Metrología – Posición y localización para GD&T

Introducción

Las dimensiones y tolerancias especifican
la forma nominal, el tamaño, la orientación y la
ubicación de los rasgos de una pieza.

Todas los rasgos de una pieza, ya sea
individualmente o como parte de un ensamble, deben ser
dimensionados. Atreves de la historia, las dimensiones han sido
incluidas en los dibujos, debido a que un dibujo acotado era el
único medio disponible para describir una pieza. Hoy en
día, la mayoría de los dibujos son generados
utilizando el software de modelado de sólidos 3D CAD, y
muchos de esos dibujos no incluyen dimensiones. Las dimensiones
geométricas de la pieza en archivos CAD se definen
matemáticamente y se conoce como definido
matemáticamente. Los datos CAD y modelos
matemáticos son utilizados por empresas que pueden leer
los datos de la computadora en tres dimensiones directamente en
sus sistemas de inspección de fabricación y, lo que
reduce la necesidad de un dimensionado totalmente dibujo. Las
dimensiones específicas se pueden obtener mediante la
medición o consultar el modelo de pieza utilizando el
software de CAD o un programa similar.

Para las piezas representadas en dibujos
dimensionados tradicionalmente, es decir, dibujos que tienen
dimensiones, es importante que el dimensionamiento coincida con
la función prevista de la pieza. Esto se aplica para los
planos acotados utilizando ± o GD & T, aunque GD &
T es la única forma de comunicar las relaciones
funcionales de una pieza sin ambigüedades.

Hay dos tipos de tolerancias que son
comunes en los dibujos mecánicos, tolerancias
más/menos (±) y tolerancias
geométricas.

Las tolerancias más/menos se
refieren a distancias o desplazamientos lineales y se expresan en
unidades lineales (pulgadas, milímetros, etc.), o que se
refieren a desplazamientos polares y se expresan en unidades
angulares (grados o radianes). Las tolerancias lineales
están asociadas con las dimensiones lineales, y las
tolerancias angulares están asociadas con dimensiones
angulares. Por lo general, las tolerancias se indican en las
mismas unidades que la dimensión, por lo que una
dimensión métrica lineal tiene una tolerancia
métrica lineal.

Las tolerancias pueden mencionarse
específicamente o genéricamente como se describe a
continuación.

Bloque de título o tolerancias de
Nota General

Estas tolerancias se especifican en el
cuadro de título o en las notas generales y se aplican a
todo el dibujo. Pueden ser reemplazadas por una tolerancia
especificada a nivel local, que puede tener un valor mayor o
menor. Cuando se usa, el valor de tolerancia se asocia con el
número de decimales en cada dimensión. Esto se
encuentra comúnmente en los dibujos preparados para los
estándares en pulgadas de Estados Unidos. Cabe
señalar que muchas empresas estadounidenses que se han
convertido al sistema métrico han adoptado esta
práctica también.

(Ejemplo de un bloque de titulo o
tolerancia de nota general)

Tolerancias ± Locales

Éstas se especifican adyacentes a
cada dimensión y se aplican sólo a esa
dimensión o grupo de dimensiones.

(Pieza con tolerancias
locales)

Dimensiones y
tolerancias geométricas (GD & T)

GD & T es un lenguaje simbólico
que define con precisión la variación permisible en
el tamaño, forma, orientación y ubicación de
características en una pieza. Más importante
aún, GD & T define con precisión la
relación entre las características de una pieza,
especificando qué características se van a utilizar
para establecer el origen de las mediciones para la
localización de otros rasgos. Las tolerancias
geométricas se especifican en rectángulos de
tolerancia y se asocian principalmente con las facciones ubicadas
en las dimensiones básicas. Cabe señalar que
sólo las unidades lineales pueden ser especificadas en un
marco de control de características. Por ejemplo, las
tolerancias geométricas utilizadas para controlar un
ángulo especifican las zonas de tolerancia utilizando
unidades lineales, tales como pulgadas o milímetros, a
diferencia de las tolerancias de ± utilizados para
controlar los ángulos que utilizan unidades polares, tales
como grados. Tales diferencias se tratan en profundidad en GD
& T cursos de formación de la Administración
Dimensional avanzada y materiales.

