Normas Para Las Tolerancias

LA NORMALIZACIÓN

Uno de los aspectos más importantes de la normalización de las piezas mecánicas es el de las tolerancias y los ajustes. Sin la determinación de estas características sería imposible fabricar piezas que sean intercambiables.

¿Qué quiere decir que las piezas sean intercambiables?

Cuando se fabrican piezas en serie, por un lado, por ejemplo, se deben fabricar una gran cantidad de ejes por razones de economía y rapidez y, por otro lado, se deben fabricar los bujes para esos ejes. Tanto estos como los anteriores deberán cumplir ciertos requisitos a fin de que al asentar o ajustar unos con otros, puedan funcionar indistintamente del eje y del buje que se encajen.

Para que esto sea posible, deben cumplirse las siguientes condiciones:

Todas las piezas de una misma serie deben tener dimensiones iguales dentro de una determinada tolerancia.

El ajuste de las diferentes piezas de la misma serie debe hacerse sin retoque de ninguna clase.

Una pieza rota o desgastada por el uso debe poderse reemplazar rápidamente por otra de la misma clase.

Podemos decir entonces que la Normalización es un conjunto de normas que reglamentan un gran número de fenómenos a fin de ordenarlos. Con el objeto de hacer realidad el concepto de máxima eficiencia con el mínimo esfuerzo y con el mínimo costo, la normalización ahorra materiales y simplifica procedimientos constructivos. De esta manera, las normas fijan soluciones a problemas que se presentan repetitivamente.

Existen instituciones que son las que determinan las normas y los estándares de las dimensiones de las piezas.

Estas instituciones están formadas por un grupo de personas de varios países o de uno solo que, en base a su experiencia, cuantifican los límites permisibles. Entre ellos podemos mencionar:

El Instituto Nacional Americano de Estándares, cuyas siglas son ANSI (American National Standards Institute). Específicamente aplica para ajustes el ANSI B 4.1.

Las Normas Industriales Alemanas, cuyas siglas son DIN (Deutsch Industries Norms). De estas aplican las normas DIN 7154 y DIN 7155 para ajustes para agujero único y para eje único, respectivamente.

 Las Normas ISO 2768 (International Organization for Standarization) que aplica para las tolerancias genéricas lineales y angulares.

SISTEMA ISO DE AJUSTES Y TOLERANCIAS

La ISO (International Organization for Standardization) ha organizado normas internacionales para ajustes y tolerancias. Las unidades de trabajo son las métricas (mm), aunque las normas están definidas también para el sistema inglés (pulgadas). En estas normas, las letras mayúsculas se refieren al agujero y las letras minúsculas al eje. Debido a que la precisión de una pieza está determinada no sólo por la tolerancia, sino también por el tamaño de la pieza (para una misma aplicación, se permiten mayores tolerancias para piezas más grandes), se utiliza el término calidad, el cual es definido a continuación:

Calidad

Es la mayor o menor amplitud de la tolerancia, que relacionada con la dimensión básica, determina la precisión de la fabricación. Para entender mejor el propósito de la calidad de una pieza, considere dos piezas de igual dimensión básica con tolerancias diferentes, la pieza que tenga menor tolerancia tiene mayor precisión (menor grado de calidad); si dos piezas tienen igual tolerancia, pero diferentes dimensiones básicas, la pieza con mayor dimensión es más precisa (tiene menor grado de calidad).

La tabla siguiente muestra la forma en que la ISO organizó un sistema de dieciocho calidades designadas por: IT 01, IT 0, IT 1, IT 2, IT 3,..., IT 16, cuyos valores de tolerancia se indican para 13 grupos de dimensiones básicas, hasta un valor de 500 mm. De los datos se puede notar que la tolerancia depende tanto de la calidad como de la dimensión básica.

Los valores de tolerancia de la figura 14 han sido obtenidos aplicando ecuaciones empíricas cuya variable es la dimensión básica y la calidad. Para evitar la ejecución de cálculos cada vez que se quiera obtener una tolerancia, la ISO estableció la división de grupos de dimensiones básicas de la figura 14; la tolerancia para las dimensiones básicas de cada rango se ha obtenido utilizando las ecuaciones para la media geométrica de las dimensiones extremas del rango considerado.

Elección de la calidad

Para elegir la calidad es necesario tener en cuenta que una excesiva precisión aumenta los costos de producción, requiriéndose máquinas más precisas; por otro lado, una baja precisión puede afectar la funcionalidad de las piezas.

