| INSTITUTO TECNOLÓGICO DE CHIHUAHUA |
| ACABADO SUPERFICIAL Y ACUMULACIÓN DE TOLERANCIAS |
| Metrología Avanzada |
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| Daniel Antonio Sosa Luján 08061374 Jesús José Vázquez Salcido 08061377 Juan Carlos Arvizu Aguirre 08061381 Juan Carlos Hernández Villa 08061354 |
| 06/12/2011 |
Contenido
INTRODUCCIÓN
Dentro del área de la metrología en el ámbito de la Ingeniería, nos encontramos con dos casos extremos del uso de lo aprendido en este curso, estos casos son los acabados superficiales y la acumulación de tolerancia.
En el primer caso se deben tener las habilidades para interpretar, medir y saber la finalidad de los acabados superficiales; dentro de los cuales, el más común y gran parte de nuestro sujeto de estudio es el acabado por maquinado, el cual genera una rugosidad controlada útil en la superficie que tendrá que realizar una función dentro de la finalidad de la pieza. Para poder representar pictóricamente los valores de rugosidad deseados en la superficie de una pieza se utilizan varios parámetros estadísticos, dentro de los cuales podemos encontrar Ra, Rz, Rc y Ry; estos serán el centro de la siguiente investigación en el área de acabado superficial, así como el uso y finalidades de los acabados en el área de ingeniería.
Por otro lado, tenemos el tema de la acumulación de tolerancias, el cual abordaremos planteándonos una pregunta base: ¿Porque es importante el análisis de acumulación de tolerancia? Y aterrizando completamente el tema con el análisis de acumulación de tolerancia en un dibujo.
OBJETIVO
Dentro del siguiente trabajo se intenta responder y explicar:
● Uso y Aplicaciones del Acabado Superficial dentro de la Ingeniería Electromecánica.
● Significado y diferencias entre los parámetros de Rugosidad Ra, Rc, Ry y Rz.
● Importancia del análisis de la Acumulación de Tolerancias en el diseño de una pieza a la hora de realizar su plano.
También dentro de los objetivos tenemos:
● Realizar el análisis de la Acumulación de Tolerancias para una cota determinada en un dibujo de una pieza.
Todo esto con el motivo de capacitarse dentro de estas últimas dos áreas de la metrología para el futuro caso de un desempeño laboral en un departamento de diseño o de metrología; Asiendo uso de la información más fiable que podamos encontrar en el internet y libros de texto en el espacio de 2 semanas a partir del día 25 de noviembre del año 2011.
DESARROLLO
Uso y Aplicación del Acabado Superficial.
El acabado es un proceso de fabricación empleado en la manufactura cuya finalidad es obtener una superficie con características adecuadas para la aplicación particular del producto que se está manufacturando; esto incluye mas no es limitado a la cosmética de producto.
En algunos casos el proceso de acabado puede tener la finalidad adicional de lograr que el producto entre en especificaciones dimensionales [1].
El aspecto o calidad superficial de una pieza depende del material empleado en su fabricación y del proceso seguido para su terminación [2]. Obviamente la función a realizar por la pieza debe ser la que nos indique su grado de acabado superficial
Los objetivos funcionales a cumplir por una superficie deben ser:
- Protectores
- Decorativos
- Tecnológicos (Disminución o aumento del rozamiento, Resistencia al desgaste, etc.)
Para dar satisfacción a estos aspectos funcionales llegábamos a la conclusión de la necesidad de introducir tolerancias en el diseño que nos permitieran establecer los límites de aceptación o rechazo de una pieza fabricada. Pues bien, igual sucede con el mecanizado de superficies, pudiendo diferenciar dos tipos de irregularidades:
1. Rugosidades. Provocadas por las huellas de las herramientas que fabricaron la pieza.
2. Ondulaciones. Procedentes de holguras y desajustes en las máquinas-herramienta que fabricaron la pieza [3].
Diferencias entre datos de Rugosidad.
Entendemos por rugosidad de una superficie la huella que se produce en la misma como consecuencia de los procesos de mecanización a los que se ha sometido. Por lo tanto, la rugosidad está relacionada con el procedimiento de trabajo empleado de tal forma que este se elige en función de la calidad superficial que se desee obtener.
Figura 1.- Perfil amplificado de una superficie rugosa.
Línea media (Lm).- Línea imaginaria trazada de tal forma que el área de las crestas (salientes) sea igual a las de los valles (entrantes) y que corresponde al perfil medio.
Línea envolvente (Le).- Línea imaginaria que pasa por los puntos más prominentes de las crestas y se corresponde con el perfil de referencia.
Línea de fondo (Lf).- Línea imaginaria que pasa por los puntos más profundo de los valles y corresponde al perfil de base.
Profundidad de aspereza (Rt) o (Rmax).- Altura máxima de las irregularidades que se presenta en la longitud base o tramo de referencia, o bien, la diferencia entre el punto de cota más alta y el de la cota más baja o también distancia de Le y Lf a la línea media y tangentes al perfil en los puntos más alto y más bajo de la longitud básica.
