La mayoría de los planos de piezas mecanizadas utilizan únicamente cotas con signo más o menos. Para piezas sencillas, esto resulta suficiente. Sin embargo, en los casos en los que las características deben relacionarse entre sí con precisión, esto plantea un problema concreto y costoso: el plano no indica realmente cuál debe ser la función de la pieza.
El sistema de cotas y tolerancias geométricas resuelve este problema al describir relaciones en lugar de limitarse únicamente a las dimensiones. Además, a menudo se aplica de forma incorrecta, con símbolos dispersos por los planos por parte de ingenieros que han aprendido la notación sin comprender lo que cuesta conseguir cada cota.
Esta guía aborda las indicaciones que deben figurar en el plano de una pieza mecanizada, qué se pide al operario de mecanizado en cada una de ellas y en qué aspectos la GD&T permite ahorrar dinero en lugar de generarlo.
El problema que resuelve la GD&T
Imaginemos una placa con cuatro orificios de fijación, dimensionados con tolerancias de más-menos respecto a un borde.
En este sistema, la posición de cada orificio se controla de forma independiente, en los ejes X e Y, a partir de un borde de referencia. La zona de tolerancia de cada orificio es un cuadrado. Sin embargo, a un perno que atraviesa el orificio no le importa la zona cuadrada, sino el juego radial, por lo que la zona cuadrada es una descripción deficiente de lo que realmente importa.
Y lo que es peor, las tolerancias se acumulan. Si el orificio uno tiene una tolerancia respecto al borde y el orificio dos respecto al orificio uno, su relación conlleva ambas tolerancias. En una pieza con varias cotas encadenadas, la tolerancia acumulada puede superar la permitida por cualquier característica individual.
La GD&T aborda ambos aspectos. La tolerancia de posición define una zona circular que se ajusta al requisito funcional, y cada característica se refiere a puntos de referencia definidos, en lugar de encadenarse entre sí.
Lo primero son los datos
Todo en GD&T hace referencia a puntos de referencia. Si se eligen mal, el resto del esquema, por muy cuidadosamente que se aplique, describirá algo erróneo.
Un punto de referencia es una referencia derivada de una característica física de la pieza, y los puntos de referencia suelen establecerse en una secuencia de tres: primario, secundario y terciario. Juntos definen completamente la pieza, de modo que cualquier medición sea repetible.
Selecciona los datos por función. El punto de referencia principal debe ser la superficie sobre la que descansa realmente la pieza o con respecto a la cual se posiciona en su conjunto. Si la pieza se atornilla a una placa, la superficie de contacto es el punto de referencia principal. Si se posiciona sobre un eje, lo es el orificio.
El error más habitual en materia de GD&T es elegir puntos de referencia por motivos de comodidad a la hora de trazar el plano, en lugar de por su función. Cuando el sistema de puntos de referencia no se ajusta al uso que se le da a la pieza, el plano establece relaciones erróneas y es posible que algunas piezas que superan la inspección no puedan montarse correctamente.
Indica explícitamente la secuencia de datos. A|B|C significa algo distinto de B|A|C, ya que el orden determina qué superficie limita la pieza en primer lugar.
Las notas que conviene conocer
Existen catorce características geométricas. Unas pocas cubren la mayoría de los requisitos de las piezas mecanizadas.
Posición
La indicación más útil y más utilizada en las piezas mecanizadas.
La posición determina la ubicación de un elemento con respecto a los planos de referencia, con una zona de tolerancia circular en lugar de cuadrada. En el caso de los orificios y los salientes, esto se ajusta directamente a su función, ya que el juego es radial.
El puesto también permite condición óptima del material, indicado con una «M» encerrada en un círculo. Esto proporciona una tolerancia posicional adicional a medida que la pieza se aleja de su estado de máximo material. En la práctica, un orificio que se encuentra en el extremo superior de su tolerancia dimensional dispone de mayor holgura, por lo que puede estar más desviado de su posición y aún así ensamblarse.
La MMC es una tolerancia verdaderamente libre, en la que lo que se exige es el ensamblaje y no una ubicación precisa. Aplicarla cuando sea adecuado reduce los costes sin mermar la funcionalidad, y es uno de los casos más claros en los que la GD&T ahorra dinero en lugar de generarlo.
Planitud
Determina el grado de planitud de una superficie, independientemente de cualquier referencia. Resulta útil para caras de sellado, superficies de montaje y cualquier lugar en el que una superficie deba quedar perfectamente alineada.
Conseguir una planitud precisa en una superficie extensa resulta realmente difícil y puede requerir un rectificado o un lapeado en lugar de un fresado. Especifícalo cuando sea necesario para el funcionamiento y omítelo cuando no lo sea.
