Dimensionamiento geométrico y tolerancias: La guía definitiva

Los componentes utilizados en diferentes industrias requieren precisión y perfección. Si carecen de las tolerancias y dimensiones adecuadas, no sirven para nada y se desperdician. Por tanto, la importancia del dimensionamiento geométrico y el tolerado en todas las industrias es crucial y ayuda a fabricar componentes con menos residuos.

La guía que figura a continuación explora en detalle todo lo relativo a GD&T, así que echémosle un vistazo.

¿Qué es GD&T?

El dimensionado y tolerado geométricos (GD&T) es muy importante para la comunicación entre fabricantes e ingenieros. Este sistema ayuda a comunicar la desviación del diseño de los componentes que es aceptable.

Breve historia de GD&T

El dimensionamiento geométrico y el tolerado se originaron en la época de la Segunda Guerra Mundial. Stanley desarrolló entonces prácticas de tolerado en la Real Fábrica de Torpedos de Escocia para abordar los requisitos funcionales de los componentes.

Introdujo conceptos como la posición real. Sentó las bases de la GD&T en las Notas sobre diseño e inspección de trabajos de ingeniería de producción en masa, seguidas posteriormente por la norma ASME en 1957. Desde entonces, se ha actualizado periódicamente, y la última actualización fue en 2018.

Conceptos básicos de acotación y tolerancias geométricas

Los fundamentos de la GD&T tienen algunos términos esenciales, que son los siguientes:

Talla

El tamaño se refiere al tamaño de las características del componente y tiene una tolerancia +/-. Representa lo grandes o pequeñas que son las características del componente.

Ubicación

La localización representa la ubicación de la característica en el espacio 3D; determina dónde se encuentra la característica entre los ejes x,y, y z.

Orientación

La orientación es la forma en que el componente está en ángulo. Estos símbolos ayudan a precisar mejor la ubicación.

Formulario

La forma describe la forma general del componente. Tiene símbolos como planitudcilindricidad, rectitud y circularidad.

Zonas de tolerancia

Las zonas de tolerancia con sus símbolos GD&T figuran en la tabla siguiente.

Marcos de control de características

El marco de control de característica explica la tolerancia de un control geométrico que se aplica a la característica del componente. Consta de cuatro partes, que son las siguientes:

• El signo de GD&T es también el símbolo de control.
• El tamaño y la forma de la zona de tolerancia.
• Diferentes modificadores de la zona de tolerancia, como modificadores de proyección y de condición del material.
• Referencias Datum.

Limitaciones del tolerado antes de GD&T

Antes de GD&T, las características de los componentes de maduración se indicaban mediante los ejes x e y. Se puede tomar como ejemplo la perforación de un orificio de montaje que tiene que estar en el área x e y dada. Por lo tanto, una especificación de tolerancia perfecta determinaría la posición del orificio y el área dentro del orificio que era aceptable se rodeaba con un círculo.

En aquella época, durante la Segunda Guerra Mundial, Stanley Parker trabajaba en el desarrollo de armas navales. Observó un fallo y trabajó en un nuevo sistema; este sistema de GD&T se convirtió en norma militar en 1950. En la actualidad, la norma está definida por la norma ASME Y14.5-1188 para EE.UU. y por la norma ISO 1101-2017 para el resto del mundo. Tiene en cuenta la geometría global del producto.

¿Por qué implantar procesos de GD&T?

A continuación se exponen las razones para implantar los procesos de GD&T.

Datum y marco de referencia Datum

Datum es el punto o eje exacto a partir del cual se referencian las características de la pieza. Se utiliza como referencia en la tolerancia dimensional.

El Marco de Referencia Datum es un aspecto crítico de GD&T, y crea la formación de tres marcos perpendiculares que son teórica y manualmente perfectos. Estos tres planos son esenciales para la producción y comprobación de piezas y son los siguientes:

• Los primeros datos primarios se crean con al menos tres puntos de contacto de la primera característica del componente.
• Los datos secundarios deben entrar en contacto con al menos 2 puntos de la segunda característica.
• El punto de referencia terciario crea al menos un punto de contacto con el tercer elemento.

El marco de control de características

La trama de control de características determina los requisitos que puede necesitar la característica de un componente determinado. Cada trama consta de un único mensaje. El primer componente de forma del mensaje tiene un símbolo geométrico que representa el requisito de una característica, como su posición o planitud. El segundo compartimento contiene la tolerancia total de los elementos y el tercero incluye los elementos de referencia del punto de referencia.

Posición real y tolerancia de posición

La posición real es la ubicación exacta definida por la cota básica y representa los valores nominales. Indica hasta qué punto puede desviarse la ubicación de un elemento de la posición real.

Independientemente del tamaño de las características (RFS)

Independientemente del tamaño de la característica se refiere a la tolerancia geométrica que debe mantenerse en toda la gama de tamaños de los componentes. Va del mínimo al máximo de la conexión de material.

El lenguaje de los símbolos

El lenguaje de los símbolos representa el lenguaje simbólico universal que se utiliza para comunicar la tolerancia y las limitaciones de la fabricación. Mediante el uso de estos símbolos, se evita el riesgo de confusión y despilfarro.

Cómo funciona GD&T？

GD&T especifica la tolerancia y las dimensiones necesarias para el diseño. El valor de la tolerancia se sitúa entre los límites mínimo y máximo. El tolerado especifica la variación exacta para cada característica del diseño, lo que optimiza el componente y garantiza el índice de aprobación. Incluso ayuda a mantener la estética y los fines funcionales del componente.

