchos, si no la mayoría de las aplicaciones de piezas, incluir características que están sujetos a la orientación y / o la ubicación del error. En estas situaciones es muy probable que se consigue un ajuste virtual, como la separación real o interferencia entre las características de acoplamiento se ve afectada por la orientación aplicable

y tolerancias de ubicación.

Las normas de clasificación de ajuste incluyen tablas de ajustes estandarizados, cada uno con poco más o menos relativa holgura o la interferencia. Dado un tamaño nominal, el diseñador determina requisito funcional de las partes ", y selecciona la apropiada en forma. Los ajustes en cada tabla se agrupan para hacer frente a un cierto conjunto de condiciones ( tales como la rotación de alta velocidad o ajuste a presión la luz). Tamaños nominales se indican con las correspondientes los límites superior e inferior para el orificio del eje y . Los límites superior e inferior son aplicado al eje nominal y el agujero , lo que lleva a la forma deseada .

En las tablas de asignación de ajuste, el agujero y el eje se derivan del mismo tamaño nominal.

Un ajuste con huelgo siempre debe tener espacio libre entre el eje y el orificio. la árbol de tamaño máximo se ajusta en el orificio de tamaño mínimo con holgura . Esto significa que el agujero es siempre mayor que el eje . Normalmente, el requisito funcional es que el ajuste permite la rotación o garantiza espacio libre para otros fines. El propósito de un agujero de paso es mantenerse fuera del camino de todo lo que pase a través de él.

Transición adapta

Un ajuste de transición puede tener holgura o la interferencia entre el eje y el orificio.

Esto significa que el agujero puede ser mayor que el eje o el agujero puede ser menor que el eje. Normalmente, el requisito funcional es que el ajuste es apretado, ya sea hay una pequeña cantidad de holgura o la interferencia es inmaterial.

Interferencia adapta (ataques de la Fuerza)

Un ajuste de interferencia siempre debe tener la interferencia entre el eje y el orificio.

El eje de tamaño mínimo se ajusta en el agujero de tamaño máximo con la interferencia. Este significa que el agujero es siempre menor que la del eje . Normalmente, el requisito funcional

es un ajuste a presión , lo que garantiza que el eje no se suelte del agujero.

Permisos Li y cabe en el contexto de la geometría dimensional y tolerancia

Es importante recordar que estas clasificaciones ajuste se discuten en términos de una característica externa que se ajusta a una función interna, sin consideración a la orientación relativa y / o la ubicación de las funciones . Las clasificaciones de ajuste asumen que la característica externa y características internas están alineados el uno al otro, y por lo tanto coaxial coincidir en función del tipo de características.

Conclusiones

Se llego a la conclusión de que las tolerancias geométricas son fundamentales en cualquier ámbito, desde el diseño hasta la fabricación de piezas. Todo dependerá de los costos para seleccionar el tipo de métodos utilizados para identificar las tolerancias. Pero es importante seguir ciertos análisis antes de empezar algún proyecto para así seguir un estándar que ya esta establecido por alguna organización y que regula exactamente la fabricación de piezas.

Referencias

• http://www.buenastareas.com/ensayos/An%C3%A1lisis-De-Tolerancias-Geometricas/44585623.html?_p=1

• http://clubensayos.com//Tecnología/TOLERANCIAS-Y-TOLERANCIAS-GEOMETRICAS/426452.html

Autor:

Alejandro Amado Villa Sandoval

Manuel Alberto Nava Lugo

Gilberto Robles Calzadias

Silvia Berenice Hernandez Baquera

INSTITUTO TECNOLOGICO DE CHIHUAHUA

ING. PEDRO ZAMBRANO

22/11/2013