Tolerancias de Ingeniería: Tipos, Reglas Fundamentales y Ajustes

En la industria de la ingeniería mecánica y la fabricación de instrumentos, la intercambiabilidad de piezas y componentes se refiere a que un lote de piezas o componentes de la misma especificación puede instalarse en la máquina sin ninguna selección o reparación adicional (como la reparación de banco) para cumplir con los requisitos de rendimiento especificados.

Para satisfacer la intercambiabilidad de las piezas en la fabricación mecánica, la dimensión de las piezas de producción debe estar dentro de los límites de tolerancia deseados. Esto debe estipular un estándar unificado para la forma, el tamaño, la precisión y el rendimiento de un tipo de pieza. Los productos similares también necesitan una clasificación de tamaño razonable, para reducir la serie de productos, esto es la estandarización del producto. Así, surgió el concepto de tolerancias de ingeniería y ajuste especificados.

¿Qué es la tolerancia de ingeniería?

Supongamos que se mecaniza una varilla metálica de 100 mm. Incluso si todas las barras están destinadas a mecanizarse en la misma forma, no toda la precisión de fabricación de la barra puede mecanizarse exactamente a 100.00mm debido al tamaño y la orientación de las barras. Aunque los sitios de diseño y fabricación han estado trabajando para reducir tales desviaciones, todavía no pueden controlarlas a cero.

Esta desviación de tamaño y forma básicamente fluctúa hacia arriba y hacia abajo con el valor objetivo como centro. Por lo tanto, el valor permisible superior y el valor permisible inferior del valor permisible superior en relación con el tamaño objetivo se determinan en función del uso de la barra metálica. La diferencia entre estos dos valores (rango permisible) se conoce como la “tolerancia”. 

En resumen, la tolerancia es la desviación de las piezas en el proceso de procesamiento; la precisión de los equipos de medición debe existir debido al impacto de la desviación. Es la cantidad de variación permitida para cualquier dimensión dada para lograr la función adecuada. Las dimensiones de las piezas dentro del rango de tolerancias deseado son aceptables. Las tolerancias de ingeniería incluyen la tolerancia dimensional, la tolerancia de forma y la tolerancia de posición.

Tolerancia dimensional

La tolerancia dimensional es la cantidad de variación permitida en un tamaño. Es lo básico de la tolerancia de ingeniería. El valor máximo permitido se llama dimensión máxima. Y el valor mínimo se llama dimensión mínima.

La tolerancia es el valor absoluto de la diferencia algebraica entre el tamaño límite superior máximo y el tamaño límite superior mínimo, así como el valor absoluto de la diferencia algebraica entre la desviación superior y la desviación inferior.

La tolerancia es un valor numérico sin signo más o menos y no puede ser cero. En el caso de un tamaño básico constante, cuanto menor sea la tolerancia dimensional, mayor será la precisión dimensional. La tolerancia especificada indica el requisito de precisión de fabricación y refleja el grado de dificultad del mecanizado.

Tolerancia de forma

(1)  Rectitud

La rectitud es la condición de que la forma real de un elemento recto en una pieza mantenga una línea recta ideal. También se conoce como el grado de rectitud. La tolerancia de rectitud es la variación máxima permitida por la línea real frente a la línea ideal. Es decir, en el dibujo dado para limitar la tolerancia de procesamiento de la línea real permitida por el rango de tolerancia de variación.

(2) Planitud

La planitud es la representación de la forma real de los elementos planos de la pieza para mantener el plano ideal. Esto se conoce comúnmente como el grado de planitud. La tolerancia de planitud es la cantidad máxima de variación permitida por la superficie real frente al plano. Es decir, en el dibujo dado para limitar la tolerancia de procesamiento de la superficie real permitida por el rango de tolerancia de cambios.

(3) Circularidad

La circularidad es la condición en la que la forma real de los elementos de una pieza es equidistante de su centro. El grado de redondez, como se le suele llamar. La tolerancia de redondez es la variación máxima permisible del círculo real frente al círculo ideal en la misma sección. Es decir, el rango de variación dado en el dibujo limita la tolerancia de mecanizado del círculo real.

(4) Cilindricidad

La cilindricidad se refiere al punto en el contorno de la superficie cilíndrica de la pieza, y mantiene su eje equidistante. La tolerancia de cilindricidad es la variación máxima permitida por el cilindro real frente a la superficie del cilindro ideal. Es decir, dado en el dibujo, se usa para limitar el rango permisible de tolerancia de mecanizado cilíndrico real.

(5) Perfil de una Línea

El perfil de una línea es representar la curva de forma arbitraria en el plano dado de la pieza y mantener su forma ideal. La tolerancia de perfil de una línea es la variación permisible del contorno real de una curva no circular. Es decir, dado en el dibujo, para limitar el rango de variación permitido por la tolerancia de procesamiento de la curva real.

(6) Perfil de una superficie

El perfil de una superficie es una superficie de forma arbitraria en la pieza para mantener su forma ideal. La tolerancia de perfil de una superficie es la variación permisible del contorno real de una superficie no circular respecto al contorno ideal. Es decir, dado en el dibujo, se usa para limitar el rango de procesamiento de la superficie real.

