Especificaciones Técnicas de Diseño

Tolerancias

La tolerancia es la variación que se permite en las dimensiones de una pieza con referencia a su medida nominal, esta se comprende en dos limites, el limite inferior que indica la medida mínima que puede tener la dimensión y el límite superior que indica la medida máxima que puede tener la dimensión.

En todo proceso de fabricación mecánica, es imprescindible el uso de planos y representaciones gráficas de las piezas y componentes que se deseen fabricar. En estos casos, la mayor parte de las piezas que se representan en planos no quedan totalmente definidas con su dibujo y acotación, debido a que existirá siempre una discrepancia entre las medidas teóricas o exactas que aparecen en los planos y las medidas reales de las piezas.

Estas discrepancias pueden ser debidas a un gran número de factores, entre los que destacan:

• La existencia de juegos y holguras en las herramientas o máquinas herramientas.

• Errores de los instrumentos de medida o de los operarios que miden.

• La dilatación o deformación de las piezas como consecuencia de las temperaturas que adquieren durante los procesos de mecanizado y fabricación.

• Deformaciones producidas por las tensiones internas que se originan en las piezas.

Resulta evidente que cuanto más esmerada sea la fabricación, con herramientas de mayor precisión, controlando la temperatura que alcanza la pieza durante su mecanizado, y con un operario de gran experiencia, tanto menor será la diferencia entre la medida real de la pieza y el valor teórico de la misma, es decir, el que aparece acotado en el plano.

No obstante, siempre existirá cierta discrepancia, por pequeña que sea, a la hora de obtener cualquier pieza con una determinada cota o medida. En función de la importancia o influencia final que tenga esta medida en el resultado final, se distingue entre:

• Cota funcional: es la cota que posee una valía esencial en el funcionamiento de la pieza, es decir, es aquella que afecta al funcionamiento del mecanismo, y que pueden originar, si el error cometido es excesivo, que las piezas sean inservibles.

• Cotas auxiliares o no funcionales: son aquellas en las que las discrepancias entre las medidas reales y la teóricas o nominales no tienen importancia.

Tolerancia dimensional

• Eje: es cualquier pieza en forma cilíndrica o prismática que debe ser acoplada dentro de otra. En este sentido, se define el Prisma como un poliedro formado por dos polígonos paralelos e iguales, llamados bases, y por tantos paralelogramos como lados tengan las bases, denominados caras.

• Agujero: es el alojamiento del eje.

(*) En general, se usan los términos eje y agujero, cuando se trata de una pareja de elementos que encajan entre sí, independientemente de la forma de la sección, aunque la mayoría está formada por elementos cilíndricos, pero no tienen por qué ser de revolución.

(*) Por convenio, las variables y definiciones relativas a ejes se representan con minúsculas y todas las relativas a agujeros con mayúsculas.

• Medida o cota nominal (ejes: d / agujeros: D): es el valor que se indica en planos o especificaciones para una medida (cota) determinada.

• Cota efectiva (o real): es la que tiene la pieza terminada.

• Tolerancia dimensional (ejes: t / agujeros: T): es la diferencia existente entre la medida máxima y la mínima admisible para la fabricación de la pieza real. En todo proceso de fabricación se producen siempre discrepancias entre cotas nominales y efectivas. En este sentido, la tolerancia dimensional es el margen de error permitido.

– Para un eje, la tolerancia dimensional, t = d_máx – d_mín,  siendo (d_máx), (d_mín) las medidas máximas y mínimas permisibles en el diámetro del eje.

– Para el agujero, la tolerancia dimensional, T = D_máx – D_mín,  siendo (D_máx), (D_mín) las medidas máximas y mínimas permisibles en el diámetro del agujero.

(*) Ejemplo: 30 ± 0’1, la tolerancia sería la diferencia entre 30,1 y 29,9, es decir 0,2. Por tanto, el rango o campo de tolerancia incluye cualquier medida comprendida entre los límites máximo y mínimo anteriores.

• Cotas máxima y mínima: son las medidas máxima y mínima permisibles en una pieza determinada.

– Por ejemplo, para el caso de diámetros permisibles del agujero, D_máx = D + T_sup  ;  D_mín = D – T_inf, siendo (D) la cota o medida nominal del diámetro del agujero.

• Diferencia o Desviación superior (T_sup): representa la diferencia entre la cota máxima y la nominal.

• Diferencia o Desviación inferior (T_inf): es la diferencia entre la cota nominal y la mínima.

Para comprender mejor lo explicado, se tiene el ejemplo de la figura anterior, donde las cotas máximas, mínimas y el valor de la tolerancia valdrán:

Cota máxima = 40 + 0,2 = 40,2 mm.

Cota mínima = 40 – 0,1 = 39, 9 mm.

Tolerancia (t) = 40,2 – 39,9 = 0,3 mm. ó también t = 0,2 – (-0,1) = 0,3 mm.

(*) Cuando falta algunas desviaciones se sobreentiende que es cero. Así, 30^+0,2 es una cota nominal de 30 mm con desviación superior de +0,2 mm, desviación inferior 0 y tolerancia 0,2 mm.

• Ajuste: se emplea para designar el conjunto de dos piezas, acopladas entre sí, formado por eje y agujero.

• Juego (J): es la diferencia entre el diámetro del agujero y el del eje. Sólo existirá juego cuando el eje sea menor que el agujero en todo el campo de tolerancia.

• Juego máximo (J_máx): es la holgura máxima que puede haber entre el eje y el agujero, es decir, la diferencia entre el diámetro máximo del agujero y el diámetro mínimo del eje.

J_máx = D_máx – d_mín

• Juego mínimo (J_mín): es la holgura mínima que puede haber entre el agujero y el eje, es decir, la diferencia entre el diámetro mínimo del agujero y el diámetro máximo del eje.

J_mín = D_mín – d_máx

• Aprieto (A): se produce cuando el diámetro del eje es mayor que el diámetro del agujero. En este caso se produce una «interferencia» de diámetros. A la diferencia entre estos diámetros se la llama aprieto.

• Aprieto máximo (A_máx): es la diferencia entre las medidas del eje máximo y el agujero mínimo.

A_máx = d_máx – D_mín

• Aprieto mínimo (A_mín): es la diferencia entre las medidas del eje mínimo y el agujero máximo.

A_mín = d_mín – D_máx

• Zona o magnitud de tolerancia: es la comprendida entre las dos líneas que representan los límites de la tolerancia, y cuya amplitud es el valor de tolerancia.

• Línea de referencia o línea cero: Las desviaciones pueden ser positivas o negativas, según sea su posición con respecto a la cota nominal. Se convienen representar una línea recta llamada línea de referencia o línea cero que correspondería a la dimensión nominal, es decir, una desviación cero.

Mediante una escala arbitraria se representan en la parte superior (+) las desviaciones positivas, y en la parte inferior (-) las negativas. De este modo quedan indicadas las tolerancias también en posición.

En la figura anterior se muestran distintos ejemplos de cotas con sus respectivas posiciones de las tolerancias de cada una de ellas.