AJUSTES Y TOLERANCIAS TOLERANCIAS La dimensin bsica especificada
para un detalle determinado de una pieza mecnica nunca se puede
lograr con exactitud, debido a las limitaciones de las mquinas y de
los operarios que las manejan; por ejemplo, un dimetro especificado
a 16.00 mm parece estar bien fabricado si lo medimos con una regla,
pero al utilizar un micrmetro podramos obtener un valor de 16.03
mm. Si el equipo con que se ha fabricado no puede mejorar la
aproximacin, podramos utilizar uno ms sofisticado y obtener un
dimetro de 16.006 mm, que se parece ms a la dimensin especificada
pero a costa de utilizar un equipo ms costoso. Conforme pasan los
aos, el perfeccionamiento de las tecnologas en diferentes reas nos
permite obtener mejores resultados tanto en acabados como en
aproximacin a la dimensin bsica, pero difcilmente llegaremos a
obtenerla en forme absoluta; sin embargo, dentro de ciertos limites
la pieza fabricada puede servir, funcionando satisfactoriamente en
el mecanismo a que pertenece. Estos lmites representan la libertad
que se tiene al elaborar la pieza y se conocen como tolerancias,
entre las que se cuentan:
a) Tolerancias dimensionales, que pueden se lineales o
angulares.- son las que complementan el tamao de cierta
caracterstica, por ejemplo, el dimetro de un cilindro o el ngulo
entre dos planos. b) Tolerancias de forma.- estn asociadas con la
geometra de una caracterstica por ejemplo, la planitud de una
superficie.
c) Tolerancias de posicin.- sirven para satisfacer la relacin
entre dos o ms elementos de la misma pieza, por ejemplo, el
paralelismo entre varios planos.
NECESIDAD DE INTERCAMBIO En el siglo XVIII sobrevino la
revolucin industrial, que naci en Inglaterra y pronto se propago a
otros pases, donde aparecieron diferentes tipos de maquinas para
proveer a la humanidad de articulos fabricados en cantidades
industriales. Satisfactores que en pocas anteriores eran
confeccionados en el seno de cada familia, desde comestibles hasta
vestuario, ahora podian comprarse en establecimientos comerciales.
Sin embargo, aquellas mquinas primitivas eran fabricadas una por
una, por lo que no era posible intercambiar piezas entre mquinas
semejantes. En la Primera Guerra Mundial, y con el impulso de la
naciente industria automotriz, surgi la moderna fabricacin masiva,
mediante la cual, la sociedad es provista de artculos que solamente
fabricados en serie resultan accesibles en costo y cantidad. Esto
significa que una pieza cualquiera de un determinado conjunto
(automvil, licuadora, televisor, etc.) puede utilizarse en
cualquiera de los conjuntos fabricados, siempre que se trate del
modelo respectivo; en una forma posterior utilizarse como refaccin
para sustituir a una pieza gastada. Esta confianza de intercambio
se logra gracias a la tecnologa de ajustes y tolerancias, pero la
asignacin de toleracias es una tcnica delicada, practicada por un
diseador que tenga experiencia en el dimensionado y sistemas de
ajustes y tolerancias, as como conocimiento del equipo por
fabricar. Por proteccin, un diseador novato tiende a especificar
tolerancias muy estrechas, hasta un grado innecesario pero que
resulta ms costoso; ya que mientras ms reducidas sean aquellas, se
necesita equipo ms sofisticado y personal ms especializado para
manejarlo. Lo que debe buscarse es un equilibrio adecuado entre los
costos de
fabricacin y los grados de tolerancias que garanticen un
intercambio seguro, donde lo producido funcione bien y por largo
tiempo. TOLERANCIAS DIMENSIONALES Estas tolerancias son
especificaciones que complementan modifican la dimensin bsica, segn
el metodo que se siga en su especificacin. En la figura 1 las
dimensiones bsicas estn acompaadas de tolerancias(), el operador de
fabrica tiene que hacer sumas y restas para determinar las
dimensiones aceptables de cada detalle. La cota de 34 mm tiene
tolerancia unidimensional, en este caso, hacia arriba de la
dimensin bsica. Cuando se utiliza este tipo de anotacin, el nmero
de decimales debe ser igual en la dimensin basica que en las
tolerancias, la tolerancia 0 no lleva signo.
