Rugosidad, Ajuste y Tolerancia.2

UNIVERSIDAD DE LA SERENA FACULTAD DE INGENIERA DEPARTAMENTO INGENIERÍA MECÁNICA

Rugosidad, ajuste y tolerancia.

Nombre: Mario Muñoz Cortés. Fecha de entrega: 15/07/2013.

Resumen. En la realidad fabricar una pieza con dimensiones absolutamente exactas y con una superficie absolutamente sin rugosidad es imposible. Es por ello ello que a través del tiempo, se han implementado métodos las cuáles tratan de mejorar el diseño y confección de las piezas dentro de la industria, para lograr esto se debe tener en conocimiento pleno qué es realmente rugosidad, ajuste y tolerancia. Ya que con esto, la fabricación de piezas se vuelve más precisa y cumple con todos los requerimientos pedidos por la industria.

Relación Ajuste y Tolerancia. Las dimensiones de una pieza están siempre afectadas por unas tolerancias de fabricación, bien indicadas en al propia cota o bien por las tolerancias generales especificadas en el plano, estas tolerancias deben ser lo mas aplias  posibles para el buen funcionamiento de la pieza dentro del conjunto. ¿Por qué no todas las piezas son iguales? Aún en los tiempos actuales, no es  posible fabricar dos piezas exactamente iguales, esa variación deficuta el ajuste con el resto de piezas, que a su vez , tampoco son exactamente iguales entre si. Las tolerancias son el margen de error   permitido en la fabricación, que permiten la fabricación en serie, sin la necesidad de realizar los ajustes pieza a pieza y lo que es mas importante aún, permitiendo la intercambiabilidad de las piezas: todas las  piezas fabricadas cumpliendo los requisitos, puedas ser intercambiadas dentro de cualquier conjunto.

Tolerancia: concepto propio de la metrología industrial, que se aplica a la fabricación de piezas en serie. Dada una magnitud significativa y cuantificable propia de un  producto industrial (sea alguna de sus dimensiones, resistencia, peso o cualquier  otra), el margen de tolerancia es el intervalo de valores en el que debe encontrarse dicha magnitud para que se acepte como válida, lo que determina la aceptación o el rechazo de los componentes fabricados, según sus valores queden dentro o fuera de ese intervalo.

Valores de tolerancia: Los valores de tolerancia dependen directamente de la cota nominal del elemento construido y, sobre todo de la aplicación del mismo. A fin de definir las tolerancias, se establece una clasificación de calidades (normalmente se definen de 01, 1, 2, …,16) que, mediante una tabla, muestra  para determinados rangos de medidas nominales los diferentes valores máximos y mínimos en función de la calidad seleccionada. Dimensión: Es la cifra que expresa el valor numérico de una longitud o de un ángulo. Dimensión nominal (dN para ejes, DN  para agujeros): es el calor teórico que tiene una dimensión, respecto al que se consideran las medidas límites. Dimensión efectiva:(de para eje, De para agujeros): es el valor real de una dimensión, que ha sido delimitada midiendo sobre la pieza ya construida.

Dimensiones límites (máxima, dM para ejes, DM para agujeros; mínima, dm para ejes, Dm para agujeros): son los valores extremos que puede tomar la dimensión efectiva. Desviación o diferencia: es la diferencia entre una dimensión y la dimensión nominal. Diferencia efectiva: es la diferencia efectiva entre la medida efectiva y la dimensión nominal. Diferencia superior o inferior: es la diferencia entre la dimensión máxima / mínima y la dimensión nominal correspondiente. Diferencia fundamental: es una cualquiera de las desviaciones límites (superior o inferior) elegida convenientemente para definir la posición de la zona de tolerancia en relación a la línea cero. Línea de referencia o línea cero: es la línea recta que sirve de referencia para las desviaciones o diferencias y que corresponde a la dimensión nominal. Tolerancia (t para ejes, T para agujeros): es la variación máxima que puede tener la medida de la pieza. Viene dada por la diferencia entre las medidas límites, y coincide con la diferencia entre las desviaciones superior e inferior. Zona de la tolerancia: es la zona cuya amplitud es el valor de la tolerancia. Tolerancia fundamental: es la tolerancia que se determina para cada grupo de dimensiones y para cada calidad de trabajo.