Es necesario conocer las limitaciones de los procesos de producción, en cuanto a precisión se refiere, y los grados de calidad máximos que permiten el buen funcionamiento de los elementos. Para el empleo de las diversas calidades se definen los siguientes rangos:

Para agujeros:

 Las calidades 1 a 5 se destinan para calibres (instrumentos de medida).

 Las calidades 6 a 11 para la industria en general (construcción de máquinas).

 Las calidades 11 a 16 para fabricaciones bastas tales como laminados, prensados, estampados, donde la precisión sea poco importante o en piezas que generalmente no ajustan con otras.

Para ejes:

 Las calidades 1 a 4 se destinan para calibres (instrumentos de medida).

 Las calidades 5 a 11 para la industria en general (construcción de máquinas).

 Las calidades 11 a 16 para fabricaciones bastas.

A continuación se da una lista de las calidades que se consiguen con diferentes máquinas herramientas. Debido a que las máquinas modernas son más precisas, los grados de calidad obtenidos con las mencionadas a continuación podrían ser menores:

 Con tornos se consiguen grados de calidad mayores de 7.

 Con taladros se consiguen: calidades de 10 a 12 con broca y de 7 a 9 con escariador.

 Con fresas y mandrinos se obtienen normalmente calidades de 8 o mayores, aunque las de gran precisión pueden producir piezas con calidad 6.

 Con rectificadoras se pueden obtener piezas con calidad 5.

Posiciones de tolerancia

Además de definir las tolerancias (mediante la elección de la calidad) de los elementos que hacen parte de un ajuste, es necesario definir las posiciones de las zonas de tolerancia, ya que de esta manera queda definido el tipo de ajuste. Nótese que en vez de definir un juego o un aprieto para el ajuste, se eligen las dos posiciones de tolerancia, la del eje y el agujero, quedando definido un juego mínimo (o aprieto máximo) y un juego máximo (o aprieto mínimo).

Mediante fórmulas empíricas, la ISO ha definido 28 posiciones de tolerancia para ejes y 28 para agujeros, las cuales se ubican respecto a la línea de referencia, con el fin de normalizar tanto ajustes como tolerancias.

Las distintas posiciones de tolerancia, designadas con letras minúsculas, para ejes, y mayúsculas, para agujeros, están representadas en las figuras 15 y 16.

Existen 784 (28×28) combinaciones posibles de las zonas de tolerancia para definir el ajuste entre dos elementos; por lo tanto, sin contar con las diferentes calidades que pueden escogerse en un ajuste, existen 784 posibles ajustes. Debido a que en la práctica no se requieren tantas combinaciones para suplir las diferentes aplicaciones, existen dos sistemas de ajustes, ‘agujero normal básico’ y ‘eje normal básico’, para cada uno de los cuales quedan 28 posibles combinaciones de posiciones de tolerancia.

Sistemas de ajustes

Agujero normal básico: cuando en un sistema de tolerancias se desea referir todas las elecciones de ajustes a una determinada posición de la tolerancia del agujero, se dice que se está trabajando con un sistema de agujero normal, agujero base o agujero básico.

En este sistema la posición de la zona de tolerancia del agujero es una sola (independientemente del ajuste) y es la posición “H”. De la figura 10.10 se observa que la posición ‘H’ tiene una desviación inferior igual a cero (la línea que representa la dimensión mínima coincide con la línea de referencia).

El ajuste se define, entonces, seleccionando una posición adecuada de la zona de tolerancia del eje. En la figura 17 se representan diferentes ajustes, utilizando el sistema de agujero base, en los cuales la posición de la zona de tolerancia del eje es la que define el ajuste.

Eje normal básico: cuando en un sistema de tolerancias se desea referir todas las elecciones de ajustes a una determinada posición de la tolerancia del eje, se dice que se está trabajando con un sistema de eje normal, eje base o eje básico. En este sistema la posición de la zona de tolerancia del eje es la posición “h”. El ajuste se define, entonces, seleccionando una posición adecuada de la zona de tolerancia del agujero. La figura 18 representa diferentes ajustes en el sistema de eje base, en los cuales la posición de la zona de tolerancia del agujero es la que define el ajuste.

La elección de uno u otro sistema depende de la aplicación particular. Algunas ideas para elegirlo son:

Para construcción basta se prefiere eje base.

Para construcciones de gran y media precisión se prefiere agujero base.

Cuando

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