Figura 1 Tipos de acotacin con tolerancias
La misma pieza aparece en la figura 2, especificada con
dimensiones lmite. En estas, se acostumbra colocar la mxima en la
parte superior; otra manera es separaras con un guin (-) colocando
en primer lugar la dimensin mnima. Las tolerancias de forma y de
posicin son ms complejas, y se utilizan solo en los casos que
verdaderamente lo requieran, como se vra posteriormente.
Figura 2 Acotacin con dimensiones limite
TOLERANCIAS EN EL SISTEMA ISO La ISO es actualmente la
organizacin ms reconocida por los paises que tienen proecupacin de
estar actualizados respecto a normas tcnicas industriales
internacionales, preocupacin que se acenta por el intercambio
comercial y por la presencia de industrias con invesin extranjera.
En el sistema ISO de ajustes y toleracnias estn comprendidos 12
rangos de dimensin que se observan en la columna izquierda de la
tabla 15.1, especificados en milmetros; las mismas normas
contemplan apartados especiales para tamaos mayores. Para cada
rango de dimensiones pueden existir 18 diferentes grados de
tolerancia, en los cuales los nmeros ms bajos se refieren a zonas
de tolerancias ms estrechas, es decir, de mayor precisin. La figura
3 muestra tales grados y sus aplicaciones comunes.
Figura 3 Grados internacionales de tolerancia En los trabajos de
maquinados, por ejemplo, se pueden obtener grados entre 7 y 11 para
el torneado exterior, mientras que en la rectificacin (trabajo de
precisin con abrasivo) de cilindros, se pueden obtener grados entre
5 y 6. La tabla 1 muestra los intervalos de tolerancia
correspondientes a diferentes rangos dimensionales, en funcin de
los 18 grados de tolerancia, con valores en m (micrometros).
AJUSTES
La relacin que existe entre las dimensiones de dos piezas que
ensamblan es un ajuste. La parte slida puede recibir el nombre
genrico de macho, rbol o eje; mientras que la parte hueca es
llamada hembra agujero. En el tema de ajustes y tolerancias es comn
utilizar los trminos eje y agujero, ya que la gran mayora de los
ajustes son entre formas cilndricas; as pues, aplicamos tales
trminos an a piezas que no tengan estas formas. Las dimensiones
bsicas de las dos piezas son casi iguales, pero varan de acuerdo
con el tiempo de ajuste. Existen muchos tipos de ajustes, pero en
el conocimiento ordinario se distinguen tres: a) Ajuste libre.- es
el correspondiente a piezas que tienen movimiento relativo, como el
que existe entre el eje de un motor elctrico y sus bujes de apoyo.
Entre las dos piezas que forman el ajuste hay un claro u holgura
que sirve para el lubricante; si en las condiciones de trabajo se
presentan un aumento considerable de temperatura, debe considerarse
la deformacin trmica, so pena de producir un ajuste apretado (de
interferencia).
b) Ajuste indeterminado.- Es el correspondiente a piezas de
posicin relativa bien localizada, pero que debe armarse y
desarmarse con frecuencia, como ciertos engranes y poleas en sus
respectivos ejes.
c) Ajuste con apriete (fijo, interferencia).- se utiliza en
piezas que deben quedar inmovilizadas relativamente. Al calcular
este ajuste, deben tomarse en cuenta el espesor de las paredes, la
resistencia de materiales, las cargas externas y hasta el mtodo de
ensamble. Las piezas de dimensiones normales se pueden ensamblar
con una prensa hidrulica, en cambio, si el eje es demasiado largo
para utilizar tal mtodo, se calienta la pieza hueca, en soplete en
horno y se posiciona rpidamente en su lugar. La figura 4 con sus
tres detalles a), b) y c) nos da una idea aproximada de los tres
tipos de ajuste mencionados.