Perpendicularidad
Determina el grado de perpendicularidad de un elemento respecto a un punto de referencia. Es habitual en los orificios respecto a una cara de montaje y en las paredes respecto a una base.
Paralelismo
Determina el grado de paralelismo de un elemento con respecto a un punto de referencia. Es habitual en caras opuestas en las que es importante que el espacio o el espesor sean uniformes.
Concentricidad, excentricidad y excentricidad total
En el caso de las piezas giratorias, suele ser más útil y considerablemente más económico comprobar la excentricidad que la concentricidad.
La concentricidad se define en función de puntos medianos derivados y resulta difícil de medir. La excentricidad se mide haciendo girar la pieza y leyendo el movimiento del indicador, lo cual es sencillo.
En la mayoría de las aplicaciones rotativas, la excentricidad es el parámetro relevante y el que se debe priorizar. A menudo se especifica la concentricidad cuando lo que se pretendía era la excentricidad, lo que supone un coste adicional de inspección sin aportar ningún beneficio funcional.
Perfil de una superficie
Una nota explicativa versátil que controla la forma, la orientación y la ubicación de una superficie dentro de una zona de tolerancia. Resulta útil para superficies contorneadas en las que el dimensionamiento «más-menos» resulta poco práctico, y se utiliza cada vez más como control de uso general.
Cilindridad y circularidad
Controla la redondez de los elementos cilíndricos. Es relevante para los orificios de los rodamientos, las superficies de sellado y los ajustes de precisión. Ambos requieren un gran esfuerzo tanto para mantenerlos ajustados como para verificarlos, por lo que conviene reservarlos para aquellos elementos que realmente los necesiten.
Cuánto cuesta cada servicio
Esta es la parte que suele faltar en la mayoría de los cursos de formación sobre GD&T, y es lo que determina si tu plano resulta económico.
Tolerancias de posición muy ajustadas requieren una configuración precisa y un buen sistema de sujeción. Cuando las características de diferentes caras deben encajar perfectamente entre sí, lo ideal es mecanizarlas en una sola configuración, lo que puede empujar la pieza hacia mecanizado multieje que, de otro modo, sería innecesario.
Gran planitud en una superficie extensa puede que sea necesario rectificarlo o pulirlo tras el mecanizado.
Cilindricidad ajustada puede que sea necesario realizar un bruñido o un rectificado en lugar de un mandrinado.
Perpendicularidad muy precisa entre elementos situados en caras diferentes es una de las cosas más costosas que se pueden pedir, ya que requiere una única configuración o un reajuste muy preciso.
Cualquier cosa que requiera una inspección especializada implica un coste de medición. La elaboración y ejecución de un programa para una máquina de medición por coordenadas lleva tiempo, y la verificación de esquemas complejos de GD&T requiere más tiempo que la de los sencillos.
El principio práctico: cada indicación geométrica debe estar vinculada a un requisito funcional. Si no se puede explicar qué falla cuando no se cumple dicha indicación, esta no debería aparecer en el plano.
Cómo se ahorra dinero con el GD&T
Vale la pena dejarlo claro, ya que a menudo se considera que el GD&T supone un coste adicional.
Las zonas de tolerancia redondas abarcan una superficie mayor que las cuadradas para obtener el mismo holgura funcional. La conversión de un sistema de «más-menos» a una tolerancia posicional suele ofrecer al operario más margen de maniobra, al tiempo que permite un mejor control de la pieza.
MMC concede una tolerancia adicional cuando sea necesario realizar un montaje.
Eliminar la acumulación de tolerancias. Al referenciar las características a sistemas de referencia en lugar de encadenarlas, se elimina el error acumulado, lo que a menudo significa que las tolerancias individuales pueden ser más holgadas que las que exigiría un esquema de encadenamiento.
Expresar claramente la intención evita las conjeturas. Un operario que sabe lo que es importante puede elegir las configuraciones y los dispositivos de sujeción en consecuencia. Un plano en el que todas las tolerancias son iguales obliga a partir de supuestos conservadores en todos los aspectos.
Una aplicación correcta de la GD&T suele dar lugar a una pieza más barata que el dimensionamiento con márgenes de tolerancia («más-menos») para el mismo requisito. Una aplicación incorrecta de la GD&T da lugar a una pieza más cara.
Aspectos prácticos de la fabricación en el extranjero
Indica la norma. Las normas ASME Y14.5 e ISO GPS difieren en algunos aspectos concretos, por lo que en el plano debe indicarse cuál de ellas es aplicable. Darlo por supuesto es motivo de auténticas discrepancias.
Proporcione un plano en 2D con todas las cotas junto con el modelo en 3D. La definición basada en modelos funciona cuando ambas partes están preparadas para ello. Cuando no es así, el plano en 2D constituye el documento contractual.