Es importante garantizar que la tolerancia del producto no traspase los límites especificados con la ayuda de símbolos. Estos símbolos ayudan a comunicar los requisitos de diseño y garantizan que se alcance la función requerida.

Símbolos GD&T

A continuación se describen los distintos tipos de símbolos GD&T.

Controles de formulario

Los controles de forma determinan la forma general del elemento, y algunos de ellos son los siguientes:

Rectitud: La tolerancia de rectitud es la desviación máxima permitida entre la recta real y la recta ideal.

Planitud: Es el grado de tolerancia de planitud permitido con respecto al plano ideal y se compara con la superficie real.

Circularidad: Es la desviación admisible entre la forma circular real y el círculo ideal.

Cilindricidad: Representa las desviaciones máximas permitidas entre el cilindro ideal y el real.

Controles de perfil

El control de perfil se refiere a la zona de tolerancia en tres dimensiones alrededor de la superficie. Tiene los dos perfiles siguientes:

Perfil de una línea: El perfil de una línea se refiere a la desviación que se permite en la curva real de una curva circular irregular.

Perfil de una superficie: Se refiere a la desviación permitida entre la línea de contorno real y la línea de contorno ideal.

Controles de orientación

El control de la orientación se refiere a la posición de la característica en diferentes ángulos, que son los siguientes:

Angularidad: En un ángulo determinado con respecto al punto de referencia, la desviación máxima permitida con respecto a la orientación ideal se conoce como angularidad.

Perpendicularidad: Es la diferencia entre la dirección real del elemento que se mide y la dirección ortogonal a la referencia permitida.

Paralelismo: Paralelismo es la distancia a la que los rasgos reales del componente son iguales al plano de referencia. Representa la variación admisible entre la dirección exacta y la expandida.

Controles de ubicación

Los controles de localización ayudan a establecer la ubicación de la característica con la ayuda de dimensiones lineales, y algunos de sus aspectos son los siguientes:

Cargo: El grado de posición es la precisión con la que se localiza una característica en el componente en comparación con su ubicación prevista. La tolerancia de localización representa la variación máxima de la posición real en comparación con la ideal.

Concentricidad: La concentricidad es la tolerancia para una desviación admisible del eje real del punto de referencia.

Simetría: La simetría es la desviación admisible de la simetría real con respecto a la ideal. La simetría representa la parte en la que dos componentes con dos centros simétricos permanecen dentro del mismo eje.

Controles de excentricidad

El control de excentricidad describe la desviación máxima que puede tener un elemento con respecto al punto de referencia.

Desviación circular: Se refiere a la condición en la que la superficie de rotación de un componente está presente en el plano de medición. La forma en que mantiene una posición constante en comparación con el eje del punto de referencia. La desviación máxima permitida es la tolerancia de batido circular en comparación con la ideal.

Salida total: Cuando un componente gira constantemente alrededor del punto de referencia, una excentricidad total tiene la cantidad de la excentricidad respecto a la superficie de medición. Se refiere al batido permitido cuando el componente gira alrededor del eje del punto de referencia a lo largo de su contorno previsto.

Tolerancia en la impresión 3D

La importancia de la GD&T en Impresión 3D está creciendo porque puede ofrecer especificaciones precisas para componentes complejos. Es un aspecto importante de la fabricación aditiva cuando el componente se crea en forma de capas. Debido a la variación en las capas, podría dar lugar a la precisión.

El GD&T combinado con la impresión 3D garantiza que el diseño alcance unas dimensiones exactas. De este modo, el producto final se ajusta a las prestaciones y geometrías previstas.

¿Cómo elegir un GD&T?

La selección de un GD&T adecuado implica comprender los aspectos funcionales de los componentes y cómo interactúan con otros componentes. Algunas de las consideraciones a este respecto son las siguientes:

• Es importante comprender la función de la característica y cómo influye en el rendimiento del montaje.
• Concéntrese en las características que repercuten en la función del componente, ensamblaje o ajuste y aplique el GD&T en dichas geometrías críticas.
• Finalizar la forma y el tamaño de la zona de tolerancia para que, durante la fabricación de la pieza, se mantenga la funcionalidad.
• Identifique el punto de referencia si la orientación y la localización de los elementos dependen de puntos de referencia.
• Evite el exceso de tolerancias para ahorrar en el coste de fabricación.
• Compruebe si el GD&T seleccionado funciona eficazmente cuando se somete a aplicaciones del mundo real.

Conclusión

Nosotros en DEK puede ofrecerle los componentes que tienen las características con excelente tolerancia y dimensionamiento geométrico. Por lo tanto, permítanos diseñar y fabricar componentes para sus aplicaciones a fin de garantizar una calidad sin fisuras.

Preguntas frecuentes

¿Cuáles son las 5 categorías de GD&T?

Las cinco categorías de GD&T son la tolerancia de orientación, la tolerancia de forma, la tolerancia de ubicación, la tolerancia de excentricidad y la tolerancia de perfil.

¿Cuánto tiempo se tarda en aprender GD&T?

El curso de GD&T dura entre 24 y 25 horas.

¿El GD&T encarece las piezas?

No, GD&T reduce el coste de fabricación al evitar el despilfarro y disminuir los costes de fabricación.