AJUSTES Y TOLERANCIAS INTERCAMBIABILIDAD Caracterstica de un sistema

AJUSTES Y TOLERANCIAS INTERCAMBIABILIDAD: Característica de un sistema de fabricación en el que todas las piezas obtenidas responden a los requisitos fijados de antemano. Condiciones: Especificar tolerancias e implementar métodos de fabricación que aseguren el cumplimiento de las mismas. VENTAJA SEconomía de materias primas: menor cantidad de rechazos Aumento de la productividad Economía de mano de obra correctiva: se evitan los retoques y ajustes manuales en las superficies de asiento Facilidad de montaje: no hay dificultades por estar la pieza dentro de la tolerancia. Puede sistematizarse y/o automatizarse la operación

Pasos en la normalización de Medidas, Tolerancias y Ajustes Las apreciables ventajas resultantes de uniformar los criterios constructivos condujeron a extender su aplicación. Surgieron las normas de ajustes ISA, y actualmente rigen las ISO NORMAS de EMPRESAS NORMAS de PAISES ESTANDARIZAC ION INTERNACIONA L

Síntesis de las Normas ISA Definiciones referidas a piezas cilíndricas que ajustan entre sí. Los casos más corrientes son EJES Y AGUJEROS Medida nominal (DN): la consignada en los planos Medida Real: la encontrada en la pieza por medición (≈) Medida tolerada: compuesta por DN y las diferencias admisibles Medidas Límites: valores entre los que puede variar la medida real. Se consignan en los planos Medida Máxima (Dmáx): la mayor de las medidas límites Medida Mínima (Dmín): la menor de las medidas límites Diferencia Superior (DS): DS = Dmáx - DN Diferencia Inferior (DI): DI = Dmín - D N T = Dmáx – Tolerancia (T): T Dmín A y TE: tolerancias agujero y eje Línea de Cero: línea de referencia de las diferencias DS y DI (corresponde a la medida nominal DN, cuya diferencia Línea de es cero) DS 0 DS cero DN DS 0 DI 0 DS=0 DI 0 DS 0 DI 0 0 DI=0 EJE LINEA DE CERO DI 0 AGUJER O

Definiciones Generales Ajuste, asiento o acoplamiento: Denominación general de la relación entre 2 piezas encajadas, consecuencia de sus diferencias de medida antes del encaje Ajuste cilíndrico: involucra superficies encajadas cilíndricas Ajuste plano: “ “ planas Ajuste sencillo: comprende a 2 superficies encajadas Ajuste Múltiple: “ a mas de 2 superficies Ajuste Múltiple Pieza encajadas Ajuste Sencillo Exterior Pieza Interior Piezas intermedias Pieza exterior (Hembra, agujero): envuelve a una o mas piezas encajadas Pieza interior (Macho, eje): envuelta por una o mas piezas encajadas

Juego (J): diferencia entre la medida (real) interior de la pieza exterior (p. ej. : agujero) y la medida (real) exterior de la pieza interior (eje), cuando dicha diferencia es positiva. J Jmín Jmáx Juego Máximo: Jmáx = Dmáx A – Dmín E Juego Mínimo: Jmín = Dmín A – Dmáx E

Aprieto Puede suceder, de acuerdo al destino o finalidad que ha de cumplir el ajuste, se requiera que la medida máxima del agujero sea menor que la medida mínima del eje antes del encaje. En este caso, se dice que hay aprieto entre ambas piezas. Aprieto (A): cuando la diferencia entre las medidas (reales), interior de la pieza exterior (agujero) y exterior de la pieza interior A = -J Amín Amáx (eje), es negativa. A Aprieto Máximo: Amáx = Dmín A – Dmáx E = - Jmín Aprieto Mínimo: Amín = Dmáx A – Dmín E = - Jmáx El montaje deberá realizarse a presión, o por temperatura (calentando la pieza exterior o enfriando la interior), quedando finalmente una presión radial entre ambas piezas, luego de producido el encaje.

