Geometric Dimensioning and tolerancing

GD & T. Origen. Definición. Funcionalidad. Usabilidad. Identificacion de un Datum. Características de un Datum

  • Enviado por: Bellamy
  • Idioma: castellano
  • País: México México
  • 14 páginas
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LA GD&T

06/09/2009

Índice:

Introducción 1

¿Que es GD & T? 2

Origen de la GD&T 3

¿Cuando usar las GD&T? 7

¿Como funcionan las GD&T? 9

Datum y su Importancia 11

Identificacion de un Datum: 11

Seleccionar Características de un Datum: 12

Conclusiones 13

Bibliografía 14

Introducción

Cuando una persona necesita una pieza simple para un proyecto, el quizás tiene que ir directamente a un pequeño torno o una maquina fresadora en su cochera y producirla en cuestión de minutos. Esta persona es el diseñador, fabricante, y el inspector a la vez, el no necesita un plano. En la manufactura comercial, es decir, el modo en que se trabaja en la industria es que, el diseñador, el fabricante, y el inspector raramente son la misma persona, esto lleva a que a cada persona se le asigne una tarea sobre la pieza.

Por lo regular un diseñador inicia creando un diseño ideal, en donde todas las partes ensamblan de manera perfecta e igual. El tiene que transportar cada una de las piezas para ser fabricadas en formas y tamaños ideales, o en sus dimensiones nominales en todas las superficies de la pieza. Si se fabrican múltiples copias de una pieza, el diseñador tiene que reconocer que es imposible fabricar todas las piezas idénticas. Cada proceso de manufactura tiene variaciones inevitables estas variaciones tendrán que especificarse en las piezas manufacturadas. El diseñador tendrá que analizar su ensamble entero y evaluar para cada superficie de cada pieza cuanta variación podrá permitirse en su dimensión, forma, orientación y posición. Además de dar la geometría ideal de la pieza, el diseñador tendrá que especificar al fabricante la magnitud de la variación o tolerancia calculada, que puede tener las características de cada pieza y así asegurar que el ensamble funcione de manera adecuada.

Para todo esto necesitamos comunicación, las palabras regularmente resultan inadecuadas. Por ejemplo, una nota en el dibujo diciendo, “Make this surface real flat”, solo tiene sentido para todos los negocios que puedan cumplir con los siguiente:

• Understand English

• Understand to which surface the note applies, and the extent of the surface

• Agree on what “flat” means

• Agree on exactly how flat is “real flat”

A lo largo del siglo 20, el leguaje especializado estaba basado en representaciones matemáticas y graficas ha tenido que desarrollarse conforme mejora la comunicación. En esta misma forma, el lenguaje se ha reconocido a lo largo del mundo como Geometric Dimensioning and Tolerancing (GD&T).

¿Que es GD & T?

Geometric Dimensioning and tolerancing es un lenguaje para la comunicación de las especificaciones de diseño de ingeniería. GD & T incluye todos los símbolos, definiciones, fórmulas matemáticas, y las normas de aplicación necesaria para incorporar un lenguaje de ingeniería viable. Como su nombre lo indica, se transmite tanto en las dimensiones nominales (geometría ideal), y las tolerancias de una parte. GD & T se expresa utilizando dibujos, símbolos y números arábigos, por lo que sin importar el lugar, ni el idioma, este pueda ser interpretado sin ningún problema. Ahora es el idioma predominante utilizado en todo el mundo, así como el lenguaje estándar aprobado por la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME), el American National Standards Institute (ANSI) y el Departamento de Defensa (DoD).

Es igualmente importante entender lo que GD & T no es. No es una herramienta de diseño creativo, no puede sugerir parte de cómo ciertas superficies deben ser controladas. No se puede comunicar la intención de diseño o de cualquier información acerca de las funciones previstas de una pieza. Por ejemplo, un diseñador puede tener la intención de que su pieza forme parte de un cilindro hidráulico, y dentro de este sea insertado un pistón sellado con dos Buna-N O-rings con .010”. El diseñador puede estar preocupado porque la pared del cilindro puede ser muy delgada para la presión de 15.000 psi que manejara dicho cilindro. GD & T no transmite nada de esto. Es responsabilidad del diseñador de traducir sus esperanzas y temores por medio de las especificaciones correctas, dejando así de lado el motivo de su fabricación. Estas especificaciones podrán abordar el tamaño, forma, orientación, ubicación y / o la suavidad de la superficie de la pieza cilíndrica que considere necesario, basado en el estrés y los cálculos en forma y su experiencia. Son todos estos cálculos de diseño lo que la GD&T codifica en un lenguaje mas sencillo y entendible. Lejos de revelar lo que el diseñador tiene en mente, GD & T no puede ni siquiera expresar que el agujero es un cilindro hidráulico.

Por último, GD & T sólo puede expresar lo que será una superficie. Es incapaz de especificar los procesos de fabricación para hacer que así sea. Del mismo modo, no hay vocabulario en GD & T para especificar los métodos de control o de aforo.