Identifica explícitamente las características fundamentales. Una nota en la que se indiquen las características críticas ayuda al proveedor a planificar los ajustes y las inspecciones en función de lo que realmente importa. Muchos proveedores lo preguntarán; facilitar esta información por iniciativa propia ahorra un ciclo.
Especifica los requisitos de inspección. ¿Qué características deben incluirse en los informes, con qué frecuencia de muestreo y en qué formato? Acuádalo en la fase de presupuesto, en lugar de hacerlo tras la entrega.
Prepárate para preguntas sobre esquemas ambiguos. Un proveedor que consulta tu esquema de datos está prestando atención al plano. Quien presente un presupuesto sin hacer preguntas sobre un plano complejo de GD&T quizá no lo haya leído con detenimiento.
Errores habituales
Datos seleccionados para facilitar la elaboración del borrador en lugar de funcionar. El error más grave, ya que todo lo demás se deriva de él.
Exceso de tolerancia. Aplicar controles geométricos muy estrictos a características que no los necesitan, lo que aumenta los costes y la carga de inspección sin mejorar la pieza.
Concentricidad, cuando en realidad se refería a la excentricidad. Supone un coste de inspección considerable sin aportar ninguna ventaja funcional en la mayoría de las aplicaciones.
Sistemas de referencia de datos incompletos. Una referencia que solo indique un punto de referencia, cuando se necesitan tres, hace que la pieza quede insuficientemente condicionada y que la medición resulte ambigua.
Mezcla inconsistente de GD&T y «más-menos», por lo que no queda claro cuál de los dos controla una función concreta.
No aplicar el MMC cuando se requiera la ensamblación. Se ha dejado margen de tolerancia sobre la mesa.
Decidir qué necesita tu dibujo
Analiza la pieza desde el punto de vista funcional.
- ¿Con qué pieza encaja esta pieza y en qué superficies?
- ¿Qué características deben estar relacionadas entre sí y en qué medida?
- ¿Qué es lo que falla realmente si no se cumple una relación determinada?
- ¿Qué superficies definen la posición de la pieza durante su uso? ¿Son esas tus referencias?
- ¿En qué casos se exige el montaje en lugar de una ubicación precisa, por lo que se aplica el MMC?
- ¿Qué características requieren realmente un control geométrico y cuáles se pueden gestionar adecuadamente solo con la tolerancia dimensional?
Todo lo que supere esa revisión debe incluirse en el plano. Todo lo que no la supere supone un coste adicional.
Nuestra guía sobre Factores que influyen en el coste del mecanizado CNC explica cómo las decisiones sobre tolerancias se reflejan en el precio ofertado.
Cómo hacer que revisen un dibujo
Lo más útil a la hora de revisar un esquema de GD&T es que el fabricante lo lea antes de presentar el presupuesto. Las ambigüedades, el exceso de tolerancias y los problemas relacionados con los puntos de referencia se hacen evidentes para quien planifica cómo sujetar y mecanizar la pieza.
Elite Mold Tech ofrece una revisión de DFM antes de elaborar el presupuesto en todos los casos Mecanizado CNC, que abarca el esquema de tolerancias, además de la geometría y el material. Al enviar un plano, se obtienen comentarios específicos sobre qué especificaciones influyen en el coste y en qué aspectos podrían flexibilizarse sin afectar a la funcionalidad.
Preguntas frecuentes
P: ¿Es necesario incluir GD&T en todos los planos de piezas mecanizadas?
R: No. Las piezas sencillas con características independientes se controlan adecuadamente mediante el dimensionamiento «más-menos». La GD&T cobra importancia cuando las características deben relacionarse entre sí con precisión o cuando la acumulación de tolerancias supone un problema.
P: ¿El GD&T encarece las piezas?
R: Si se aplican mal, sí. Si se aplican bien, a menudo ocurre lo contrario, ya que las zonas de tolerancia redondas y la condición máxima del material ofrecen una tolerancia útil mayor que los esquemas equivalentes de más-menos.
P: ¿Qué es el estado máximo del material?
R: Un modificador que otorga una tolerancia posicional adicional cuando una pieza se desvía de su dimensión máxima de material. Cuando se requiere un juego de montaje, proporciona una tolerancia verdaderamente libre sin afectar al funcionamiento.
P: ¿Debería utilizar la concentricidad o la excentricidad?
R: En la mayoría de los casos, la excentricidad. Describe lo que importa en las piezas giratorias y se mide simplemente haciendo girar la pieza, mientras que la concentricidad es difícil de verificar y aumenta el coste de la inspección.
P: ¿Cómo elijo los puntos de referencia?
R: Por función. La referencia principal debe ser la superficie con respecto a la cual se sitúa realmente la pieza en su conjunto, y no la superficie que resulte más cómoda para indicar las cotas en el plano.