Ajuste: relación mecánica existente entre dos  piezas que pertenecen a una máquina o equipo industrial, cuando una de ellas encaja o se acopla en la otra.

o giro tiene que ser con presión o fuerza manual.

Giratorio: Las piezas necesitan estar   bien lubricadas y pueden girar con cierta holgura. ◦

Holgado medio: son piezas móviles que giran libremente y pueden estar o no lubricadas. ◦

Muy holgado: son piezas móviles con mucha tolerancia que tienen mucho juego y giran libremente. ◦

Tipos de ajustes: Existen varios tipos de ajuste de componentes, según cómo funcione una pieza respecto de otra. Los tipos de ajuste más comunes son los siguientes:

Forzado muy duro: El acoplamiento de las piezas se produce por dilatación o contracción, y las piezas no necesitan ningún seguro contra la rotación de una con respecto a la otra. ◦

Forzado duro: Las piezas son montadas o desmontadas a presión pero necesitan un seguro contra giro, chaveta  por ejemplo, que no permita el giro de una con respecto a la otra. ◦

Simbología: Mediante el símbolo de una letra mayúscula para agujeros y minúscula para ejes, se define la distancia a la que se encuentran los intervalos de tolerancias del nominal. Para agujeros: Las posiciones A, B, C, CD, D, E, F, EF, FG, G dan un diámetro mayor que el nominal. ◦

La posición H tiene su menor medida en el valor nominal. ◦

Las posiciones P, R, S, T, U, V, X, Y, Z, ZA, ZB, ZC dan un diámetro menor que el nominal. ◦

Para ejes: Las posiciones a, b, c, cd, d, e, f, ef, fg, g, dan un diámetro menor que el nominal. ◦

Forzado medio: Las piezas se montan y desmontan con gran esfuerzo, y necesitan un seguro contra giro y deslizamiento. ◦

Forzado ligero: o las piezas se montan y desmontan sin gran esfuerzo, con mazos de madera. ◦

Deslizante: Las piezas tienen que tener  una buena lubricación y su deslizamiento ◦

La posición h tiene su medida menor  que el valor nominal. ◦

Las posiciones p, r, s, t, u, x, y, z, za, zb, zc dan un diámetro mayor que el nominal. ◦

Forma gráfica.

Otros parámetros de ajustes.

Sistema de árbol único: En este sistema,  para toda clase de ajuste, la medida máxima del eje o árbol corresponde con el nominal del mismo y los agujeros tendrán distintos intervalos de tolerancia,  para conseguir los aprietes o juegos necesarios.

Paralelismo: a veces en determinados componentes se hace necesaria una gran  precisión en el paralelismo que tengan determinadas superficies mecanizadas por  lo que se indican en los planos constructivos los límites de paralelismo que deben tener dichas superficies. Perpendicularidad: la perpendicularidad entre una superficie cilíndrica refrentada y su eje axial también puede ser crítica en algunas ocasiones y también requiere  procedimientos para su medición y control.

Sistema de agujero único: En la figura se ve, tomando como base este sistema, como se obtienen los tres tipos  principales de ajuste teniendo un agujero de un mismo diámetro y cambiando los diámetros de los ejes que se introducen en el mismo.

Redondez: hay componentes que exigen una redondez muy precisa de sus superficies cilíndricas, porque en algunas máquinas que sean deficientes pueden  producir óvalos en vez de circunferencias. Conicidad: Hay superficies cónicas y lo que es necesario controlar es la conicidad que tienen para que esté dentro de los datos previos de los planos. Planitud: es el nivel de horizontalidad que tiene una superficie que haya sido mecanizada previamente. Curvas esféricas: es necesario verificar  todo el perfil esférico de una pieza. Concentricidad: que deben tener varios diámetros de una pieza que tengan eje común.