Figura 4 Tipos bsicos de ajuste El diseo de piezas que
ensamblan, formando parte de mecanismos y/o de conjuntos fijos se
basa en sistemas de ajustes y tolerancias normalizadas ISO
(Organizacin Internacional de Normas), ANSI (Instituto Nacional
Norteamericano de Normas), DIN (Normas Europeas), FS (Especificacin
Federal Norteamericana), JIS (Normas Japonesas) y USAS (Normas de
Ajustes de Estados Unidos), que en los ltimos aos han tendido a
unificarse. En Mxico, la vigilancia de tales normas es funcin de la
Comisin Nacional de Normalizacin, dependiente de la Secretaria de
Comercio y Fomento Industrial, a travs de la NOM (Norma Oficial
Mexicana). El sistema ISO de ajustes y tolerancias contempla una
seria de variaciones de la dimensin bsica, a las que llamaremos
desviaciones fundamentales, que pueden ser mayores menores que
aquella. Estas variaciones se especifican con la mayora de las
letras del alfabeto, maysculas para agujeros y minsculas para los
ejes. La figura 5 muestra (en forma exagerada) las desviaciones
fundamentales correspondientes a un agujero; en ellas, es de
particular importancia la posicin H, donde la variacin es nula.
Figura 5 Desviaciones fundamentales de un agujero
Con la dimensin bsica, la letra de desviacin fundamental y el
grado de tolerancia, se pueden especificar las caractersticas
dimensionales de un detalle, por ejemplo 56H7. Con ayuda de la
tabla 1 encontramos que en ese rango de dimensin, la tolerancia es
de 30m; puesto que la posicin H es de desviacin nula, el agujero no
puede ser menor de 56 mm. Por lo tanto, en el dibujo
correspondiente este detalle aparecer con la especificacin:
Para el eje se utilizan las mimas letras pero minsculas, como lo
muestra la figura 6 donde las variaciones se han exagerado para ms
notoriedad. Es importante la posicin h, que tambin significa
desviacin nula.
Figura 6 Desviaciones fundamentales de un eje
DISEOS EN FUNCION DE AGUJERO BASICO O EN FUNCION DE EJE BASICO
Al especificar el conjunto de las dos piezas a ensamblar y su
respectivo ajuste, se escribe primero la dimensin bsica, enseguida
la descripcin del agujero y por ultimo la correspondiente al eje;
por ejemplo 37H7/g6 se refiere a un ajuste en sistema agujero base
o agujero normal, que se utiliza en la mayora de los diseos. En
este sistema, el agujero se toma como punto de partida, por lo que
siempre tiene desviacin H; el eje puede tener ahora letra de
desviacin, en funcin del ajuste deseado. En cambio el sistema eje
normal especifica desviaciones nulas (h) para el mismo, y aunque es
menos utilizado, se recomienda en los casos en que varios elementos
van montados en una misma flecha, como en el caso de las
transmisiones de engranes. El mismo ejemplo, diseado en este
sistema, tendra la clave 36G7/h6. Para cubrir todas las necesidades
de diseo que se pueden presentar, no basta los tres ajustes bsicos
mencionados en prrafos anteriores, sino una clasificacin ms amplia,
desarrollada para satisfacer las variantes que se presentan en los
equipo actuales (velocidades altas o bajas de rotacin,
deslizamiento inmovilidad entre partes, presencia de fuerzas leves
o cargas grandes, cambios de temperatura, etc.) . Esta
clasificacin y los correspondientes cdigos se muestran en la
tabla 2. Ntese que en las columnas de agujero preferente y eje
preferente, las letras solo se intercambian, como ocurri en el
ejemplo recin descrito La simbologa descrita para el smbolo ISO
tambin es utilizada en el ABC (Norteamericano-BritnicoCanadiense).