Origen de la GD&T

Para muchos en la industria manufacturera, Geometric Dimensioning and tolerancing (GD&T) es una novedad. Durante la Segunda Guerra Mundial, los Estados Unidos fabricaron y exportaron repuestos de armas a sus aliados. Muchas de esas partes estaban hechas con ciertas especificaciones pero no podían ser ensambladas. La milicia reconoció que producir partes que no cumplan su función debidamente es un serio problema ya que nuestras vidas dependen de equipo que cumpla su función. Después de la guerra, un comité representando al gobierno, la industria y la educación investigo este problema de las partes defectuosas; este grupo necesitaba encontrar una forma de asegurar que las partes ensamblaran correctamente y cumplieran su función todo el tiempo. El resultado fue el desarrollo de la GD&T.

Ultimadamente el documento USASI Y14.5-1966 (United States of America Standards

Institute—predecessor to the American National Standards Institute) fue producido con bases en los recientes cambios a los estándares y las prácticas industriales.

Teniendo a su vez varias revisiones:

  • ANSI Y14.5-1973 (American National Standards Institute)

  • ANSI Y14.5M-1982

  • ASME Y14.5M-1994 (American Society of Mechanical Engineers)

La revisión de 1944 es el actual documento que especifica la correcta aplicación de la GD&T.

Ahora la mayoría de los contratistas del gobierno están obligados a generar diseños en los cuales se especifiquen sus tolerancias en base a la GD&T. Debido a que las tolerancias son ahora más estrictas, los tiempos de producción más cortos y la necesidad de compartir los diseños de manera más acertada, muchas compañías están reconociendo la importancia de las tolerancias en los diseños en base a la GD&T.

Métodos convencionales se han usado desde mediados de 1800. Estos métodos cumplían su trabajo al momento de dimensionar y dar tolerancias de tamaño y siguen siendo utilizados a la fecha para dicho propósito, la desventaja de estos métodos es que no cumplen de manera correcta en la localización y orientación. La GD&T es muy utilizada para la localización y orientación así como en otras aplicaciones de tolerancias. La aplicación de tolerancias con GD&T tiene algunas ventajas sobre los métodos convencionales.

¿Para que usamos las GD & T?

Cuando varias personas trabajan con una parte, es importante que todas las dimensiones de las partes estén especificadas.

Una razón mucho más fundamental para el uso de GD & T se revela en el siguiente estudio de cómo dos constructores tienen diferente enfoque sobre la construcción de una casa. Un constructor primitivo podría comenzar por caminar alrededor del perímetro de la casa, arrastrando un palo en el suelo para marcar dónde serán las paredes. Luego, colocaría unas tablas largas a lo largo de las líneas en el terreno desigual. Después se le atribuyen algunas placas verticales de diferentes longitudes a la fundación. En poco tiempo, tendrá un marco construido, pero será desigual, torcido, y ondulado. A continuación, empezará a atar o clavar con tachuelas ramas de palma, piezas de aluminio corrugado, o trozos de madera desechados al marco de crudo. Va a la superposición de los bordes de estas vías flexibles de 1.6 pulgadas y todo encaja bien. En poco tiempo, tendrá la miseria útil que se muestra en la figura inferior, con algunas limitaciones definidas: no hay comodidades, tales como ventanas, fontanería, electricidad, calefacción o aire acondicionado.

Una casa con comodidades modernas tales como las ventanas de vidrio, debe satisfacer los códigos de seguridad y requiere una planificación más cuidadosa. Los materiales tendrán que ser fuertes y rígidos. Espacios dentro de las paredes deben estar siempre para adaptarse a los elementos estructurales, tubos y conductos.

Para construir una casa como la que se muestra en la figura a continuación, un contratista de módem comienza por la nivelación del terreno donde la casa se va a construir. Luego se vierte una losa de concreto. El contratista hará la losa con el nivel lo más plano posible, los lados paralelos y esquinas cuadradas. Se seleccionarán materiales rectos de madera, clavos, los encabezados, y las vigas para la elaboración, además de que se cortarán precisamente uniforme. Luego se utilizará una escuadra de carpintero grande, para el nivel y la plomada de cada miembro del marco paralelo o perpendicular a la losa.

¿Por qué la precisión así como la cuadratura son importantes? Porque le permite hacer mediciones precisas de su trabajo. Sólo mediante la toma de medidas exactas es que se puede asegurar que los elementos prefabricados caben en los espacios asignados en el diseño. Buenos ajustes son importantes para conservar el espacio y dinero. También significa que cuando cajas de distribución eléctrica se clava a los 12 tacos "por encima de la losa, todos ellos aparecen paralelas y perfectamente alineados. Recuerde que todo se deriva de la llanura y la cuadratura de la losa.

Por ahora, los que tienen algún conocimiento previo de GD & T han hecho la conexión: losa de hormigón de la casa es su "referencia primaria". Los bordes de la losa de completar el "marco de referencia de referencia." La construcción de madera corresponde a las "zonas de tolerancia" y "límites" que debe contener "características", tales como tuberías, conductos, y las ventanas.