Tipos de Ajustes Una primera clasificación, reconoce tres tipos de ajustes: Ajustes Móviles Siempre poseen juego (antes y después del encaje). Se incluye el caso particular de Jmín = 0 Ajustes Indeterminad Pueden dar juego o aprieto, según los os valores de las medidas reales de las piezas que los componen Ajustes Prensados Siempre presentan aprieto antes del encaje

Ajustes Indeterminados Amáx Jmá x Caso 1: presenta Amáx > Jmáx Caso 2: presenta Amáx < Jmáx Amáx Caso 1 Caso 2 Se adopta un ajuste indeterminado cuando el conjunto debe cumplir simultáneamente los siguientes requisitos: Las piezas deben permitir desmontaje sin deterioro de sus superficies de contacto La excentricidad admisible es pequeña No debe adoptarse un ajuste indeterminado cuando debe haber movimiento relativo entre las piezas, ni cuando debe transmitirse potencia sin emplear elementos que impidan el giro relativo (chaveta, espina, prisionero)

Esquemas de Ajustes de los 3 tipos Indeterminad Caso 1 Caso 2 os TE TA TA TE TA A J J TE Móvil Indeterminado con tendencia a Juego: J > A Indeterminado con tendencia a Aprieto: A > J Prensa do A

Ajustes normalizados Serie sistemática de ajustes con diversos juegos y aprietos Cada serie contiene zonas de medidas nominales normalizadas 16 calidades IT (precisiones): IT 1 a IT 16 (normas Cada ISA) zona consta 20 “ IT “ : IT 01, IT 0, IT 1 a IT 18 de calidad IT (normas ISO) Cada lleva asociada una tolerancia, referida a la pieza suelta Unidad de tolerancia internacional “i ”: base para el cálculo de D en las tolerancias [mm] (media geométrica del campo de medidas nominales) D 1 y D 2: medidas extremas del campo A cada calidad IT se le fijó un número “Ut” de unidades “i”, de donde surge el valor de la tolerancia “T”, como: T = Ut. i

Tolerancias Fundamentales Para las calidades IT 5 e IT 18, el Ut de cada grado es 60% mayor que el anterior Calidad IT 5 Tolerancia 7 i T = Ut. i 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 10 i 16 i 25 i 40 i 64 i 100 i 160 i 250 i 400 i 640 i 1000 i 1600 i 2500 i Para las calidades mas precisas IT 1 a IT 4 se aplica T = K (1+0, 1 D), con K=1, 5 – 2, 8 y 4 respectivamente) Aplicaciones usuales para las diferentes calidades IT 01 a IT 1: pequeña mecánica de precisión, óptica y relojería IT 1 a IT 4 : calibres y piezas mecánicas de precisiones extremas IT 5 a IT 11: para piezas acopladas entre sí, reservándose las 5 y 6 para fabricaciones precisas con rectificados finos; 7 para precisiones normales obtenidas con rectificado, escariado o brochado y torneado fino; 8 obtenible con buenas herramientas y máquinas-herramientas de corte (no aplicada a acoplamientos fijos o forzados); 9 para mecánica corriente; 10 para mecánica ordinaria y 11 para operaciones de desbastado en máquinas muy bastas y en general donde las mismas no trabajan acopladas

Zona de Tolerancia Espacio comprendido entre las líneas que representan los límites máximo y mínimo admisibles para la cota. Está definido por la magnitud de la tolerancia T y su posición relativa a la Línea de Cero, que depende de las diferencias superior e inferior Zona de tolerancia + Límite máximo Límite mínimo T 0 Línea de cero DS DI DN

Posiciones de las Tolerancias Móviles Indeterminad Prensados os Indeterminad os Móviles Prensados

Sistemas Agujero único y Eje único Es posible acoplar libremente ejes y agujeros cualquiera sean sus posiciones respecto a la línea de cero, pero es más conveniente utilizar los Sistemas de Agujero o Eje únicos: Sistema Agujero Único (SAU): posición H DIA = 0 Sistema Eje Único (SEU): posición h Línea de Cero h H = 0 DSE DN – Pos. Agujero – Calidad Agujero – Pos. Eje – Calidad Eje NOTACIÓN: orden en el que se indican los datos Ejemplos: 35 H 7/r 6 (Sistema Agujero Único) del ajuste: 13 E 9/h 8 (Sistema Eje

Diferencias DS y DI Mayoritariamente la posición, para cada letra, tiene un valor fijo para la menor distancia a LC (DS o DI según el caso), cualquiera sea su calidad IT. Se resume a continuación: Los EJES “a” hasta “h” tienen =DS para todas las calidades IT “ “ “m” “ “zc” “ =DI “ “ siendo DI=0 para “k” (salvo IT 8) “ “ “js” tienen DI y DS equidistantes de LC (DS = -DI) “ “ “j” tienen DI y DS no equidistantes de LC (DS -DI) Los AGUJEROS “A” hasta “H” tienen =DI para todas las calidades IT “ “ “K” hasta “ZC”, están regidos por otras reglas “ “ “JS” tienen DI y DS equidistantes de LC (DI = -DS) “ “ “J” tienen DI y DS no equidistantes de LC (DI -DS) Nota: las diferencias DS y DI aumentan con DN