GD&T es una de las herramientas
más poderosas que pueden mejorar la calidad, reducir
costos y acortar el tiempo de entrega. Todo esto es posible
cuando el equipo de ingeniería concurrente tiene que ver
con la creación de la figura. El dibujo es un hilo
común que une a estos grupos. Todos ellos
están involucrados con el dibujo de
ingeniería. GD & T en el dibujo deben, ante todo,
capturar la intención del diseño. Sin embargo,
el mejor diseño en el mundo carece de valor si no se puede
producir. Es por eso que es necesario para la
producción / proveedores y la calidad de estar involucrado
con los requisitos que se colocan en el dibujo. Cuando no se
trata, los dibujos suelen tener tolerancias excesivamente
estrechos y se traduce en piezas que no sean
producibles. Por lo menos no producible en el nivel de
calidad, costo y oportunidad esperada por la
industria.

Casi todas las empresas en los Estados
Unidos y muchas empresas de todo el mundo utilizan el
estándar ASME Y14.5 de GD&T. No es una norma ISO,
pero que está en un estado de flujo. Debido a esto el
estándar Y14.5 se reconoce y se utiliza en todo el
mundo.

En resumen, GD & T es:

• Símbolos

• Reglas

• Vocabulario

• Definición matemática
  (ASME Y14.5.1)

• Normas internacionalmente reconocidas –
  (ASME Y14.5 e ISO 1101)

No hay otra forma estandarizada para
controlar la geometría de las piezas. Los viejos
métodos nunca fueron estandarizados. Muchos
creían saber lo que significaba el método
antiguo. El problema es que cada persona interpreta el
dibujo diferente. GD & T está estandarizado y
matematizado lo que significa que cualquiera que conozca la
Norma, sabe lo que significa el dibujo. 

La importancia del
control de la posición y localización en las
GD&T

Como observaremos más adelante, GD
& T es el único método para definir con
precisión la geometría de piezas. Los
símbolos característicos geométricos
utilizados en los marcos de control de características se
muestran a continuación.

(Tabla de tolerancias
geométricas)

A costa de muchas otras diferencias
remarcables entre GD & T y las tolerancias +/-, aquella que
es de interés para este trabajo es la tolerancia
geométrica de localización (location), y más
específicamente en la tolerancia de posición
(position), debido a que la mayor parte de las piezas con las que
se trabaja en la industria actual, conlleva en si misma muchas
facciones que de ser dimensionadas a la manera tradicional,
conllevarían un atascamiento innecesario de datos y cotas
en los dibujos de los diseñadores, de esta manera
también se definen los términos ubicación y
posición.

Tolerancias de
Ubicación

Las tolerancias geométricas de
ubicación pueden ser consideradas como cuando un rasgo se
encuentra en relación con otro rasgo de la pieza, o
más precisamente, la ubicación es donde un rasgo se
encuentra relacionado a un marco de referencia de datos (Datum).
En consecuencia, la mayoría de los rasgos de una pieza
deben tener una tolerancia de ubicación. Ejemplos en los
que no se requiere una tolerancia de ubicación incluyen,
por las funciones de referencia planas en las partes con
características mutuamente perpendiculares planas
primarias, secundarias y terciarias de referencia y para las
funciones de referencia primarias y secundarias en las partes con
una característica de datum primaria plana y una
característica de referencia de tamaño secundaria
que es perpendicular a la característica de datum
primario. La mayoría de los rasgos, sin embargo, requieren
una tolerancia de ubicación.

Las tolerancias de ubicación deben
ser especificadas directamente, ya que no son subconjuntos de
otros tipos de tolerancia. Por ejemplo, una tolerancia de
posición en relación con un datum controla la
orientación como un subconjunto de la posición.
Para controlar la ubicación de un rasgo, una tolerancia de
concentricidad, tolerancia de posición, tolerancia de
perfil, tolerancia de desviación o tolerancia de
simetría debe ser especificada.

Todas estas tolerancias antes mencionadas
son muy comunes de encontrar al momento de acotar alguna pieza,
es por eso que la simplicidad debe ser una prioridad para el
diseñador, puesto que un buen dibujo debe ser totalmente
entendible a todos los niveles de la empresa con los que tiene
contacto y eso es precisamente lo que GD & T ofrece, una
representación visual cómoda, resumida y sencilla
para aquellos que saben leerla, por esto podemos decir que las
tolerancias de ubicación, entre ellas la tolerancia
geométrica de posición, es una de las ventajas
más grandes y remarcables con las que cuenta el sistema GD
& T por sobre las tolerancias +/-.