Tolerancia de posición

 La tolerancia de posición se refiere a la cantidad total de cambios permitidos por la posición del elemento particular en relación con el dato. Es otro parámetro importante de la tolerancia de ingeniería.

(1) Tolerancia de orientación

La tolerancia de orientación se refiere a la cantidad total de variación en la dirección permitida por la referencia en relación con los elementos particulares. Tal tolerancia incorpora el paralelismo, la perpendicularidad y la angularidad.

(2) Tolerancia de localización

La tolerancia de localización es el rango completo de variaciones en una posición que se permiten para correlacionar los elementos reales con la referencia. Este tipo de tolerancia incluye la concentricidad, la simetría y la posición.

(3) Tolerancia de oscilación (runout)

Una tolerancia de oscilación es un elemento de tolerancia que se da sobre la base de un método de prueba específico. La tolerancia de oscilación puede dividirse en oscilación circular y oscilación total. La tolerancia de las formas y posiciones anteriores se conoce colectivamente como Dimensionamiento y Tolerancias Geométricas (GD&T).

Tolerancia general

En los dibujos mecánicos, aparte de la tolerancia para ciertas dimensiones y características, se requiere generalmente que esas dimensiones no especificadas sigan ciertos estándares. Tomando como ejemplo nuestro estándar internacional de tolerancia de ingeniería comúnmente utilizado DIN ISO 2768, la tolerancia dimensional general es m, la tolerancia de forma es K. Y el método de marcado es ISO 2768-mK. La siguiente es una tabla de niveles de tolerancia dimensional lineal para referencia.

Reglas fundamentales

Regla#1 Regla de la envolvente

 Este es un requisito de que la tolerancia dimensional y el GD&T estén relacionados entre sí. La tolerancia real del elemento dimensional con la regla de la envolvente debe cumplir con el límite de máximo material. Es decir, su dimensión de función exterior no excede la dimensión de máximo material. Y su dimensión parcial no excede la dimensión de mínimo material.

Regla#2 Regla de independencia

El principio de independencia es que cada tamaño y forma dado en el dibujo es independiente en posición y debe cumplir con sus propios requisitos. Es el principio básico que debe seguir la relación entre la tolerancia dimensional y la tolerancia de forma. 

Regla#3 Regla de tolerancia de posición

Para la tolerancia de posición, cuando los elementos dimensionales son datos, debe especificarse S, L o M en el marco de control de la característica.

Regla#4 Regla distinta de la tolerancia de posición

Para algo distinto de una tolerancia de posición, se aplica RFS con respecto a la tolerancia, la referencia de dato, o ambas, donde no se especifica ningún modificador. Debe especificarse MMC en el marco de control de la característica cuando sea apropiado y deseado.

Ajustes

En los ensamblajes mecánicos, la relación entre un agujero del mismo tamaño básico y la zona de tolerancia del eje se llama ajuste. Como el tamaño real del agujero y el eje es diferente después del ensamblaje, puede producir un juego o interferencia. En el ajuste del agujero y el eje, la diferencia algebraica del tamaño del agujero menos el tamaño del eje es un juego cuando es positiva y un excedente cuando es negativa. 

La coordinación se clasificará en tres categorías según las diferencias de los juegos o interferencias:

Ajuste con juego

La banda de tolerancia del agujero está por encima de la banda de tolerancia del eje, y cualquier par de agujeros emparejado con el eje se convierte en un ajuste con juego (incluyendo un juego mínimo de 0). 

Ajuste con interferencia

La banda de tolerancia del agujero está por debajo de la banda de tolerancia del eje, y cualquier par de agujeros emparejado con el eje se convierte en un ajuste con interferencia (incluyendo un juego mínimo de 0).

Ajuste indeterminado

La tolerancia del agujero se superpone a la tolerancia del eje, lo que permite que un par de agujeros se ajuste al eje, ya sea con un ajuste con juego o con interferencia. 

La esencia de seleccionar el nivel de tolerancia adecuado es resolver correctamente la contradicción entre los requisitos operativos de los componentes de la máquina y el proceso y costo de mecanizado. El principio de elegir el nivel de tolerancia es optar por un nivel de tolerancia más bajo lo máximo posible bajo la premisa de cumplir con los requisitos de aplicación de las piezas.

Los requisitos de mecanizado de precisión deben coordinarse con las posibilidades de producción. Es decir, deben utilizarse una tecnología de proceso asequible, una tecnología de ensamblaje y el equipo existente. Sin embargo, si es necesario, es preciso adoptar estrategias para mejorar la precisión del equipo y mejorar el método para asegurar la precisión de la mercancía.

Es muy vital seleccionar el nivel de tolerancia aceptable para el tamaño de ajuste. Como resultado, en varios casos, determinará el rendimiento operativo, la vida útil y la fiabilidad de los componentes de ajuste. Y al mismo tiempo, influye en el costo de fabricación de las piezas y en la eficiencia de producción.