Clases de Ajustes MOVILES (h con A, B, ……. , H) SEU (H con a, b, ……. , h) SAU CLASE S INDETERMINADOS (h con Js, J, K, M, N) SEU (H con js, j, k, m, n) SAU PRENSADOS (h con P, ………, ZC)

Ajustes Móviles (tipos) Ejes (DS) Agujeros (DI) Jmín [ m] (DIA = -DSE) a A 265 +1, 3 D (hasta 120 mm) 3, 5 D (más de 120 mm) b B 140 + 0, 85 D (hasta 160 mm) 1, 8 D (más de 160 mm) c C 52 D 0, 2 ( hasta 40 mm) 95 + 0, 8 D (mas de 40 mm) d D 16 D 0, 44 e E 11 D 0, 41 f F 5, 5 D 0, 41 g G 2, 5 D 0, 34 Juego pequeño (G): guiado exacto (J crece poco con DN) Juego medio (F, E, D): Pérdidas por roce, cap. de carga, (J crece más con DN) Juego amplio (C, B, A): Marcha suave, mín. pérdidas por roce, (J crece con DN) Deslizantes (H): Desplazamientos manuales, o mecánicos no continuos (Jmín=0)

Características de los Ajustes Móviles p/cojinetes de fricción) En base a la teoría hidrodinámica, deberá establecerse el valor óptimo del ajuste, considerando una diversidad de factores: 1. Juego óptimo para que el rozamiento líquido sea mínimo 2. Espesor de la película de aceite apropiado, para cubrir las rugosidades superficiales 3. Presión específica admitida en el cojinete El DN del cojinete Para ello, antes de seleccionar el ajuste definitivo, Número de revoluciones deberán conocerse: Longitud del cojinete Lubricante utilizado, viscosidad y su variación con la temperatura Presión específica y temperatura del régimen Tipo de soporte: Sellers a rótula, con casquillo fijo, con cuña de aceite , etc. Sistema de lubricación y/o refrigeración Materiales del cojinete y del eje Rugosidad Tipo de carga (constante, variable o brusca) y la flexión del eje

Ajustes Indeterminados (tipos) Fijos ligeros (js, j): desmontaje frecuente, mínimo esfuerzo. DIE fijada por la experiencia Fijo medio (k): DI frecuencia media de desmontaje, mejor E concentricidad, mayor esfuerzo = DIE = Fijo duro (m, n): desmontaje ocasional, óptima DIE concentricidad, máximo esfuerzo =

1. En prensa Ajustes Prensados 2. Calent. Pieza ext. (ajuste por contracción) (tipos) 3. Enfriam. Pieza int. (ajuste por dilatación) 4. Combinación de los métodos anteriores Factores que debe contemplar el proyectista, que influyen en la Fuerza de adherencia Largo y espesor del cubo Eje macizo o hueco Mod. Elástico i Lím. De estricción de materiales eje/cubo Calidad superficial de las piezas del ajuste Lubricación durante el montaje Temperatura de funcionamiento Elección del ajuste Eje p: 5, 6 D 0, 41 prensado Eje s: 0, 4 D + IT 7 Esfuerzo a Admisible Eje x: 1, 6 D + IT 7 del material Eje t: 0, 63 D + IT 7 transmitir DIE Eje u: 1, 0 D + IT 7 Fza. Adh. Eje v: 1, 25 D + IT 7 Eje y: 2, 0 D + IT 7 requerida Eje z: 2, 5 D + IT 7 Amáx Eje r: media geométrica Amín entre p y s