Una tolerancia pierde todo su valor si las irregularidades de la superficie (estado superficial o rugosidades) son mayores que la tolerancia Las rugosidades superficiales son el conjunto de irregularidades de la superficie real, definidas convencionalmente en una sección donde los errores de forma y las ondulaciones han sido eliminados El aspecto de la superficie de una  pieza depende, principalmente, del material con el cual se fabrica la pieza y de su proceso de conformado En el proceso de fabricación existe una implicación económica, por lo que en el proceso de fabricación debe cumplir dos condiciones: Calidad mínima: La calidad de la superficie debe ser suficiente  para que la pieza cumpla su función (poco coste) Calidad máxima: La calidad de las  piezas debe ser compatible con el costo de la pieza y, por tanto, no debe ser mayor del necesario (mucho coste)

Respecto a la forma de las irregularidades  Nos centraremos en la medida respecto a la dirección de las alturas,  porque son estos tipos de parámetros los que tienen relación directa con las tolerancias dimensionales y, por tanto, también con ajustes. 

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Parámetros Hay muchos parámetros que nos sirven  para medir la rugosidad, y todos ellos se pueden clasificar en 3 tipos fundamentales: Respecto a la dirección de las alturas Desviación media aritmética del perfil, altura de las irregularidades en diez puntos, altura de una cresta del  perfil, profundidad de un valle del perfil, altura de una irregularidad del perfil, profundidad de un valle del perfil, etc.) Respecto a la dirección transversal 

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En muchos casos, las superficies sin mecanizar presentan rugosidades sin ninguna dirección preferente. El tamaño de estas rugosidades depende del proceso de fabricación de la  pieza en bruto. El proceso de mecanizado, además de reducir la rugosidad inicial, introduce estrías en la superficie de la  pieza, según la dirección en la cual se produce el arranque de material. En la siguiente figura se muestra una  pieza torneada (donde se aprecia la dirección de las estrías). Se genera una orientación de la rugosidad, adoptando la superficie la forma de una sucesión de valles y crestas.

RUGOSIDADES DEL MECANIZADO

Las normas de rugosidad son las siguientes: DIN 4762, DIN 4768, DIN 4771, DIN 4775 El alcance de la rugosidad de superficies se encuentra en la norma DIN 4766-1 

Se denomina rugosidad Ra a la media aritmética de las desviaciones de la curva del perfil con respecto a la línea media de la longitud básica Longitud básica " longitud de la línea de referencia donde se medirá la rugosidad superficial, donde actuará el rugosímetro. La longitud de evaluación consistirá en una o más longitudes básicas. La línea media se obtiene por   procedimientos matemáticos (como el método de los mínimos cuadrados). Para la curva de la figura, siendo a n las alturas de las crestas o las  profundidades de los valles, la rugosidad Ra se estimaría como:

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Los valores de rugosidad Ra se clasifican en:

ESTIMACIÓN DE LA RUGOSIDAD RUGOSÍMETRO " Instrumento de medida de la rugosidad superficial El rugosímetro determina electrónicamente el perfil de la pieza en una sección transversal con respecto a la dirección de las estrías Se mide la profundidad de la rugosidad media en diez puntos Rz , y el valor de la rugosidad media Ra , expresada en micras 1 micra = 1 µm = 0,000001 m = 0,001 mm 

una serie de intervalos Nx (siendo x un número del 1 al 12) según se indica en la Tabla de clases de rugosidad Las clases de rugosidad se pueden agrupar, según la apreciación visual o táctil, en los siguientes grados:  N1-N4" La superficie es especular.  N5-N6" Las marcas de mecanizado no se aprecian ni con el tacto ni con la vista (pero si con lupa).  N7-N8" Las marcas de mecanizado se aprecian con la vista pero no con el tacto. 

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 N9-N12" Las marcas de mecanizado se aprecian con la vista y con el tacto. 

Bibliografía. Rugosidad: Ajuste y Tolerancia: