Tolerancias de Mecanizado Explicadas: Fundamentos, Tipos y Por Qué Importan

Durante las primeras etapas de la primera revolución industrial, no había estándar para fabricar piezas de máquinas. Eso significaba que cada máquina o producto fabricado tenía su diseño personalizado y se construía en un estilo de producción "único". Aunque este método permitía a los fabricantes lograr precisión dimensional, causaba largos plazos de entrega.

Hacia el final de la primera revolución industrial, Eli Whitney (el inventor de la desmotadora de algodón) descubrió cómo fabricar varios mosquetes para que fueran intercambiables, lo que significa que los mosquetes eran idénticos y él podía sustituirlos unos por otros. Su enfoque de fabricación mostró cómo los componentes de un ensamblaje deberían fabricarse con ciertas tolerancias de mecanizado estándar.

Pero, ¿qué es exactamente la tolerancia de mecanizado y cómo funciona? Este artículo responde a todo esto y más.

¿Qué es la Tolerancia en Mecanizado?

La tolerancia es simplemente una medida de variación aceptable (o desviación) en la dimensión de su pieza. En términos simples, la tolerancia de mecanizado le permite especificar el límite dimensional máximo y mínimo de una pieza. Se expresa típicamente usando "±" (se lee "más o menos") y acompañado de una desviación aceptable (por ejemplo, ±0.05).

Para entender mejor las tolerancias, considere un escenario donde busca fabricar un eje que se acoplará a un cojinete, como se muestra en la Figura 1.

Figura 1: Acoplamiento de eje y cojinete

Suponga que el cojinete tiene un diámetro de 30 mm. En tal escenario, estaría de acuerdo en que un eje fabricado con 30 mm de diámetro (o mayor) podría ser difícil de encajar en el cojinete. Asimismo, un eje con 27 mm de diámetro será demasiado flojo para el cojinete.

Las tolerancias de mecanizado le permiten especificar desviación aceptable en la dimensión de su pieza para facilitar el ensamblaje. Así, por ejemplo, puede especificar una dimensión de eje de 29 ± 0.05 mm al fabricar su eje. Esta dimensión indicaría que un diámetro de eje entre 28.95 mm y 29.05 mm sería satisfactorio para el ensamblaje eje-cojinete.

Tipos de Tolerancias

#1 Tolerancia Unilateral

La tolerancia unilateral es un tipo de tolerancia que permite variación desde la dimensión nominal (o verdadera) solo en una dirección (positiva o negativa). Un ejemplo de tal tolerancia se muestra en la Figura 2. Este dibujo ilustra tolerancia unilateral usando un eje con diámetro de 153.65 (+2.52/-0.00) mm.

Figura 2: Tolerancia unilateral

Indica a los fabricantes que el diámetro final del eje debe ser de al menos 153.65 mm y como máximo 156.17 mm, que es la suma de 153.65 mm y 2.52 mm.

Más información: Entendiendo el Mecanizado de Precisión

#2 Tolerancias Bilaterales

A diferencia de la tolerancia de mecanizado unilateral, las tolerancias bilaterales permiten variación desde la dimensión nominal en direcciones positiva y negativa. Un ejemplo se muestra en la Figura 3, donde tenemos un orificio con diámetro de 102.00 ±0.10 mm.

Figura 3: Tolerancia bilateral

Observe cómo esta tolerancia permite variación igual desde el valor nominal en ambas direcciones. Así, suponga que su fabricante fabrica un orificio con diámetro entre 101.90 mm y 102.10 mm. En tal escenario, no afectará la función de su pieza.

Debería optar por tolerancias bilaterales si busca producir en masa piezas exteriores ya que elimina la posibilidad de errores costosos que dejarían sus productos terminados inservibles.

#3 Tolerancia Límite

Como su nombre indica, la tolerancia límite es un tipo de tolerancia que expresa el límite (o valores extremos) posibles de una pieza. Por ejemplo, la Figura 4 ilustra la tolerancia de mecanizado límite. Y dice a los fabricantes que la pieza mecanizada (o producto final) es satisfactoria siempre que la dimensión del eje caiga entre 99.50 mm (límite inferior) y 101.80 mm (límite superior).

Figura 4: Tolerancia límite

#4 Tolerancias de Mecanizado Estándar

Las tolerancias estándar son las tolerancias de mecanizado más usadas para la mayoría de las piezas fabricadas hoy. Estas tolerancias típicamente caen dentro del rango de ±0.005" y ±0.030", y los mecanizadores usualmente las aplican cuando los clientes no especifican niveles de tolerancia.

Por ejemplo, la Tabla 1 muestra las tolerancias estándar para diferentes procesos de fabricación:

Estos valores de tolerancia están establecidos por varios organismos de estándares internacionales (como ASME y ANSI). Son ideales cuando busca fabricar piezas simples (o características de piezas) como tuberías, roscas y pasadores. Sin embargo, para características de piezas más complejas, podría querer especificar tolerancias y requisitos usando el estándar de Dimensionamiento y Toleranciado Geométrico (GD&T).

Entendiendo el Dimensionamiento y Toleranciado Geométrico (GD&T)

El Dimensionamiento y Toleranciado Geométrico (GD&T) proporciona un nivel más alto de control de calidad comparado con otras tolerancias de mecanizado. Por ejemplo, le permite especificar características geométricas únicas como la posición verdadera de una característica, la planitud de una pieza, perpendicularidad, paralelismo y concéntrico.

La Figura 5 muestra el dibujo CAD 2D de una pieza con GD&T. Observe cómo este dibujo y tolerancia de mecanizado proporciona información útil sobre cómo ciertas superficies deberían ser paralelas y perpendiculares a otras superficies.

Figura 5: Dimensionamiento y Toleranciado Geométrico

El GD&T es un pilar del diseño y fabricación, y encontrará a los mejores diseñadores de productos usando este enfoque de toleranciado con los otros tipos de tolerancia para su diseño de producto. Esta combinación de métodos de tolerancia de mecanizado le permite comunicar su intención de diseño con precisión. También reduce la necesidad de explicar requisitos complejos, especialmente si busca externalizar la fabricación a un taller en el extranjero.

Figura 6: Vista explotada y vista ensamblada de un motor de inducción con varias piezas con diferentes requisitos de tolerancia

 

Fabricación con Gensun

La tolerancia de mecanizado es esencial cuando diseña piezas que quiere fabricar. Sin embargo, el éxito de su proyecto de fabricación también depende del taller con el que decida trabajar.

Gensun Precision Machining es un proveedor líder de servicios de fabricación en Asia. Contamos con un equipo de mecanizadores, ingenieros y expertos en control de calidad altamente cualificados que trabajan juntos para entender su diseño y requisitos de tolerancia antes de hacer su producto correctamente.

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