En la tabla 2 aparece una columna para equivalencias aproximadas de
ajustes agujero normal con el sistema ANSI; los smbolos de este
sistema se explicarn un poco despus
DESCRIPCION Ajuste de rotacin flojo.-Amplia tolerancia
comercial, como en los productos laminados: miembros externos con
gran holgura. Ajuste de rotacin libre.-Para mecanismos donde no es
esencial la exactitud, pero se presentan grandes variaciones de
temperatura, alta velocidad de rotacin y fuertes presiones. Ajuste
de rotacin cerrado.- Para mecanismos precisos con velocidad y
presin moderada, donde se requiere localizacin exacta de las
piezas. Ajuste deslizante.- Para piezas que no tengan que girar con
velocidad, pero se puedan girar y deslizar libremente, con
localizacin exacta. Ajuste de posicin con juego.- Es un ajuste
ceido, para piezas que no tienen movimiento relativo, pero si una
localizacin exacta, que se puedan armar y desarmar libremente
Ajuste de posicin de transicin.- Se utiliza para localizacin
exacta, sin ser ajuste de holgura ni de interferencia, se encuentra
en el punto medio entre ambos. En ellos es muy importante la
localizacin sin importar si hay una pequea holgura o una pequea
interferencia. Ajuste de posicin preciso de transicin.- Es un
ajuste donde puede existir ms interferencia que en el interior,
pero con una localizacin tambin ms exacta. Ajuste de posicin con
interferencia.- Para partes que requieren rigidez y alineamiento
con exactitud de localizacin, pero sin soportar grandes cargas.
Ajuste de presin mediana.- Para partes ordinarias de acero, que se
pueden hacer por contraccin con secciones ligeras, calentando la
parte hueca para ensamblarlas sin fuerza, aprovechando la
deformacin trmica. Son los ajustes ms apretados que pueden usarse
en miembros externos de hierro fundido. Ajuste Forzado.- para
partes que pueden soportar grandes esfuerzos. Se pueden montar por
contraccin por deformacin trmica, ya que resulta imprctica la
aplicacin de grandes fuerzas con el ensamble.
AGUJERO NORMAL H11/c11
ANSI RC9
EJE NORMAL C11/h11
H9/d9
RC7
D9/h9
H8/f7
RC4
F8/h7
H7/g6
LC5
G7/h6
H7/h6
LC2
H7/h6
H7/k6
LT3
K7/h6
H7/n6
LT5
N7/h6
H7/p6
LN2
P7/h6
H7/s6
FN2
S7/h6
H7/u6
FN4
U7/h6
Tabla 2 Clasificacin de ajustes en el sistema ISO
Conocida la especificacin de un ajuste, se pueden determinar las
dimensiones lmite de las dos piezas involucradas, as como la
magnitud de la holgura o de la interferencia entre ellas, segn el
caso. Dichas dimensiones se deducen al consultar las tablas de
ajustes y tolerancias que se encuentran en el apndice, tanto para
el sistema ISO como para el ANSI. Ejemplo: Determinar las holguras
e interferencias extremas que se presentan en las especificaciones
76 H7/g6 y 76 H7/p6 respectivamente. Primero, notemos que en ambos
ajustes se trata de la misma especificacin para el agujero; por lo
tanto, en los dos dibujos de la figura 7 se trata de agujeros con
las mismas dimensiones (deducidas de las tablas de apndice y en
medidas limite, Para facilitar la aritmtica). La clave g6 indica
que el eje es ms chico que el tamao nominal figura 6, por lo tanto
el ajuste es holgado; en el montaje de la izquierda se observan las
dimensiones correspondientes al eje g6, por lo tanto lo que podemos
calcular: Holgura mxima= 76.030 75.971 = 0.059 mm Holgura mnima =
76.000 75.990 = 0.010 mm
En ambos casos se trata de un claro u holgura. La multitud de
posibilidades que pueden existir en las dimensiones dar holguras
comprendidas entre los dos extremos.
Figura 7 Dimensiones de la pieza
La clave p6 indica que el ajuste de la derecha es apretado de
interferencia; las dimensiones del eje se observa en la figura de
la derecha. Ya podemos calcular las condiciones extremas:
Interferencia mxima= 76.000 76.051= - 0.051 mm. Interferencia
mnima= 76.030 76.032= - 0.002 mm.
