INDICE.
1. INTRODUCCION
- INTERCAMBIABILIDAD
- AJUSTES Y TOLERANCIAS
- SISTEMAS DE AJUSTES ISO
4.1 Tolerancia y Calidad
4.2 Posición de Tolerancia
- AJUSTES RECOMENDADOS ISO
- TOLERANCIAS GEOMÉTRICAS
6.1 Tolerancias de formas
6.2 Tolerancias de posición y orientación
- CALIBRES DE LÍMITES ISO
1. INTRODUCCIÓN
La industria moderna se caracteriza por la producción en serie de aparatos y máquinas iguales, copias todos de un prototipo inicial. Cada elemento de la serie se forma, a su vez, de partes elementales que han sido fabricadas atendiendo a la función que desempeñan en una máquina cualquiera de la serie y no en una máquina determinada. Así el cojinete de la rueda de un coche o el altavoz de su equipo de música se fabrican para que cumplan su función en cualquier coche de la misma serie o incluso de muchas otras series y marcas. Se dice que estas piezas son intercambiables. Si una de ellas falla se sustituirá por otra análoga sin que su funcionamiento se vea afectado. Evidentemente estas piezas deberán acogerse a unas tolerancias dimensionales y geométricas.
2. INTERCAMBIABILIDAD
Todas las piezas intercambiables forman una familia y se han producido estableciendo un prototipo que reúna en sí las características requeridas. Una vez que estas han sido fijadas y aceptadas por convenio entre fabricantes, se dice que la pieza o el proceso está normalizado, llamándose norma al conjunto de especificaciones o reglas a que ha de ajustarse su producción.
La normalización surge por tanto de la necesidad de intercambiabilidad de las piezas y elementos. Las ventajas de un sistema de piezas intercambiables se pueden resumir de la forma siguiente:
I. Las piezas intercambiables hacen posible el montaje más rápido y económico, sin necesidad de trabajos de ajuste, siempre caros y poco exactos.
II. Las piezas intercambiables pueden ser fabricadas en grandes cantidades, lo que conlleva facilidad de almacenamiento, de repuestos y de fabricación pues se acoplan perfectamente a dispositivos construidos especialmente para ellas.
III. Se mejora la calidad, pues las piezas pueden fabricarse con ayuda de maquinaria mejor, más específica y con mayor exactitud.
3. AJUSTES Y TOLERANCIAS
Para la consecución de la intercambiabilidad de las piezas, es necesario que tanto sus dimensiones como su forma se ajusten dentro de uno márgenes preestablecidos de forma común.
Como paso previo al estudio de estos márgenes estableceremos unos conceptos fundamentales:
Cada par de elementos que se articulan en sistemas, móviles o rígidos pueden ser reducidos a su más simple expresión en forma de piezas hembra –que contiene- y pieza macho –contenida-. Designaremos a una y otra con el nombre de agujero y eje respectivamente, con independencia de su forma circular o prismática (un chavetero actúa como agujero y la chaveta como eje)
El acoplamiento eje-agujero no puede ser nunca perfecto, primero por la imposibilidad técnica de reproducir exactamente las cotas del plano y segundo, para que la intercambiabilidad pueda realizarse. Para tener una idea cuantitativa del tipo de ajuste (es decir del modo en que el agujero y el eje se acoplan) estableceremos las siguientes definiciones:
o Juego, es la diferencia entre el Ø del agujero y del eje, cuando aquel es mayor que este.
o Apriete, es la diferencia entre el Ø del eje y el del agujero siendo mayor ahora el eje.
o Cota nominal, es la medida que figura en el dibujo, redondeada en un número entero de mm.
o Cota efectiva o real, es la verdadera magnitud que tiene la pieza una vez terminada.
A la vista de estas definiciones, se comprende que hay que contar siempre con discrepancias entre cotas nominales y efectivas. Esto supone admitir una tolerancia en las desviaciones siempre que se halle entre ciertos límites. La tolerancia nos dará a conocer el alcance de las desviaciones dentro de ellas. Con este objeto definiremos:
Þ Cota máxima y mínima. Son las medidas máxima y mínima permisibles de una pieza terminada. Se sobreentiende que ambas corresponden a las medidas límites para una cota nominal con tolerancia.