Juego y Aprieto Medios Consideremos un Ejemplo: Ajuste Móvil 70 H 9 / f 8 DSA = +74µm DIA= 0 De las tablas de ajustes ISO normalizados surgen DSE = – 30µm DIE = – 0, 076µm Agujero: 70, 000 y 70, 074 Y las medidas límites son: mm Eje : 69, 924 y 69, 970 Diámetro medio (Agujero): Luego, las respectivas medidas medias son: mm 70, 037 mm Diámetro medio (Eje): Por lo tanto: Juego Medio (J medio) = 70, 037 – 69, 947 = 0, 090 mm = 90 m 69, 947 mm Igual valor hubiera surgido de: Jmáx + Jmín = (DSA - DIE) + (DIA - DSE) = J medio El conocimiento del Jmedio es de gran interés, da el orden de magnitud del juego real 2 mas frecuente. El operario, evitará rechazo de piezas buscando lograr diámetros medios (equidistantes de los límites). Es importante el valor del Jmedio en la elección de la zona de tolerancia para casos reales. Analogamente, el Aprieto Medio (media de los aprietos límites para ajuste prensado), se calcula mediante: A medio = (Amáx + Amín) / 2 Los ajustes móviles poseen Jmáx y Jmín, los prensados tienen Amáx y Amín, por lo cual dan respectivamente J medio y A medio ¿ Qué ocurre con los ajustes indeterminados ?

Juego y Aprieto Medios en los Ajustes Indeterminados Para ajustes indeterminados, puede existir tanto juego como aprieto Las posibilidades extremas serán: Jmáx y Amáx. El valor medio podrá dar juego o aprieto Cuando Jmáx > Amáx Jmedio Cuando Amáx >Jmáx Amedio Jmedi Jmáx – o ≷ 0 Modo de cálculo: Amáx Amedi 2 o Probabilidades en producción de piezas en serie valor % de conjuntos con Jmedio Juego valor % de conjuntos con Amedio Aprieto

Tolerancia de Ajuste (TA) Definición: diferencia entre los juegos límites o entre los aprietos límites: Para Ajustes móviles: TA = Jmáx – Jmín Para Ajustes prensados: TA = Amáx – Amín Para Ajustes indeterminados: TA = Jmáx + Amáx Además, también es la suma de las tolerancias del agujero y del eje: TA = (DS – DI)A + (DS – DI)E = TA + TE Nota: TA tiene igual valor para todos los ajustes que reúnen iguales calidades IT, aunque difieran las posiciones de sus tolerancias (pues sus TA y TE son iguales) Ejemplos: (TA=101 m para 50 H 9*/f 8 y 50 J 8/js 9; TA=64 m para 50 F 8/u 7, 50 H 8/f 7 y 50 H 8/h 7) El valor TA refjeja la precisión del ajuste, por ser la suma de las T de ambas piezas

Elección de la Calidad y Posición de las zonas de tolerancia Calida En principio, por economía, se apunta a T lo más amplias posibles d Si por vía analítica o comprobación experimental, surge que son técnicamente inapropiadas, se pasará a T más estrechas Verificando lotes de piezas, se comprueba que los valores reales más frecuentes rondan la mitad del campo de tolerancia Posición de las zonas de Los juegos y aprietos, también rondan los valores Jmedio o Amedio tolerancia La calidad para c/pieza y las posiciones entre sus T deben tratarse en conjunto Son fundamentales los juegos o aprietos límites, que inciden en el funcionamiento del ajuste, permiten conocer la tolerancia de ajuste TA, y de allí derivan T A y TE PROCEDIMIENTOS HABITUALES Búsqueda de Información (de fuentes diversas): Ajustes recomendados en normas ISO, DIN e ISA para aplicaciones conocidas, Extrapolación de casos análogos, Antecedentes propios o ajenos de resultado comprobado en mecanismos similares. Evaluación experimental: ensayo de prototipos bajo las

Ejemplos de Búsqueda de Información(1) y de Evaluación Experimental(2) (1) Por tratarse de un mecanismo que figura como ejemplo de aplicación en las normas dentro de los ajustes recomendados, se adopta directamente (2) Seleccionar un ajuste móvil para un eje y un cojinete que deben funcionar en condiciones de servicio no equiparables con antecedentes conocidos Se decide ensayar prototipos con distintos valores de juego, dentro de un rango que se estima adecuado para evaluar el comportamiento Se determina finalmente que el ajuste debe tener Jmáx=80 m y Jmín=20 m. Con esos datos se calcula la tolerancia de ajuste: Jmáx – Jmín = TA + TE ¿cómo se determinan TA y TE ? Un criterio: repartir TA en partes iguales para eje y agujero Otro criterio: asignar al agujero 1 o 2 grados de calidad IT mas basta, por el mayor grado de dificultad para su fabricación y control