En ambos casos se trata de interferencia. La multitud de
posibilidades que pueden existir en las dimensiones dar aprietes
comprendidos entre los dos extremos.
AJUSTES Y TOLERANCIAS EN EL SISTEMA ANSI
En el sistema del Instituto Nacional Norteamericano de Normas se
contempla una variedad ms extensa de ajustes, que se pueden ver en
las talas del apndice. Sus smbolos, como en el sistema ISO, no se
pretende que aparezcan en los dibujos del taller o fbrica, sino en
los dibujos previos que realiza el diseador; posteriormente el
dibujante con ayuda de las tabas especificar las dimensiones y
tolerancias correspondientes. En el sistema ANSI el smbolo de un
ajuste consta de dos letras y un nmero, que se refiere al tipo y la
clase, respectivamente. La figura 8 muestra un ajuste de
interferencia denominado FN2, que requiere fuerza para ser
ensamblado.
Figura 8 Ajuste FN2
La clasificacin ANSI comprende 5 tipos de ajustes, como se
describe a continuacin:
RC (running and sliding fit.- Ajustes de rotacin y deslizantes,
del RC1 al RC9.
RC1.- Ajuste deslizamiento de precisin, para localizacin exacta
de partes que ensamblan sin juego perceptible, como en los
calibres, que son para trabajo de alta precisin. RC2.- Ajuste
deslizante, para localizacin exacta y mayor holgura que el anterior
en partes que tienen movimiento relativo fcil, pero sin rotacin.
RC3.- Ajuste preciso de rotacin, es el ms cerrado que pueda girar
libremente, para trabajos de precisin como los rodamientos
lubricados con aceite que tiene bajas velocidades y cargas.
RC4.-Ajuste de rotacin cerrado, para maquinaria de precisin con
rodamientos lubricados con aceite o grasa que tiene medianas
velocidades y cargas, que requieren exacta localizacin y juego
mnimo. R5 y RC6.- Ajustes de rotacin medios, para velocidades
angulares ms altas y/o se puedan presentar cambios de
temperatura.
RC7.- Ajuste de rotacin libre, para casos donde la exactitud no
es esencial y/o se pueden presentar grandes variaciones de
temperatura. RC8 y RC9.- ajustes de rotacin flojos, utilizados en
las fabricacin de materiales comerciales, como flechas, tubera,
etc.
LC (locational clearance fit).- Ajustes de posicin con juego,
del LC1 al LC11. Son ajustes para partes normalmente estacionarias,
que pueden armarse y desarmarse libremente. LC1 a LC4.- En la
prctica, la probabilidad es de que haya una pequea holgura entra
las piezas. LC5 y LC6.- Ajustes que tiene una holgura mnima, para
localizacin cercana en partes que no tiene movimiento relativo. LC7
a LC11.- Estos ajustes progresivamente tienen mayores holguras y
tolerancias, para partes que ensamblan holgadas, como pernos y
similares.
LT (locational transition fit).- Ajuste de posicin de transicin,
del LT1 al LT6 Son ajustes que estn en un trmino medio entre los
holgados y los de interferencia, para aplicaciones donde la
exactitud de localizacin es importante, pero es permitida una
situacin de holgura o de interferencia, siempre que sea pequea. LT1
y LT2.- Ajustes que tienen una holgura muy ligera, para piezas que
se pueden ensamblar con muy poca fuerza. LT3 y LT4.- Virtualmente
no tienen holgura, se usan donde una pequea interferencia es
permitida. Se utilizan para las chavetas (cuas) de flecas, anillos
de rodamiento de bolas, y otros. El ensamble se realiza a presin o
golpes leves. LT5 y LT6.- Ajustes que tienen una pequea
interferencia, pero que requieren una fuerza apreciable para ser
ensamblados.