Þ Desviación superior. Representa la diferencia entre la cota máxima y la nominal.
Þ Desviación inferior. Es la diferencia entre la cota nominal y la cota mínima.
Þ La Tolerancia, por tanto será la diferencia entre la cota máxima y la mínima, se designa por la letra T y se expresa en micrómetros.
Conocido esto podemos volver a las definiciones de Juego y Aprieto y definir ahora:
Juego mínimo, Jmin; será la diferencia entre la cota mínima del agujero y la cota máxima del eje.
Juego máximo, Jmax; se producirá cuando el agujero tome su valor máximo y el eje el valor mínimo.
El Apriete mínimo, Amin vendrá definido por la diferencia entre la cota mínima del eje y la cota máxima del eje.
El Apriete máximo, Amax; se producirá cuando el eje tome su valor máximo y el agujero el valor mínimo.
4. SISTEMAS DE AJUSTE ISO
Para que todos estos conceptos sean entendidos de forma común y lograr la intercambiabilidad, el comité ISO normaliza las tolerancias admisibles y los sistemas de ajuste.
4.1 Sistemas de ajustes
La norma ISO, normaliza los ajustes según dos sistemas:
El sistema de agujero único, en el cual la cota mínima de todos los agujeros coincide con la cota nominal, independientemente del ajuste. Por lo tanto el rectángulo de tolerancias del agujero tendrá su lado inferior coincidente con la línea cero.
En el sistema de eje único, la cota máxima de cada eje coincide con la cota nominal. El rectángulo de tolerancias del eje tendrá siempre su lado superior coincidente con la línea cero.
De esta forma cada tipo de industria se acogerá a un tipo de sistema. El agujero único tiene mayor campo de aplicación, dado que al fabricarse los agujeros con posición fija de la tolerancia se reduce el equipo de herramientas (escariadores) precisas para su fabricación, lo que es de notable interés puesto que el coste de este tipo de herramientas es más elevado que el necesario para el mecanizado de ejes.
El sistema de ajuste ISO se funda en las tres magnitudes siguientes:
1. Cota nominal o más bien intervalo de cotas nominales “ desde…hasta” .
2. Magnitud de tolerancia, (CALIDAD) tanto esta como la anterior se materializan por un número.
3. Posición del campo de tolerancia respecto a la línea cero, caracterizada por letras.
4.2 Tolerancia y Calidad
En el sistema ISO, las medidas nominales se expresan en mm, mientras que las tolerancias se definen en micras, evitando el uso de decimales.
La calidad dimensional de un proceso de mecanizado se expresa en función de la tolerancia admitida, de tal modo que cuanto menor sea esta mejor será la calidad y por tanto la precisión. Con este fin las normas ISO establecen 18 calidades que van desde la mejor calidad para calibres (Índice de calidad 1, IT1) hasta las calidades más bastas utilizadas en piezas forjadas o laminados (Índice de calidad 18, IT18) (Iso Tolerance).
El sistema ISO asigna a cada grupo de diámetros nominales una tolerancia según el índice de calidad. Las tolerancias de la calidad 1 crecen aproximadamente en la misma proporción que el diámetro D. De la calidad 2 hasta la 5 crecen en progresión geométrica y a partir de aquí cada tolerancia fundamental es un múltiplo de una unidad de tolerancia, i, calculada a partir de:
(μm) siendo D(mm) el diámetro nominal
Sin necesidad de cálculo, estas tolerancias suelen aparecen en tablas de doble entrada, con los diámetros nominales desde 1 mm hasta 500 mm recogidos en grupos relacionados con los índices de calidad.
4.3 Posición de la tolerancia
El índice de calidad indica la diferencia existente entre las cotas máxima y mínima admisibles pero no nos dice cuan cerca de la medida nominal estarán las desviaciones. Así para una tolerancia dada la posición nos indicará cuanto se alejarán las desviaciones del valor nominal. Por tanto, si conocemos las dimensiones del agujero (sistema de agujero único), la posición de tolerancia del eje determinará el tipo de ajuste: con juego, intermedio o con aprieto. De igual manera para un eje fijado (eje único).
