CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DEL PRODUCTO EN MAQUINADO Ya se han considerado varios aspectos del diseño de productos durante el estudio De la tolerancia y el acabado superficial las razones que hacen necesario el maquinado incluyen las tolerancias estrechas, el buen acabado superficial y las características geométricas especiales como Roscas, agujeros de precisión, secciones cilíndricas con alto grado de redondez y Formas similares que no pueden lograrse por otros medios diferentes al Maquinado. Las tolerancias deben especificarse para satisfacer los requerimientos funcionales, Pero también deben considerarse las capacidades de los procesos. Las tolerancias excesivamente restringidas aumentan el costo y puede ser que no Añadan valor a la pieza. Al hacerse más estrechas las tolerancias (más pequeñas), Los costos del producto se incrementan generalmente debido a procesamientos Adicionales, equipamiento, inspección, re trabajo y desperdicio.
Debe especificarse el acabado superficial para cumplir con requerimientos
Funcionales o estéticos, pero los mejores acabados incrementan Generalmente los costos de procesamiento y requieren operaciones Adicionales como esmerilado.
Debe evitarse las formas maquinadas, como esquinas agudas, aristas y
Puntas, las cuales frecuentemente son difíciles de lograr por medio de Maquinado.
Debe evitarse el barrenado de agujeros profundos. El barrenado de
Agujeros hondos requiere barras perforadoras largas. Las barras Perforadoras deben ser rígidas y esto requiere frecuentemente frecuentemente el uso de Materiales con alta rigidez, como carburos cementados, lo que r esulta Costoso.
Se deben diseñar las piezas que sean lo suficientemente suficientemente rígidas para
Soportar las fuerzas de corte y de las mordazas de sujeción. Debe evitarse En lo posible el maquinado de piezas largas y delgadas, piezas planas
Grandes, piezas con paredes delgadas y formas similares.
Debe evitarse las muescas, porque frecuentemente requieren instalaciones
Adicionales, operaciones o herramientas especiales; también pueden Conducir a las concentraciones de esfuerzos en el uso.
Los diseñadores deben seleccionar materiales con buena maquinabilidad las Piezas hechas con materiales de baja maquinabilidad son más costosas de Producir. Las piezas que se endurecen por medio de tratamiento térmico deben Acabarse mediante rectificado o esmerilado o maquinado, para lograr el tamaño y Las tolerancias finales, generalmente con herramientas más costosas.
Las piezas maquinadas deben diseñarse con formas que se puedan
Producir con un número mínimo de ajustes, si es posible con un solo ajuste.
Por lo general, esto indica características geométricas que puedan formarse Desde un solo lado de la pieza
Las piezas maquinadas deben diseñarse con formas que puedan lograrse
Con herramientas de corte estándar. Esto significa evitar tamaños inusuales De barrenos, roscas y características de formas extrañas que requieren herramientas con formas especiales. Además, resulta útil diseñar piezas que necesiten un número mínimo de cortes Individuales en maquinado; esto permite frecuentemente completar la pieza en un Solo ajuste de máquinas.
2 Importancia de las tolerancias TOLERANCIAS GEOMÉTRICAS Los límites de una pieza determinados por las tolerancias dimensionales pueden comportar errores de forma no admisibles para el funcionamiento correcto de las piezas. Para delimitar los posibles errores de la geometría, se utilizan las tolerancias de forma o geométricas aplicables a los distintos elementos constitutivos de una pieza. La norma UNE 1-191-91 establece las definiciones, símbolos e indicaciones utilizadas para los dibujos y resumidas a continuación En el diseño de cualquier pieza o herramienta se debe considerar cierta tolerancia para su fabricación. Existen dos tipos de tolerancia; la tolerancia dimensional y la tolerancia geométrica. La primera controla las medidas o dimensiones de una pieza, no controla ni la forma, ni la posición, ni la orientación que tengan los elementos a los que se aplica la tolerancia dimensional. En determinadas ocasiones, como por ejemplo: mecanismos muy precisos, piezas de grandes dimensiones, etc., la especificación de tolerancias dimensionales puede no ser suficiente para asegurar un correcto montaje y funcionamiento de los mecanismos. En la figura 1.1 se muestran tres casos donde una de las piezas puede ser correcta desde el punto de vista dimensional (diámetros de las secciones dentro de tolerancia) y no ser apta para el montaje: en el primer caso tendríamos un defecto de rectitud, en el segundo caso tendríamos un defecto de coaxialidad, y en el tercer caso tendríamos un defecto de perpendicularidad.