LN (locational interference fit).- Ajustes de posicin con
interferencia, del LN1 al LN6 Son ajustes que se usan donde la
exactitud de localizacin es de importancia primordial, o en piezas
que requieren rigidez y alineamiento. LN1 y LN2.- Ajustes de fuerza
ligera, con interferencia mnima muy pequea, como los pernos de
maquinaria que se ensamblan en prensa sin mucha presin, y que
pueden armarse y desarmarse normalmente. LN3.- Este ajuste es
adecuado en piezas de acero y latn que requieren cierta fuerza de
ensamble, o en piezas de materiales elsticos o aleaciones ligeras,
que requieren menos fuerza de ensamble. LN4 a LN6.- El primero se
usa en piezas de acero con ensamble permanente, mientras que los
otros se utilizan en materiales suaves.
FN (force or shrink fits).- Ajustes forzados o de contraccin,
del FN1 al FN5 Son ajustes con un tipo especial de interferencia,
que vara en forma casi directa con el dimetro. En ellos, la
diferencia entre los valores mnimo y mximo es pequea, para mantener
las presiones resultantes dentro de lmites razonables. FN1.- Ajuste
de empuje ligero, que requiere una leve fuerza de ensamble, para
producir uniones ms o menos permanentes. Es recomendable para
secciones delgadas, para ensambles largos o para miembros externos
hechos de hierro vaciado. FN2.- Ajuste de empuje mediano, apropiado
para piezas ms pesadas de acero, o para piezas delgadas ensambladas
por contraccin trmica. FN3.- Ajustes de empuje pesado, para piezas
an ms resistentes, o para piezas medianas ensambladas por
contraccin trmica. FN4 y FN5.- Ajustes forzados, utilizados para
piezas que pueden ser fuertemente tensionadas.
De manera similar al sistema ISO, en la mayora de los diseos de
ajustes en sistema ANSI se sigue el criterio de agujero bsico, al
que corresponden las tablas del apndice; el criterio de eje bsico
se usa menos, por ejemplo, cuando varios elementos van montados en
una misma flecha.
Ejemplo: determinar las dimensiones para un ajuste RC7 cuya
dimensin bsica es 1.125 Al consultar las tablas ANSI encontramos
los siguientes datos en el rengln correspondiente al rango
dimensional > 0.71 a 1.19
RC7 H9 +2 -0 Lo cual tiene el siguiente significado: Dimetro del
orificio = 1.125 segn los datos de la columna H9. d8 -2.5 -3.7
En cambio, el eje un dimetro 0.0025 ms chico, con tolerancia
-0.0012, datos que se toman de la columna d8 dando como resultado:
Dimetro del eje = 1.125
GRADOS DE TOLERANCIA 01 0.3 0.5 0.8 1.2 0.4 0.6 0.4 0.6 0.5 0.8
1.2 0.6 0.6 0.8 1.2 1 1.2 2 2.5 3 5 7 9 13 4 6 8 12 3 4.5 7 10 2
3.5 5 8 1.5 2.5 4 6 10 15 22 35 54 87 2 3 5 8 13 19 30 46 74 1 1.5
2.5 4 7 11 16 25 39 62 1 1.5 2.5 4 6 9 13 21 33 52 84 2 3 5 8 11 18
27 43 70 1 1.5 2.5 4 6 9 15 22 36 58 90 150 220 110 180 270 130 210
330 1 1.5 2.5 4 5 8 12 18 30 48 75 120 180 2 3 4 6 10 14 25 40 60
100 140 250 300 360 430 520 620 740 870 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
12 13 14 15 400 480 580 700 840 16 600 750 900 1100 1300 1000 1600
1200 1900 1400 2200
Rango(mm)
3 a 6
>6 a 10
>10 a 18
>18 a 30
>30 a 50
100 160 250 390 120 190 300 460 140 220 350 540
>50 a 80
>80 a 120
>120 a 180
12 18 25 40 63 100 160 250 400 630 1000 1600 2500 14 20 29 46 72
115 185 290 460 720 1150 1850 2900 16 23 32 52 81 130 210 320 520
810 1300 2100 3200 18 25 36 57 89 140 230 360 570 890 1400 2300
3600
>180 a 250
>250 a 315
>315 a 400
TABLA 1 Intervalos de tolerancia en
.