Tolerancias, Ajustes y Metrología: Fabricación y Medición de Precisión

Tolerancias y Ajustes: Conceptos Clave

¿Con qué calidad fabricamos? Con la calidad necesaria.

Concepto de diseño: Obtenemos una dimensión nominal, por ejemplo, un diámetro.

¿Con qué criterios vamos a fabricar la dimensión nominal? Antiguamente se intentaba fabricar lo más cercano posible a la dimensión nominal (Dn). En la actualidad, el criterio es fabricar con la precisión necesaria para un correcto funcionamiento del mecanismo o dispositivo. Para establecer un método normalizado de fabricación, se crea un sistema de tolerancias y ajustes.

Calidad de Fabricación

La diferencia entre la dimensión máxima y la mínima (valores extremos de fabricación) nos define la calidad de fabricación.

Posición de la Zona de Tolerancia

Mi calidad o tolerancia de fabricación me va a dar un segmento de trabajo, o sea, límites entre los cuales voy a construir mi pieza.

Se utiliza una LETRA (posición respecto de la dimensión nominal) + NÚMERO (calidad).

• Para agujeros: letra mayúscula.
• Para ejes: letra minúscula.

Valores de Discrepancia Fundamentales

Cada letra está asociada a un valor que define su posición respecto de la dimensión nominal.

Ajustes

Cuando dos piezas son destinadas a unirse entre sí, pueden tener la finalidad de una unión fija o móvil. Así, construimos cada uno de los componentes según un ajuste. Hay dos métodos básicos: agujero único y eje único.

• Agujero único (giratorio, deslizante, fijo).
• Eje único (giratorio, deslizante, fijo).

Instrumentos de Medición y Control

Conceptos de Medidas

La medida de una magnitud es la relación existente entre dicha magnitud y otra de la misma especie tomada como unidad. El valor de una medida expresa, por lo tanto, el número de veces que la unidad está comprendida en la magnitud a medir. La operación en la que se determina la medida de la magnitud se denomina medición.

Unidad de Medida de Longitud: Sistema Métrico Decimal

METRO: El sistema internacional define al metro tomando como referencia la longitud de onda del criptón 86 en el vacío. En Argentina, la unidad de medida de cualquier magnitud física está regida por el SIMELA (Sistema Métrico Legal Argentino), basado en el SI. En el SIMELA, para la magnitud longitud, la unidad es el metro [m].

Errores de Medida

Todas las mediciones, aun realizadas con la máxima escrupulosidad y con los instrumentos más perfeccionados, están sujetas a errores que pueden reducirse, pero no eliminarse totalmente. Se define error de medida a la desviación entre la indicación dada por los aparatos y la verdadera magnitud de lo que se mide.

• Error absoluto: diferencia algebraica entre la lectura L en el instrumento y el valor efectivo G de la magnitud medida: Ea = L - G.
• Error absoluto medio: es la diferencia algebraica entre el valor medio de N lecturas y el valor real de la magnitud medida: Eam = ((L1 + L2 + ... + Ln) / n) - G.
• Error relativo: es la relación entre el valor absoluto Ea y el valor efectivo G de la magnitud medida: Er = Ea / G.
• Error porcentual: dado por Er multiplicado por 100: E% = (Ea / G) * 100 = (L - G / G) * 100.

Causas de Errores

Los errores de medición pueden proceder de:

• Los instrumentos de medida, es decir, defectos de construcción, modificaciones estructurales sufridas con el tiempo por el material con el que están construidos. Por ejemplo, 3 milésimas en 150 mm en un año.
• El ambiente en que se realiza la medición, variaciones de la temperatura que ocasionan contracción y dilatación tanto del objeto a medir como del propio aparato de control. Por este motivo, se prescribe que la temperatura ambiente de trabajo sea de 20º C.
• Errores debidos al operador: error de colocación del instrumento, error de visualización.