Rugosidad media aritmética (Ra).-Medida aritmética de las desviaciones respecto a la línea media del perfil. Este valor de rugosidad es el valor práctico que suele utilizarse.
Rugosidad media (Rs).- Medida geométrica de las distancias del perfil de rugosidad R respecto a la línea media, en la longitud Lm.
Máxima rugosidad (Rt).- O altura máxima, distancia vertical existente entre el punto más alto y el más bajo, es decir, entre la cresta más elevada y el valle más profundo.
Altura media (Rp).- También llamada profundidad de alisadura. Distancia entre la cresta más elevada y la línea central.
Paso medio (Ar).- Valor medio de los pasos entre oscilaciones consecutivas.
Profundidad media sobre diez puntos (Rz).- valor medio de las diferencias entre los cinco picos más elevados y los cinco valles más profundos. [4]
Altura máxima del perfil (Ry).- Distancia entre el pico de cresta más alto y el fondo del valle más profundo dentro de la longitud básica.
Altura media de las irregularidades del perfil (Rc).-Es la suma de los valores medios de las alturas de las crestas y de las profundidades de los valles, dentro de la longitud básica. [8]
Importancia del análisis de Acumulación de Tolerancias.
Análisis de tolerancias es el término general para las actividades relacionadas con el estudio de la variación acumulada en las partes mecánicas ensambladas. Sus métodos pueden ser utilizados en otros tipos de sistemas sujetos a la variación acumulada, como los sistemas mecánicos y eléctricos. Ingenieros analizan las tolerancias con el propósito de evaluar dimensiones y tolerancias geométricas (GD & T).
Acumulación de tolerancias es un término utilizado para describir el proceso de resolución de problemas en ingeniería mecánica con el cual se calculan los efectos de las variaciones acumuladas permitidas por las dimensiones y tolerancias especificadas. Por lo general estas dimensiones y tolerancias se especifican en un plano de ingeniería.
La acumulación de tolerancias debe ser utilizada como parte del proceso de diseño mecánico, como una herramienta de predicción y como herramienta de resolución de problemas.
La acumulación de tolerancias utiliza los casos extremos, ya sea con los valores máximos o mínimos de las dimensiones y tolerancias, para el cálculo de la distancia máxima y mínima entre dos elementos o partes ya sea para una holgura o una interferencia.
Estadísticamente la acumulación de tolerancias evalúa los valores máximos y mínimos basados en los cálculos aritméticos combinados con algún método para establecer la probabilidad de obtener los valores máximos y mínimos reales.
Los análisis de tolerancias y la acumulación de estas son componentes esenciales para lograr un buen diseño del producto.
Las acumulaciones de tolerancias en la ingeniería nos sirven en varios ámbitos:
● Ayudar a los ingenieros y diseñadores a estudiar las relaciones dimensionales en un ensamble.
● Le da a los diseñadores los medios para calcular las tolerancias de las partes.
● Ayudar a los ingenieros de diseño para comparar propuestas.
● Ayudar a los diseñadores a completar totalmente los planos.[5]
Análisis de Acumulación de Tolerancias para una Pieza.
En el dimensionamiento de tolerancias es muy importante considerar el efecto de una tolerancia sobre otra. Cuando la ubicación de una superficie se ve afectada por más de un valor de tolerancia, dichas tolerancias son acumulativas.
Por ejemplo en la figura 2 se omite la dimensión de Z, la superficie A será controlada por las dimensiones Y y X, y puede existir una variación total de 0.010” en lugar de la variación de 0.005” permitida por la dimensión Y. Si el objeto se fabrica con las tolerancias mínimas de X, Y y Z, la variación total de la longitud de la parte será de 0.015y la parte puede tener una longitud mínima de 2.985 sin embargo, la tolerancia en la dimensión general W es de solo 0.005”, esto permite que la parte pueda tener solo la longitud mínima de 2.995. La parte estará controlada en demasiadas formas diferentes: la cual estará sobredimensionada.
Figura 2.- Pieza Sobredimensionada.
En algunos casos por razones funcionales, puede ser deseable conservar cercanas las 3 dimensiones sin considerar la anchura total de la parte. En tales casos la dimensión total debe de convertirse en una dimensión de referencia colocada entre paréntesis. En otros casos puede desearse la conservación de dimensiones como X y Y en nuestra figura, y la anchura total de la parte. En este caso, una dimensión como la Z mostrada en nuestra figura debe de omitirse o bien proporcionarse solo como una medida de referencia.
Como regla general, resulta mejor dimensionar cada superficie de manera que este afectada por solo una dimensión. Esto puede hacerse relacionando a todas las dimensiones con una sola superficie de referencia tal como se muestra en la figura 3 [6]:
.
Figura 3.-Pieza con Corrección de Sobredimensionamiento.
Análisis de Acumulación de tolerancia en la Pieza indicada.
Figura 4.- Dibujo y cota a analizar por acumulación.
