AJUSTES Y TOLERANCIAS
AJUSTES Y TOLERANCIAS
Conocer los ajustes y tolerancias de elementos mecánicos es fundamental para el diseño de elementos de maquinaria. Nos permite poder tomar decisiones que van a afectar al montaje de dichos elementos, emplear los juegos entre piezas “ajustes” correctos para garantizar la funcionalidad de los útiles o máquinas que estemos diseñando.
Los ajustes y las tolerancias de fabricación, no es más que llevar a la realidad de la fabricación las medidas nominales que ponemos en los planos, decirle a los operarios el margen de error que tienen cuando fabrican una pieza para garantizar que luego cuando se ponga en uso, se monte o reemplace a una pieza desgastada la pieza nueva va a cumplir su función, sin necesidad de retoques.
Existen diferentes tipos y grados de tolerancias, (tolerancias dimensionales, tolerancias superficiales o tolerancias geométricas) a continuación las vamos a explicar en profundidad, mostrando tablas con símbolos y valores normalizados.
Por otro lado, para ayudarnos en el diseño de elementos mecánicos, existen tablas de ajustes recomendados donde se contemplan los juegos de tolerancias (sistemas de tolerancias) entre EJE y AGUJERO, estos términos hacen referencia a elementos que encajan entre sí, independientemente si son cilíndricos o no. Las posiciones de tolerancias normalizadas según ISO que hacen referencia al eje comienzan con una letra minúscula, mientras que las tolerancias que hacen referencia al agujero comienzan con una letra mayúscula.
Nota importante: las tolerancias de cualquier tipo, ya sean dimensionales, geométricas o superficiales, solo se emplean cuando son imprescindibles para que las piezas cumplan su función, sino son necesarias no se utilizan, ya que el uso de tolerancias incrementa el coste de fabricación de las piezas. Por lo general, los diseñadores con menos experiencia abusan del uso de tolerancias por miedo, poniendo tolerancias muy restrictivas donde no son necesarias aumentando los costes y los plazos de fabricación.
El uso de tolerancias, sobre todo, las muy restrictivas implican procesos de fabricación más exigentes o el uso de operaciones de mecanizado adicionales, como por ejemplo el rectificado, que dan lugar a ese aumento de costes y de plazos, por no hablar que los operarios que tienen que fabricar dichas piezas deben de tener mayor cualificación para ser capaces de cumplir con las exigencias dimensionales en la fabricación.
Tipos de Tolerancias
Tolerancias Dimensionales
Hacen referencia al campo de variavilidad dimensional de una medida nominal, siendo el valor de medida nominal el valor de la cota a la que añadimos tolerancias de fabricación. Las tolerancias nos indican los valores máximos y mínimos de la cota, para que dicha dimensión sirva para el fin propuesto. En un ejemplo sencillo, necesito un eje de 40 mm de diámetro y no acepto que me lo fabriquen por debajo de 39,5 mm o por encima de 40,5 mm porque no me serviría para la aplicación que quiero implementar, por tanto le estoy dando al eje una tolerancia simétrica de +-0,5mm. Ésta información es la que aportan las tolerancias. El juego que tienen entre sí la tolerancia del eje y la tolerancia del agujero es lo que conocemos como ajuste.
Representación de tolerancias
A continuación, veremos unos ejemplos de diferentes formas de acotar las tolerancias dimensionales. Pudiendo ser ambas tolerancias superiores respecto a la medida nominal, ambas inferiores, simétricas, o representadas mediante la posición de tolerancia nombradas por una letra y un número.
Grados de tolerancias dimensionales
A continuación, se representa una tabla con las 18 calidades o series de tolerancia fundamentales establecidas para cada dimensión:
Para fabricación se aplican las series fundamendaltente del siguiente modo:
- Serie IT-1 a IT-4,: Fabricación de calibres.
- Serie IT-5: Fabicación de mecánica de máxima calidad.
- Seires IT-6, IT-7: Fabricación de mecánica de precisión.
- Series IT-8, IT-9: Fabricación de mecánica esmerada.
- Series IT-10, IT-11: Fabricación de mecánica poco esmerada.
- Series IT-12 a IT-18: Fabricación basta (laminados, prensados, forjados, etc.).
Posiciones de las tolerancias
Como ya introdujimos anteriormente el sistema de tolerancias normalizadas ISO precisa una serie de posiciones de tolerancia con respecto a la línea cero, definidas por medio de fórmulas empíricas en función de la medida nominal.
