Planitud en GD&T: Símbolo, Tolerancia y Cómo Medirla

El Dimensionamiento y Tolerancias Geométricas es un sistema estándar para transmitir las tolerancias de ingeniería y la intención de diseño a través de dibujos de ingeniería. El símbolo de planitud es uno de los conceptos centrales en GD&T que es universalmente utilizado por los ingenieros de diseño para controlar superficies planas.

En este artículo, hablaremos sobre qué es la planitud en GD&T, la indicación de planitud, explicaremos cómo medir la planitud y presentaremos una breve comparación de rectitud vs planitud.

¿Qué es la Planitud en GD&T?

La planitud en GD&T es una de las muchas herramientas de tolerancias de ingeniería a disposición de los ingenieros de diseño para controlar el tamaño y la forma de sus diseños. La tolerancia de planitud es aplicable en superficies cuya planitud debe mantenerse dentro de ciertos límites para el funcionamiento adecuado de la pieza. Es una forma común de controlar la forma de una superficie donde la planitud es un requisito de diseño.

Por ejemplo, las mordazas de una prensa mecánica se rectifican a un nivel de planitud altamente preciso para que puedan sujetar piezas con la fuerza adecuada y aplicar una fuerza uniforme sobre las superficies sujetadas. En caso de que no sean planas, la sujeción puede quedar floja y dañar la pieza al inducir concentraciones de esfuerzos.

Indicación y Símbolo de Planitud

La planitud en GD&T tiene una indicación de planitud específica para especificar los detalles de tolerancia en una pieza. En esta sección, explicamos brevemente el control de característica para el símbolo de planitud. Una indicación de planitud típica se muestra en la figura siguiente, indicando la posición del símbolo y el valor de tolerancia en el marco de control de característica.

El símbolo de planitud no requiere un dato, como explicaremos en la próxima sección. Como resultado, la indicación solo contiene el símbolo de planitud y el valor de tolerancia.

Zona de Tolerancia de Planitud

La planitud en GD&T tiene una zona de tolerancia 3D que se define por dos superficies paralelas por encima y por debajo de la superficie referenciada. Toda la superficie debe estar dentro de estos dos planos virtuales para que se ajuste al requisito de calidad definido.

La distancia entre estos planos define la ‘rigurosidad’ de la tolerancia de planitud. Según la intención de diseño, el diseñador establece un valor de tolerancia según el nivel de precisión requerido, definiendo cuánto espacio tiene la superficie para desviarse de su forma verdadera.

Como se dijo anteriormente, el símbolo de planitud no requiere un dato ya que no controla la característica referenciada contra una característica de dato estándar. Es decir, impone una forma independiente de tolerancia en la superficie independientemente de su posición u orientación con respecto a otras características de la pieza.

Por ejemplo, en la figura siguiente la planitud se indica en la superficie superior de la pieza. Todo lo que importa es qué tan plana es la superficie superior dentro de su zona de tolerancia de 0.1 de espesor. No importa si está inclinada con respecto a la superficie inferior de la pieza.

¿Cómo Aplicar la Planitud en GD&T?

Hay algunas formas diferentes de aplicar la planitud en GD&T, con diferencias sutiles entre cada una. Aunque la planitud es una herramienta GD&T fácil de usar, conocer sus diversas aplicaciones puede ser útil al diseñar piezas con geometrías y requisitos de calidad variables.

Planitud en una Superficie

Esta es la aplicación más común del símbolo de planitud. Es la misma que discutimos anteriormente. La zona de tolerancia de planitud de la superficie comprende dos planos paralelos por encima y por debajo de la superficie.

En este caso, la indicación de planitud apunta directamente hacia una superficie plana o se sitúa en una línea de extensión desde la superficie referenciada.

No hay restricción en la ubicación de la superficie plana para que el símbolo de planitud sea aplicable. La superficie referenciada puede estar inclinada, dentro de una ranura, o incluso ser discontinua, como se muestra en la figura siguiente.