Una vez que tenemos nuestra pieza y nuestra cota a la cual enfocarnos, utilizamos como punto de referencia la cota fundamental más cercana, que en este caso sería la de 1.000, distancia entre el barreno superior y la línea que contiene el centro de otros dos iguales y el barreno central. Nuestra dimensión a analizar es la distancia entre los centros de los acabados redondos en la perforación a la extrema izquierda en el plano. Notamos que a su vez, estos centros están separados cierta distancia de la línea perpendicular que pasa por los centros de los barrenos centrales. Con esto, y considerando que esta distancia perpendicular entre centros tiene un fin en el ensamble tanto del los barrenos centrales como de la perforación de la izquierda, suponemos una distancia máxima entre estos centros de acabado con ayuda de la siguiente tabla de análisis:
| POSITIVA | NEGATIVA | Tolerancia |
| 1 | | |
| | .188 | .0005 |
| | .188 | .0005 |
| 1 | .276 | .001 |
Interpretando y calculando:
1-.188-.188=.624 +/- 0.001
Como resultado obtenemos la dimensión especificada en el plano bajo condiciones de tolerancias positivas en la cota. Esto quiere decir que la cota a analizar es totalmente dispensable, ya que la dimensión se puede obtener a través de otras ya especificadas y de mayor importancia.
CONCLUSIONES
Para el diseño dimensional de una pieza deben de indicarse las clases de superficies y la calidad de las mismas. El funcionamiento de las piezas no será correcto si no se indica o define el acabado de las superficies que lo conforman. Cabe aclarar que solo se acotaran indicaciones sobre acabado superficial siempre y cuando sean indispensables en el correcto funcionamiento de una pieza o a menos que lo exijan.
El análisis de acumulación de tolerancias se utiliza para predecir los efectos de la variación de fabricación de los productos terminados y a su vez tiene el propósito de evaluar las dimensiones y tolerancias geométricas, asegurando que la pieza fabricada no contenga errores al momento en que se fabrica ni en el momento en que se ensambla o se pone a trabajar con otras piezas, además que hace que la pieza cumpla con todas las especificaciones, haciendo nuestro producto de mayor y mejor calidad.
BIBLIOGRÁFIA
[1] Acabado (10 de Junio 2011). Wikipedia [En Línea]. Disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/Acabado
[2] Aguilar F.J.(Abril 1999) Fundamentos para el diseño grafico de Maquinaria e Industrias Agrarias. España: Universidad de Almería [En Línea]. Disponible en: http://cursos.itchihuahua.edu.mx/file.php/220/Estados_Superficiales/Estados_superficiales_1_.pdf
[3] Acabados Superficiales (Junio 2001) Santiago Poveda. Lecturas Complementarias de la Universidad Politécnica de Madrid [En Línea] Disponible en:
http://ocw.upm.es/expresion-grafica-en-la-ingenieria/ingenieria-grafica-metodologias-de-diseno-para-proyectos/Teoria/LECTURA_COMPLEMENTARIA/MATERIALES/acabados.pdf
[4] María Moro Piñeiro (Año 2000). Metrología: introducción, conceptos e instrumentos. España: Universidad de Oviedo. Páginas 176-179
[5] Tolerance Analysis (23 Marzo 2011) Wikipedia en Ingles. [En Línea] Disponible en: http://en.wikipedia.org/wiki/Tolerance_stacks
[6] Kjell Magnusson (Año 2006).Seis Sigma: una estrategia pragmática. México: Gestión 2000. Capitulo Desarrollo de nuevos productos y tecnologías, Pagina 310 [En Línea] Disponible en:
[7] John Thomas Dygdon (Año 2006) Dibujo y comunicación gráfica. México: Ed. Parson Educación 606 paginas
[8] Expresión Grafica en la Ingeniería (Junio 2001) Javier Pérez Álvarez. Universidad Politécnica de Madrid [En Línea] Disponible en:
http://ocw.upm.es/expresion-grafica-en-la-ingenieria/ingenieria-grafica-metodologias-de-diseno-para-proyectos/Teoria/PDFs/3_INFORMACION_TECNICA/3.2_ACABADOS_SUPERFICIALES_DE_PROTECCION_FUNCIONALES_Y_DECORATIVOS/3-2-1_acabados_rugosidad.pdf
CRÉDITOS
Daniel Antonio Sosa Luján
Búsqueda de información para el desarrollo de la investigación; redacción del objetivo, introducción y edición del documento. Revisión de contenidos y cálculos.
Jesús José Vázquez Salcido
Búsqueda de información en diferentes fuentes como en Internet, libros, plataforma como los tipos de rugosidad además de aportar a la conclusión, todo esto para cumplir con lo necesario de la investigación.
Juan Carlos Arvizu Aguirre
Indagué acerca de la importancia del análisis de la acumulación de tolerancias y ayude en el cálculo del análisis de tolerancias para el plano dado, así como la búsqueda de información necesaria para calcular el análisis de tolerancia.
Juan Carlos Hernández Villa
Búsqueda de información en diferentes fuentes además de las que se nos aportaron en la plataforma de la clase, así como dar forma y aportar a la redacción de la conclusión del trabajo.
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