POSICIONES PARA LOS EJES
Para los ejes, las zonas de tolerancia ubicadas por debajo de la línea cero se nombran con las letras minúsculas a, b, c, cd, d, e, ef, f, fg, g, h. La distancia de estas zonas de tolerancia a la línea cero va disminuyendo desde la posición a hasta la h.
Las zonas de tolerancia situadas por encima de la línea cero se indican con las letras k, m, n, p, r, s, t, u, v, x, y, z, za, zb, zc. La distancia de estas zonas de tolerancia a la línea cero va incrementando desde la posición k hasta la zc.
Las zonas de tolerancia situadas por encima y por debajo de la línea cero se indican con la letra j, posición asimétrica de la tolerancia con respecto a la línea cero, y js para la posición simétrica de la tolerancia con respecto a la línea cero.
POSICIONES PARA LOS AGUJEROS
En el caso de los agujeros, las zonas de tolerancia ubicadas por encima de la línea cero se designan con las letras mayúsculas A, B, C, CD, D, E, EF, F, FG, G, H. La distancia de estas zonas de tolerancia a la línea cero va discendiendo desde la posición A hasta la H.
Por su parte, las zonas de tolerancia situadas por debajo de la línea cero se indican con las letras K, M, N, P, R, S, T, U, V, X, Y, Z, ZA, ZB, ZC. La distancia de estas zonas de tolerancia respecto a la línea cero va creciendo desde la posición J hasta la ZC.
Las zonas de tolerancia ubicadas por encima y por debajo de la línea cero se precisan con la letra J, posición asimétrica de la tolerancia con respecto a la línea cero, y Js para la posición simétrica de la tolerancia con respecto a la línea cero.
Tolerancias Geométricas
Las tolerancias geométricas hacen referencia a la forma, orientación, posición (localización) y las desviaciones (alabeo) de la pieza a mecanizar con respecto a un eje de referencia o una cara que se especificada.
Representación de tolerancias geométricas
Las tolerancias geométricas se representan en una caja de tolerancias divida en dos o tres partes. En la primera parte siempre se representa el símbolo de la tolerancia, el segundo es el valor de la referencia y en último lugar la letra de referencia.
En este ejemplo de acotación, se muestra que la cara del elemento de tolerancia debe de tener un paralelismo menor de 0,1 con respecto a la cara o plano de referencia “A”.
Tolerencias de Forma
Rectitud
La tolerancia de rectitud establece el grado de rectitud que debe tener una pieza. Se aplica exclusivamente a líneas y no a planos, y representa una curva en la línea central o generatriz. En consecuencia, la rectitud se emplea habitualmente para indicar la tolerancia a la deformación en piezas o ejes largos.
La tolerancia señala que cualquier línea de la superficie donde indica el rectángulo de tolerancia deberá estar comprendida entre dos rectas paralelas equidistantes una distancia (t) 0,05 mm.
En caso de ser un cilindro, el eje del elemento donde aplica la tolerancia deberá estar comprendida en un cilindro de diámetro (t) 0,05 mm.
Planitud
La planitud a diferencia de la rectitud, hace referencia a planos y no a líneas. Indica que el plano de tolerancia está limitado por dos planos paralelos separados como máximo la distancia que indique la tolerancia, distancia (t) en la imagen inferior.
La superficiede la pieza señalada por la tolerancia deberá estar comprendida entre dos planos paralelos separados 0,08 mm.
Redondez
La tolerancia de redondez indica la desviación máxima permitida en la forma circular de una pieza. Es decir, la zona de tolerancia plana está limitada por dos círculos concéntricos separados una distancia (t), ver imagen inferior.
En el ejemplo la tolerancia indica lo siguiente: la circunferencia de cualquier sección ortogonal debe estar comprendida entre dos círculos concéntricos coplanares separados 0,1 mm.
Cilindricidad
La tolerancia de cilindricidad es una medida de la variación permitida en la forma y tamaño de un cilindro. La zona de tolerancia está limitada por dos cilindros coaxiales con una diferencia entre radios (t), ver imagen inferior.
En el ejemplo, la superficie señalada por el rectángulo de tolerancia debe estar comprendida entre dos cilindros coaxiales cuya diferencia de radios es igual o inferior a 0,2 mm.
Perfil de una línea
La tolerancia perfil de una línea define la desviación máxima que una línea o una curva puede tener limitada por las dos envolventes de círculos de diámetro (t), con los centros de los círculos situados sobre la línea que tiene la forma geométrica ideal.
