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

.