Planitud en un Plano Medio Derivado (DMP)

La planitud en un DMP es otra forma de usar la planitud en GD&T. En este caso, el símbolo de planitud se aplica a una característica de tamaño en lugar de a una superficie. La característica de control es el DMP virtual de la característica de tamaño referenciada. Esto tiene muchas aplicaciones prácticas, especialmente en componentes apilados.

Otro punto a tener en cuenta al usar el símbolo de planitud en un DMP es que los modificadores de Condición de Máximo Material (MMC) y Condición de Mínimo Material (LMC) también son aplicables a él. La indicación de planitud en la figura siguiente contiene el símbolo modificador MMC (Ⓜ).

En el ejemplo anterior, el espesor de la pieza debe estar dentro del rango de 0.995-1.005 en todos los puntos, según la tolerancia. Sin embargo, debido a la indicación de planitud con el modificador MMC, la forma general de la pieza (flexión, ondulación en el DMP) todavía puede variar hasta 0.01.

Por lo tanto, la zona de tolerancia funcional real (Condición de Límite Virtual en la jerga de GD&T) es 0.005+0.01 = 0.015. Atiende tanto a las desviaciones de tamaño como de forma.

Planitud Local por Unidad

La tolerancia de planitud local a veces se define por separado en el dibujo cuando los requisitos de planitud local difieren del requisito de planitud general de la superficie. Esto sucede en casos donde la superficie referenciada es demasiado grande y difícil de controlar, o cuando la planitud local es un requisito funcional.

Por ejemplo, los dispositivos de sellado como las juntas no necesitan ser completamente planos en su conjunto, pero aun así deben ser muy planos en pequeñas zonas locales para proporcionar un sellado efectivo.

La planitud local puede definirse por unidad de longitud o área en la superficie. A continuación se muestran algunos ejemplos. La superficie debe estar dentro de los límites de tolerancia local para todas las zonas locales posibles. Por ejemplo, en el caso donde hay una tolerancia de planitud de 0.01 por ⌀25, no debería haber zonas circulares locales de ⌀25 en la superficie donde viole la tolerancia de 0.01.

¿Cómo Medir la Planitud con Diferentes Métodos?

La siguiente pregunta a responder es cómo medir la planitud. Una vez que la pieza se fabrica, llega al departamento de calidad junto con su dibujo de ingeniería, donde un profesional de control de calidad evalúa entonces si se cumple o no la tolerancia de planitud.

Hay numerosas formas de medir la planitud con diferentes grados de precisión. Discutiremos los principales métodos en esta sección y ofreceremos una comparación en términos de precisión, esfuerzo y tiempo.

Calibre de Altura

Un método común para evaluar la planitud en GD&T es a través de un calibre de altura. El operador coloca la superficie inferior de la pieza sobre tres columnas de igual altura. El operador luego ajusta las alturas de estas columnas para simular un plano perfectamente plano.

Luego, el indicador del calibre de altura se desliza a través de la superficie y su desviación se monitorea durante todo el proceso. Si la desviación de la aguja permanece dentro de la tolerancia de planitud, la pieza pasa la calidad.

Este es el método estándar para medir la planitud y generalmente es preciso para fines de ingeniería general. Sin embargo, el operador debe tener cuidado con ciertas cosas. En primer lugar, debe garantizarse la planitud del montaje de tres puntos. De lo contrario, la medición sería inexacta debido a la inclinación consecuente en la superficie referenciada.

Además, dado que la pieza se asienta sobre tres columnas, algunas partes de ella quedan colgando en el aire, como un puente. Debido a esto, las geometrías sensibles como las láminas delgadas podrían doblarse bajo la gravedad o la acción del calibre de altura. Nuevamente, esto conduciría a una medición incorrecta.

Mesa de Planitud

Este método es como el anterior, pero la pieza se asienta sobre una mesa de planitud en su lugar. La mesa de planitud suele ser una mesa de granito plana, ya que ofrece buena estabilidad térmica y amortiguación.

Una vez colocada de forma segura, un comparador de cuadrante se desliza de manera similar a través de la superficie y su desviación se monitorea.

Hay un problema potencial en este escenario también que los profesionales de calidad deben cuidar. La propia mesa de planitud debe estar plana y correctamente orientada. Si la mesa está inclinada, el calibre de altura mediría en cambio el paralelismo entre el extremo inferior de la mesa y la superficie referenciada, lo cual no es lo que especifica la tolerancia de planitud.

Por lo tanto, la mesa de planitud debe ser notablemente plana y horizontal para garantizar una medición precisa.

Máquina de Medición por Coordenadas (CMM)

Las CMM son el equipo más preciso para medir la planitud en GD&T. Son automatizadas, precisas e independientes de la orientación del plano, a diferencia de los dos métodos anteriores. Además, las CMM son compatibles con el software CAD, dando a los ingenieros más flexibilidad y comodidad al realizar verificaciones de calidad.

Una CMM funciona muestreando la superficie en varios puntos y generando una nube de puntos 3D. El número de mediciones depende del tamaño de la pieza y del nivel de precisión requerido. Luego, el software de la CMM evalúa la nube de puntos para verificar la tolerancia de planitud. El software puede utilizar varios algoritmos para realizar este cálculo. Los dos métodos comunes son los algoritmos de plano de mejor ajuste y de zona mínima.

Para el plano de mejor ajuste, el algoritmo ajusta el mejor plano posible a los puntos cartesianos recopilados y luego calcula la desviación máxima de este plano respecto a los puntos extremos en ambos lados. Este valor sirve como el valor de tolerancia de planitud.

En el método de zona mínima, el algoritmo ajusta dos planos paralelos, lo más cercanos posible, a toda la nube de puntos. Estos planos definen la zona de tolerancia y la distancia entre ellos es la planitud de la superficie.

Diferencias Entre Planitud vs. Rectitud

Hay una confusión común entre los símbolos de rectitud y planitud en GD&T. Sus aplicaciones son bastante similares; por lo tanto, la confusión es natural. Esencialmente, la planitud en GD&T es la versión 3D de la rectitud.

En esta sección, presentaremos una comparación de rectitud vs planitud, para que los ingenieros de diseño tengan más claros estos conceptos al diseñar productos.

Planitud	Rectitud
La planitud controla un plano 2D.	La rectitud controla una línea 1D.
La zona de tolerancia de planitud es el espacio 3D entre dos planos paralelos.	La zona de tolerancia es el espacio 3D dentro de un cilindro alrededor de la línea referenciada.
Se aplica en una superficie plana o DMP.	Se aplica en una línea recta o eje, que no está necesariamente en superficies planas.
Las aplicaciones generalmente se centran en mantener un contacto adecuado entre superficies de acoplamiento.	Las aplicaciones de la rectitud incluyen la alineación de características lineales y ejes.

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Conclusión

La planitud en GD&T es un concepto importante en la ingeniería de diseño que proporciona a los ingenieros una herramienta para definir los requisitos críticos de producción. Este artículo discutió el símbolo de planitud, la indicación de planitud y las diferentes formas de aplicarlo.

Preguntas Frecuentes

¿Qué estándares se utilizan para aplicar la planitud usando GD&T?

ASME Y14.5 es el estándar GD&T más común para el establecimiento de tolerancias, incluyendo la planitud. Proporciona directrices sobre cómo aplicar la planitud, sus casos de uso e indicaciones.

¿Se puede usar la planitud para evaluar cadenas de tolerancias?

La planitud se utiliza regularmente para controlar las cadenas de tolerancias. Se usa para refinar la tolerancia de tamaño de las características apiladas y ayuda a mantener la longitud total de la pila.

¿La planitud requiere un dato?

El símbolo de planitud no requiere un dato de referencia.

Referencia: ASME Y14.5 Dimensionamiento y Tolerancias.

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