Consideraciones generales para elegir Ajustes Fabricar piezas mecanizadas requiere emplear tecnologías de grados de precisión directamente relacionadas con las calidades IT, dependientes a su vez de DN Al elegir la calidad de un ajuste móvil se contemplan: la precisión requerida, y el desgaste de las piezas en servicio, que afecta su duración Se acepta como límite de uso para el agujero, la cota de la DS de igual letra, pero de la IT siguiente mas basta, y para el eje la cota de la DI de la calidad siguiente mas basta. Ello se justifica porque un par eje-agujero (nuevos) que tenga el valor Jmáx se acepta sin reparos y se le adjudica cierta vida útil; no habría razón para no conceder una extensión de vida útil a piezas que ya “hermanaron” en servicio sus superficies de asiento. Además es lógico suponer que al elegir el ajuste, se tomaron Jmáx y Jmín con margen para cubrirse de imprevisiones Conviene elegir las T según disponibilidad de P-NP y htas. del taller, y racionalizar el Nº de zonas de T y DN más frecuentes, para minimizar el Nº de P-NP y así los gastos de fabricación

Calidades IT según Tipo de Fabricación Listado de calidades IT para algunos rubros de fabricación, ordenadas en frecuencia decreciente de empleo dentro de cada especialidad Transmisiones: 8, 9, 11, 10, 7, 6 Maquinaria textil: 8, 10, 9, 7, 11, 6 Mecánica grande: 10, 8, 7, 9, 11, 6 Pequeña mecánica: 7, 6, 8, 5, 9 Maquinaria eléctrica: 7, 8, 6, 10, 9 Máquinas-herramientas: 7, 6, 5, 8 Construcciones navales: 9, 11, 7, 6, 8, 10 Maquinaria agrícola: 11, 9, 10, 8, 7, 13 Rodamientos a bolas y a rodillos, sus ejes y soportes: 6, 7, 5, 8, 9, 10, 11, 13 Motores: 7, 6, 8, 10, 5, 9, 11 Automóviles: 8, 7, 10, 6, 11, 5, 9 Aviación: 8, 7, 11, 6, 5 Locomotoras: 9, 11, 8, 10, 7, 6 Vagones: 9, 11, 8, 10, 7, 6

Elección del Sistema de Ajuste En general se prefiere el sistema agujero único (SAU) Suele ser más fácil ajustar a medida un eje, que un agujero (si los agujeros se realizan abriendo la cavidad con broca y calibrando la medida con escariador, la citada dificultad se reduce) Los escariadores, se fabrican hasta 100 mm, resultan económicos solo hasta 50 mm y son poco versátiles en comparación con los alesadores regulables) Los factores que rigen la elección del sistema son algo complejos como para poder sintetizarlos brevemente y aún más para dar reglas de aplicación general. Básicamente, son dos los factores que rigen la elección: La funcionalidad del ajuste La economía Ambos se consideran simultáneamente, pero el primero podría excluir al segundo. Una mayor comprensión conceptual, se logra mas claramente

Ejemplo (Acoplamiento) Eje Unico Agujero Unico D B Sistema Combinado D B A A A C C SA U C Fijo Móvil H 7/n 6 H 7/f 7 N 7/h 6 F 7/h 6 H 7/n 6 F 7/h 6 Ajuste AC Ajuste AB +33 n 6 D B +50 +25 +17 H 7 0 -25 f 7 -50 +25 H 7 Línea de Cero DN = 35 mm +25 Línea de Cero DN < 35 mm H 7 +33 n 6 0 SC DN = 35 mm Línea de Cero 0 -7 -25 -50 +33 +17 N 7 f 7 +17 n 6 DN = 35 mm +25 H 7 F 7 0 h 6 +25 0 -16 -33 SE U F 7 +25 h 6 0 -16

Resumen comparativo SAU vs. SEU Válido para el caso de 3 ajustes PNP

Ejemplo (Acoplamiento modificado) Agujero Unico D Sistema Combinado Eje Unico D B AA A Fijo Móvil Fijo H 7/f 7 H 7/n 6 F 7/h 6 N 7/h 6 F 7/h 6 H 7/n 6 F 7 +25 SE DU= 35 mm N -33 C Móvil +50 N 7 B A C C -7 D B h 6 0 -16 +50 F 7 Líneas de Cero DN < 35 mm Ajuste AB Ajuste AC h 6 -7 N 7 0 SA Línea de Cero U 0 -16 +25 DN = 35 mm -33 H 7 -25 -50 +50 F 7 +33 +25 H 7 Línea de Cero DN = 35 mm +25 f 7 -16 SC +33 h 6 0 -16 0 n 6 +17