En la fabricación se producen irregularidades geométricas que pueden afectar a la forma, posición y orientación de los diferentes elementos constructivos de las piezas. Una tolerancia dimensional aplicada a una medida ejerce algún grado de control sobre desviaciones geométricas. Por ejemplo: la tolerancia dimensional tiene efecto sobre el paralelismo y la planicidad. Sin embargo, en algunas ocasiones la tolerancia de medida no limita suficientemente las desviaciones geométricas; por tanto, en estos casos se deberá especificar expresamente una tolerancia geométrica, teniendo prioridad sobre el control geométrico que ya lleva implícita la tolerancia dimensional. La tolerancia geométrica controla la forma, posición u orientación de los elementos a los que se aplican, pero no sus dimensiones, en otras palabras podríamos definir la tolerancia geométrica de un elemento, una pieza, superficie, eje, plano de simetría, etc. como la zona de tolerancia dentro de la cual debe estar
contenido dicho elemento. Dentro de la zona de tolerancia el elemento puede tener cualquier forma u orientación, salvo si se da alguna indicación más restrictiva. Las normas ANSI Y14.5M, ISO 8015 y la española UNE 1-149 establecen el Principio de independencia:
"Cada requisito dimensional o geométrico especificado sobre un dibujo debe ser respetado por sí mismo, al margen de otros que pueda haber, excepto en el caso en que esté especificada una relación particular. Por lo tanto, sin una relación particular especificada, la tolerancia geométrica se aplica sin tener en cuenta la medida del elemento, y ambos requisitos se consideran independientes". - 4 - El uso de tolerancias geométricas evita la aparición en los dibujos de observaciones tales como “superficies planas y paralelas”, con la evidente dificultad de interpretación cuantitativa que conllevan; aún más, a partir de los acuerdos internacionales sobre símbolos para las tolerancias geométricas, los problemas de lenguaje están siendo superados. Las tolerancias geométricas deberán especificarse solamente en aquellos requisitos que afecten a la funcionalidad, intercambiabilidad y posibles cuestiones relativas a la fabricación; de otra manera, los costes de fabricación y verificación sufrirán un aumento innecesario. En cualquier caso, estas tolerancias habrán de ser tan grandes como lo permitan las condiciones establecidas para satisfacer los requisitos del diseño. El uso de tolerancias geométricas permitirá, pues, un funcionamiento satisfactorio y la intercambiabilidad, aunque las piezas sean fabricadas en talleres diferentes y por distintos equipos y operarios. El "Principio de tolerancias fundamentales"; establece el principio de relación entre tolerancias dimensionales y geométricas. • El requisito de la envolvente. • El principio de má ximo material • El de mínimo material.
El requisito de la envolvente exige que la envolvente de forma perfecta en condición de máximo material no se sobrepase. Afecta únicamente a tolerancias de forma y establece una forma límite del elemento para unos valores determinados de las tolerancias dimensionales (los que corresponden a máximo material) de manera que esta especificación determina la forma extrema que puede tener el elemento. Sólo afecta a tolerancias de forma del elemento. - 5 - El acoplamiento de dos elementos depende de; las medidas reales de las piezas (tolerancias dimensionales) y de los errores de forma y posición de los elementos a acoplar (tolerancias geométricas). El objetivo fundamental del Principio de máximo material, es establecer condiciones de diseño que garanticen el montaje de dos piezas, que deben acoplar entre sí, teniendo en cuenta las tolerancias dimensionales de las piezas, y determinando en función de ellas, los valores de tolerancias geométricas necesarias para garantizar el montaje de las piezas y abaratar la fabricación y el proceso de verificación. SIMBOLOS PARA LA INDICACION DE LAS TOLERANCIAS GEOMETRICAS
La siguiente tabla presenta los símbolos utilizados para la indicación de las tolerancias geométricas según UNE 1121. El Principio de máximo material establece unas condiciones de montaje específicas que corresponden a las más desfavorables: Condiciones de Máximo Material y errores de forma y posición máximos; para garantizar de esta forma que siempre se pueda realizar el montaje. De esta forma, si las medidas efectivas de los elementos acoplados se alejan de los límites de máximo m aterial, la tolerancia geométrica especificada puede incrementarse sin perjudicar las condiciones de montaje TOLERANCIAS FUNDAMENTALES Tolerancia Fundamental (IT). En el sistema de tolerancias y ajustes, una cualquiera de las tolerancias de este sistema. Grado de tolerancia. En el sistema de tolerancias y ajustes, conjunto de tolerancias consideradas como corresponde a un mismo grado de precisión para todas las medidas nominales. Se han previsto 20 grados de tolerancia, designados por las siglas IT 01, IT 0, IT 1, ..., IT 18 , representativos de la amplitud de la tolerancia, desde la más fina hasta la más basta, cuyos valores numéricos están calculados para cada grupo de medidas nominales, constituyendo las tolerancias fundamentales del sistema. Según se observa en la tabla de tolerancias fundamentales, para una determinada medida nominal, la magnitud de la tolerancia fundamental aumenta al hacerlo también el grado de tolerancia, es decir, disminuye la precisión; a su vez, para un determinado grado de tolerancia, la magnitud de la tolerancia fundamental aumenta al hacerlo también la medida nominal.
La amplitud de la tolerancia aplicable a una dimensión, que por razones de fabricación ha de ser la mayor posible, dependerá del uso o servicio que vaya a prestar la pieza a fabricar, a cuyo efecto se establecen los 20 grados de tolerancia. Como guía orientativa se establece la siguiente clasificación: ● Los grados de tolerancia IT01 a IT4 para ejes y los grados de tolerancia IT01 a IT5 para agujeros, están
destinados a piezas de la mecánica de precisión (calibres, mecanismos de relojería, etc.). ● Los g rados de tolerancia IT5 a IT12 para ejes y los grados de tolerancia IT6 a IT12 para agujeros, están
destinados a piezas de la mecánica general que han de ajustar. ● Los grados de tolerancia superiores a IT12, tanto para ejes como para agujeros, están dest inados para
piezas o elementos aislados y que no requieren, por tanto, de una exactitud dimensional tan precisa.
INDICACION DE TOLERANCIAS GEOMETRICAS En las siguientes tablas se presentan una serie de ejemplos de indicación e interpretación de tolerancias geométricas.