En el ejemplo, cada sección paralela al plano de proyección en que se especifica la tolerancia, la línea controlada debe situarse dentro de la zona de tolerancia especificada, la cual está limitada por las dos envolventes de círculos de diámetros 0,02 mm, cuyos centros están situados sobre una línea geométricamente ideal.
Perfil de una superficie
La tolerancia perfil de una superficie es muy similiar a la tolerancia perfil de una línea pero aplicada a una superficie por tanto, la zona de tolerancia está limitada por dos superficies envolventes de esferas de diámetro (t), con los centros de los círculos situados sobre una superficie geometricamente ideal, definida con cotas exactas.
En el ejemplo, la superficie controlada por la tolerancia debe estar comprendida entre las dos envolventes de esferas de diámetro 0,1 mm, cuyos centros están situados sobre una superficie geométricamente ideal.
Tolerencias de Orientación
Paralelismo
La tolerancia de paralelismo indica que la superficie está definida por dos planos paralelos entre sí y al plano de referencia, separados por una distancia (t), ver imagen inferior.
En la imagen del ejemplo, la superficie señalada por el rectágunlo de tolerancia debe estar comprendida entre dos planos paralelos entre sí y a la cara de referencia A, con una separación de 0,1 mm.
Perpendicularidad
La tolerancia de perpendicularidad define la máxima desviación permitida (t) entre la superficie señalada por la tolerancia y la perpendicular ideal al plano de referencia.
En la imagen del ejemplo, la cara de la pieza señalada por el rectángulo de tolerancia debe estar comprendida entre dos planos paralelos entre sí, separados 0,05 mm, y perpendiculares al plano de referencia A.
Angularidad o inclinación
La tolerancia de angularidad o inclinación define una superfie limitada por dos planos paralelos distanciados una cota (t) e inclinados un ángulo específico respecto a un plano de referencia.
En la imagen de ejemplo, vemos un plano inclinado de una pieza marcado un rectágunlo de tolerancia, que nos indica que dicho plano debe de estar comprendido entre dos planos paralelos entre sí, separados 0,2 mm, e inclinados 25º respecto al plano de referencia A.
Tolerencias de Localización
Posición
La tolerancia de posición define la cantidad máxima de desplazamiento permisible del elemento de tolerancia con respecto a otro elemento de referencia. La zona de tolerancia queda limitada por un cilindro de diámetro (t), en el que el eje está en la posición exacta.
En la imagen de ejemplo, el eje del taladro debe de situarse en una zona de tolerancia cilíndrica de diámetro 0,02 mm, cuyo eje está en la posición nominal exacta con relación a las caras de referencia A y B.
Concentricidad y coaxialidad
La tolerancia de concentricidad o coaxialidad indica que la zona de tolerancia está limitada por un cilindro de diámetro (t), cuyo eje coincide con el eje de referencia.
En la imagen de ejemplo, el eje del cilindro señalado por la tolerancia (eje derecho), no puede superar una zona cilíndrica de tolerancia de 0,2 mm, coaxial al eje de referencia (eje izquierdo).
Simetría
La tolerancia de simetría indica que la zona de tolerancia está limitada por dos planos paralelos separados por una distacia (t) y situados simétricamente con respecto al plano o eje de referencia de la simetría.
En la imagen de ejemplo, el plano de simetría de la ranura tiene que estar situado entre dos planos paralelos separados 0,015 mm y colados simétricamente respecto al plano de referencia de la simetría nombrado por la letra A.
Tolerencias de Alabeo
Alabeo circular
El alabeo u oscilación circular (radial) indica que 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.
En la imagen de ejemplo, la tolerancia de alabeo circular no debe sobrepasar más de 0,2 mm en cualquier plano de medición, durante una vuelta completa, alrededor del eje de referencia A-B.
Alabeo total
La tolerancia de alabeo total (radial) indica que la zona de tolerancia está limitada mediante dos cilindros coaxiales de diferencia entre radios (t), cuyos ejes coinciden con el de referencia.
En la imagen de ejemplo, la tolerancia de alabao total radial no debe superar más de 0,2 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.
Libros Recomendados
Un buen libro que incluye mucha información y ejemplos de ajustes y tolerancias, así como tablas e información práctica es el Prontuario de máquinas de N. Larburu. Es el mejor libro de consulta para el diseño de máquinas que puede tener un ingeniero mecánico.