¿En realidad
es una mejor alternativa al
dimensionamiento ±?

Dimensionado

El dimensionado es un filosofía del
dimensionado y de las tolerancias de una pieza basado en el
cómo debe funcionar. Cuando se dimensiona funcionalmente
una pieza, el diseñador realiza un análisis
funcional, que es un proceso donde el diseñador identifica
las funciones de la pieza y usa esta información para
definir las dimensiones y tolerancias de la pieza real. El
dimensionado funcional y el análisis funcional es una
herramienta muy importante en diseño, pero convertirse en
un buen diseñador con DTG puede implicar muchos
años de esfuerzo. Los beneficios para la persona en forma
individual y para la compañía retribuyen los
esfuerzos realizados y algunos de ellos se mencionan a
continuación:

• El diseñador desarrollará
  un objetivo de la filosofía en el
  diseño.

• El diseñador desarrolla una
  interpretación real de cada pieza tomando en cuenta su
  funcionamiento.

• Algunos problemas potenciales de la
  pieza se identificarán desde la etapa de
  diseño.

• Puede establecerse un método
  objetivo para evaluar cambios en la pieza.

• Se pueden obtener tolerancias mayores
  para la fabricación de la pieza. Las tolerancias se
  basan en la máxima tolerancia admisible, de manera que
  no afecte la función del producto.

• Promueve mejores comunicaciones entre
  los departamento de diseño y desarrollo de
  producto.

• En muchos casos las tolerancias de las
  piezas requieren pocos cambios, debido a que trabajan a su
  máximo valor

El sistema de dimensionamiento +/- tiene
las siguientes limitaciones:

• El Sistema de tolerancia de más
  o menos genera zonas de tolerancia rectangulares.

• Una zona de tolerancia, por ejemplo, un
  límite dentro del cual el eje de una
  característica que se encuentra en la tolerancia debe
  encontrarse. Las zonas de tolerancia rectangulares no tienen
  una distancia uniforme desde el centro hasta el borde
  exterior, de izquierda a derecha y de arriba a abajo, la
  tolerancia es de ± 0.005, a través de las
  diagonales, la tolerancia es de ± 0.007. Por lo
  tanto, cuando se diseña se utilizan estas tolerancias
  de ± 0.005, las piezas deben de acoplarse para aceptar
  una tolerancia de ± 0.007, que existe a través
  de las diagonales de las zonas de tolerancia.

• Las características de
  tamaño sólo se pueden especificar en la
  independencia de la función de condiciones
  tamaño.

• Independientemente del tamaño de
  la característica significa que la tolerancia de
  ubicación sigue siendo la misma sin importar el
  tamaño de la función pasa a ser dentro de su
  tolerancia del tamaño requerido. Si un agujero,
  aumenta de tamaño, tiene una mayor tolerancia de
  ubicación, pero no hay ninguna manera de especificar
  las tolerancias adicionales con el signo más o menos
  para el sistema de tolerancia.

• -Los sistemas de referencia
  generalmente no se especifican en el Sistema de tolerancia de
  más menos que se utiliza. En consecuencia, los
  maquinistas y los inspectores no saben que datums aplicar o
  en qué orden se aplican. Para el ejemplo, las
  mediciones se toman desde los lados inferiores izquierdo y de
  la parte. El hecho de que se toman las mediciones de
  estos lados indica que son puntos de referencia. Sin
  embargo, ya que estos puntos de referencia

¿Es lo mismo
posición y localización en las
GD&T?

Los conceptos de posición y
localización guardan una relación muy estrecha
entre sí, mas sin embargo, decir que se refieren a lo
mismo, es dejar de lado mucho de lo que verdaderamente es este
tipo de tolerancias. Como hemos visto anteriormente , existen
cuatro tipos de tolerancias geométricas que se manejan en
el sistema de GD&T, las cuales son: forma,
orientación, localización, perfil y runout; la
tolerancia de posición se encuentra comprendida dentro de
las tolerancias de tipo localización, es decir, que
pertenece a este tipo en conjunto con otras dos tolerancias
más.

Esta es la razón principal por la
cual no podemos decir que las tolerancias de posición y
localización son lo mismo, pero tampoco que no lo son,
simplemente posición pertenece junto con concentricidad y
simetría, al tipo de tolerancias de
localización.