A los errores dependientes del aparato y de las condiciones ambientales se les denominan errores sistemáticos. A los errores dependientes del operador o de otras causas se les denomina errores accidentales; se pueden atenuar con varias mediciones y obteniendo la medida resultante de ellas.

• Aproximación: Es la más pequeña fracción de medida que puedo leer en un instrumento.
• Apreciación: Es la estimación de la medida que hace el operador de una fracción de escala.

Calibre Pasa o No Pasa

Para producciones en serie, es impráctico controlar con calibre pie de rey u otro instrumento con el que haya que tomar lectura del nonio u otro visor. En tal caso, utilizamos calibre pasa o no pasa.

• Si el NO PASA, pasa, está chico. Si el NO PASA, no pasa, no está chico.
• Si el PASA, no pasa, está grande. Si el PASA, pasa, no está grande.

Metrología

La metrología es la ciencia e ingeniería de la medida, incluyendo el estudio, mantenimiento y aplicación del sistema de pesos y medidas. Actúa tanto en los ámbitos científico, industrial y legal, como en cualquier otro demandado por la sociedad. Su objetivo fundamental es la obtención y expresión del valor de las magnitudes, garantizando la trazabilidad de los procesos y la consecución de la exactitud requerida en cada caso; empleando para ello instrumentos, métodos y medios apropiados.

Instrumentos de Medición Comunes

• Pie de rey o calibrador vernier universal: para medir con precisión elementos pequeños (tornillos, orificios, pequeños objetos, etc.). La precisión de esta herramienta llega a la décima, a la media décima de milímetro e incluso llega a apreciar centésimas de dos en dos (cuando el nonio está dividido en cincuenta partes iguales). Para medir exteriores se utilizan las dos patas largas, para medir interiores (p.e. diámetros de orificios) las dos patas pequeñas, y para medir profundidades un vástago que va saliendo por la parte trasera, llamado sonda de profundidad. Para efectuar una medición, ajustaremos el calibre al objeto a medir y lo fijaremos. La pata móvil tiene una escala graduada (10, 20 o 50 divisiones, dependiendo de la precisión).
• Micrómetro, perno micrométrico o Palmer: es un instrumento que sirve para medir con alta precisión (del orden de una micra, equivalente a 10^-6 metros) las dimensiones de un objeto. Para ello, cuenta con 2 puntas que se aproximan entre sí mediante un tornillo de rosca fina, el cual tiene grabado en su contorno una escala. La escala puede incluir un nonio. Frecuentemente, el micrómetro también incluye una manera de limitar la torsión máxima del tornillo, dado que la rosca muy fina hace difícil notar fuerzas capaces de causar deterioro de la precisión del instrumento.
• Reloj comparador: es un instrumento que permite realizar comparaciones de medición entre dos objetos. También tiene aplicaciones de alineación de objetos en maquinarias. Necesita de un soporte con pie magnético.
• Gramil o calibre de altitud: es un instrumento capaz de realizar mediciones en altura verticalmente, y realizar señalizaciones y paralelas en piezas.
• Goniómetro universal: es un instrumento que mide el ángulo formado por dos visuales, cifrando el resultado. Dicho ángulo podrá estar situado en un plano horizontal y se denominará “ángulo azimutal”; o en un plano vertical, denominándose “ángulo cenital” si el lado origen de graduación es la línea cenit-nadir del punto de estación; o “ángulo de altura” si dicho lado es la línea horizontal del plano vertical indicado que pasa por el punto de vista o de puntería.
• Lupa: es un instrumento de inspección que permite ver objetos y características que no es posible ver a simple vista. Consigue aumentar lo que estamos viendo, el aumento depende de la graduación óptica del instrumento.
• Microscopio: instrumento de visualización que nos permite ver aspectos o características de objetos con una visión microscópica, y con los dos ojos simultáneamente.
• Proyector de perfiles: instrumento que permite ampliar con un factor conocido, una pieza y poder observar su estructura más pequeña mediante la reflexión de su sombra.