La posición de la tolerancia se especifica mediante letras con el siguiente criterio:
Desde la a hasta la h, obtendremos ajustes con juego, desde la j hasta la n, ajustes intermedios y desde la p hasta la zc ajustes con aprieto. Se utilizarán minúsculas para ejes y mayúsculas para agujeros.
Por tanto en el sistema de eje único, donde la desviación superior es nula, los ejes vendrán designados con la posición h e igual en el sistema agujero único (desviación inferior nula, agujero posición H).
Por ejemplo el ajuste 40H8/f7 indica que se trata de un sistema de agujero único en el que siempre existirá juego.
5. AJUSTES RECOMENDADOS ISO
El sistema ISO no fija ningún apareamiento de un eje con un agujero determinado; se limita a fijar las desviaciones superior e inferior de unos y otros. Por tanto, en principio, se podría esperar cualquier campo de tolerancias de ejes con cualquiera de agujeros. Esto conllevaría la dificultad lógica de que una misma industria posea los calibres necesarios para ello. Por esto el comité ISO, recomienda unas calidades y posiciones de ejes para cada calidad y posición de agujeros. Al igual en caso contrario. Se crean así las denominadas familias de ajustes, donde se nos hacen las recomendaciones de elección dependiendo del ajuste deseado.
Además de seguir las recomendaciones ISO, es esencial en la elección del ajuste el aspecto económico. Las tolerancias pequeñas son caras de conseguir, por ello no pueden fijarse arbitrariamente o atendiendo únicamente a la precisión; se han de elegir de modo que, alcanzándose las exigencias estipuladas en el ajuste, sean económicamente viables.
6. TOLERANCIAS GEOMÉTRICAS
Hasta ahora sólo nos hemos referido en la definición de una pieza a sus tolerancias dimensionales, las cuales resultan insuficientes e incompletas si no van acompañadas de las tolerancias geométricas constituidas por irregularidades en la forma y posición de las superficies.
Podemos definir las tolerancias geométricas de un elemento de una pieza (superficie, eje, plano de simetría, etc) la zona de tolerancia dentro de la cual debe estar contenida dicho elemento. Dentro de la zona de tolerancia el elemento puede tener cualquier forma u orientación, salvo si se da alguna indicación más restrictiva.
Por ejemplo, en el caso de la tolerancia de cilindridad, la zona tolerada será el espacio comprendido entre dos cilindros concéntricos cuyos radios se diferencian el valor de la tolerancia T.
Las tolerancias de forma se refieren normalmente a superficies consideradas aisladamente, mientras que las de posición y orientación pueden referirse a piezas independientes pero generalmente asociadas a otras superficies.
Cada una de estas tolerancias vendrá representada en los planos por un símbolo normalizado según UNE 1121. Para ello se realiza un rectángulo donde aparece el símbolo de la tolerancia a controlar, el valor de la tolerancia en las mismas dimensiones y en caso de ser necesario, la letra indicativa del elemento de referencia.
7. CALIBRES DE LÍMITES ISO
7.1 Definición
Los calibres límites materializan físicamente las dimensión máxima y mínima que una determinada pieza que queremos verificar. Con ellos se determina rápidamente si las desviaciones de la pieza fabricada se hallan dentro del intervalo de tolerancia, por tanto son muy usados en controles y verificaciones dimensionales a pie de máquina. Los más utilizados son:
Calibres de Herradura, para verificación de ejes. Por el lado menor el eje no debe poder ser introducido (NO PASA) mientras que por el mayor sí (PASA). El calibre herradura, llamado así por su forma, puede llevar ambos lados separados o en una misma boca y ser estas regulables.
Calibres Tampón, con los que se verifican agujeros. Están formados por un cuerpo central unido a dos cilindros que materializan las cotas máximas y mínimas a verificar. El cilindro mayor del tampón no debe caber en el agujero y sí hacerlo el cilindro menor.
Para controlar agujeros también podemos citar los calibres planos, calibres de conos, roscas y el calibre TEBO, si bien son de menor aplicación. Aquellas industrias donde se han controlar piezas (machos o hembras) de formas no cilíndricas suelen fabricar sus propios PASA-NO PASA adaptados a sus procesos.