Para efectos de este documento, y en aras
de aclarar las funciones que caracteriza a las tolerancias de
localización, a continuación s representa un
énfasis en la tolerancia de posición:

Tolerancia de
posición

La tolerancia de posición es el
control de localización más ampliamente usado en
los dibujo de ingeniería actuales y se debe a su habilidad
para describir los requerimientos de la intercambiabilidad de los
componentes. Una de las aplicaciones más usuales de la
tolerancia de posición es la localización de
barrenos para tornillos porque no hay método tan exacto
para describir los requerimientos funcionales para definir
posiciones de barrenos. Existen muchas ventajas en el uso de
tolerancias de posición y aunque algunas de ellas son
obvias en la práctica, pueden mencionarse las
siguientes:

• Zonas de tolerancia circulares -57%
  más a de tolerancia.

• Permite el uso de tolerancias
  adicionales

• Tolerancia extra

• Desplazamiento

Principios de las tolerancias de
posición

Una tolerancia de posición se define
en un cuadro de control por el símbolo de posición,
un valor de la tolerancia, modificadores y sus respectivas
referencias de datum.

Tenemos dos definiciones relativas al tema
de tolerancias de posición:

Posición ideal – Es un
término usado para describir la posición exacta (o
perfecta) de un punto, una línea o un plano (normalmente
el centro) de una figura dimensional en relación con un
datum o marco de referencia de datum y / u otras figuras
dimensionales. En los dibujos se utilizan las dimensiones
básicas para establecer la posición ideal de la
figura dimensional.

Tolerancia de posición – Es la
variación total permisible en la localización de
una figura dimensional respecto a su posición
ideal.

Debido a la gran cantidad de elementos de
fijación utilizados para mantener las piezas junta como
roscada y agujeros de paso puede ser una de las tolerancias
más frecuente además de una de las actividades que
realiza un ingeniero. A menudo, debido a la ignorancia,
hábito, o ambos, los sujetadores se tornean demasiado
fuerte. Esta sección de sujetadores intenta el
conocimiento que permite a los ingenieros a tomar decisiones de
tolerancias de sonido para cierres flotantes y fijas. El cierre
flotante debe su nombre al hecho de que el sujetador no es de
retención por cualquiera de los miembros que es
sujetada.

Otro ejemplo de aplicación de
posición y localización son los sujetadores fijos.
El elemento de sujeción fija está fijado por uno o
más de los miembros que es sujetada. Los elementos de
fijación son tanto fijos, las cabezas de los tornillos se
fijan en su espacio de los agujeros. El elemento de
fijación, también se fija en el agujero roscado en
el otro extremo del tornillo. Este tornillo se considera que es
un elemento de fijación de doble fijo. Elementos de
fijación de doble fijos deben ser evitados. No siempre es
posible evitar una condición de cierre de doble fijo donde
se requieren sujetadores de cabeza plana, sino una sujetador
doble fija desalineada con un par de torsión alto puede
hacer que el elemento de fijación falle.

Conclusiones

Cuando hablamos de eficiencia de trabajo y
reducción de pérdidas, sin duda se habla de tiempos
muertos, de errores de interpretación y de
ambigüedades de todo tipo, desgraciadamente, las maneras
documentadas que existen para reducir al mínimo o eliminar
toda esta clase de situaciones, requiere de esfuerzo y dinero,
algo que muchas compañías no están
dispuestas a invertir. El sistema de dimensionamiento +/- o
tradicional es el más utilizado hasta la fecha, y
seguirá siéndolo hasta que la industria se vuelva
verdaderamente consciente del riesgo económico que
implican. El sistema GD&T es una notación más
simple y limpia, aunque por ende más complicada, no cabe
duda de que es una mejor opción para el dimensionamiento y
la aplicación de tolerancias, pero solo si es aplicado de
manera correcta y completa, es decir, con un balance entre buen
diseño, buena capacitación y buena
ejecución.

Bibliografía

• Engineer's Edge solutions by design.
  (2013). What is geometric dimensioning & tolerancing?
  Recuperado de
  http://www.engineersedge.com/training_engineering/What_Is_GD&T.htm

• Tec-Ease, Inc. Your source for GD&T
  Training and materials. (2013). What is GD&T? Recuperado
  de https://www.tec-ease.com/what-is-gdt.php

• Fischer B. (2011). Mechanical
  Tolerance – Stackup and Analysis 2nd ed. CRC
  Press.

• González, Carlos. ().
  Metrología. Edición 2.
  McGraw-Hill

Autor:

Miguel Alejandro López
Lozano