En resumen la GD&T se usa para definir de manera clara y precisa un diseño, de manera que no problemas de interpretación o defectos de fabricación, la GD&T permite especificar las propiedades, tolerancias y dimensiones de dichos diseños y con la seguridad de que el fabricante entenderá al momento de interpretar los planos, con esto el diseñador puede estar seguro de que la pieza cumplirá con su función y ensamblara perfectamente.

¿Cuando usar las GD&T?

Muchos diseñadores se cuestionan, ¿bajo cuales circunstancias se deben usar las GD&T?. Debido a que la GD&T fue diseñado para posicionar las características de tamaño, la respuesta mas simple es, localizar todas las características de tamaño con controles de GD&T. Los diseñadores deberían controlar sus piezas con GD&T cuando:

- Los planos de delineación e interpretación deben ser iguales.

- Las características son críticas en la funcionalidad e intercambiabilidad.

- Es importante para evitar arruinar piezas perfectamente buenas.

- Es importante para reducir modificaciones del plano.

- Equipo automatizado es usado.

- La calibración funcional es requerida.

- Es importante para incrementar productividad.

- Las empresas buscan tener un ahorro general.

No es necesario utilizar tolerancias geométricas para cada detalle en el dibujo de una pieza. En la mayoría de los casos es de esperarse que, si cada detalle satisface las tolerancias dimensionales, las variaciones de forma serán adecuadamente controladas mediante la precisión del proceso de manufactura y el equipo utilizado. Esto es el complemento por el grado parcial de control ejercido por el procedimiento de medición y calibración utilizado.

Si existe alguna duda sobre la adecuación de tal control, se debe especificar una tolerancia geométrica de forma, orientación o posición, como se describe en este texto. Esto a menudo es necesario cuando las piezas son de tal tamaño o forma que existe la posibilidad de que se flexionen o distorsionen. También es necesario cuando los errores de forma o configuración deben ser mantenidos dentro de límites que no son los que comúnmente se espera del proceso de manufactura, y como un medio de satisfacer requerimientos funcionales o de intercambiabilidad.

Tal vez será necesario especificar los requerimientos de fabricación más completos y explícitos (dimensiones/tolerancias) en dibujos preparados para la subcontratación de talleres de equipo y experiencia altamente variables, en los casos en que no se conocen las posibles variaciones del proceso de fabricación. Por otra parte si se tiene que ensamblar y fabricar las mismas piezas en un taller en el cual se ha comprobado que el método de fabricación produce piezas y ensambles de calidad satisfactoria, puede que no sea el mismo grado de aplicación de tolerancias.

Cuando a una pieza le faltan sus especificaciones GD&T, su capacidad para satisfacer las necesidades del cliente dependerá principalmente de las siguientes 4 “leyes”:

  • Enorgullecerse de la manufactura. Toda industria tiene estándares no escritos sobre la calidad que deben de alcanzar sus productos, y sus empleados se esforzaran para alcanzar estos estándares. Sin embargo, estos estándares son solo requerimientos mínimos que generalmente solo tienen que ver con cuestiones cosméticas del producto. Así pues, se puede decir que las tolerancias manejadas por los trabajadores de la industria aeroespacial no son las mismas manejadas por los herreros.

  • Sentido común. Los fabricantes de piezas mas experimentados en la industria suelen desarrollar un sentido bastante confiable con respecto a lo que una pieza debe hace. Aun sin las especificaciones adecuadas, el fabricante tratara de hacer un embolo lo mas recto posible si sospecha que se usara en un cilindro.

  • Probabilidad. El desempeño de un proceso siempre podrá ser medido estadísticamente, pero siempre habrá factores “sorpresa” que pueden modificar su desempeño y darnos piezas que no cumplan las especificaciones.

  • Estándares contractuales o de manufactura. Algunas veces, estos estándares son suficientes para darle claridad a la pieza, pero al ser estándares provenientes de la segunda guerra mundial, no son lo suficientemente precisos para las piezas modernas.

Depender de estas 4 leyes para el diseño acarrea cierto riesgo. Cuando el diseñador decide que el riesgo es muy grande, indicar claramente las especificaciones mediante las GD&T debe ser una prioridad.

¿Como funcionan las GD&T?

En los siguientes párrafos se aludirá al principal objetivo de las GD&T: guiar a todos los involucrados hacia un mismo entendimiento de las dimensiones de una pieza, incluidos el origen, dirección y destino de las mediciones. Las GD&T alcanzan este objetivo mediante cuatro simples y obvios pasos:

  • Identificar partes de la superficie que sirvan como orígenes y prevean de reglas específicas explicando como estas superficies establecen el punto de partida y dirección de las mediciones.

  • Convenir las distancias nominales (ideales) desde los orígenes hasta las superficies.

  • Establecer límites o zonas de tolerancias para atributos específicos de cada superficie junto con las respectivas reglas de conformidad.

  • Permitir interacción dinámica entre tolerancias (simulando posibilidades reales de ensamble) donde sea apropiado para maximizar las tolerancias.

En el siguiente ejemplo se muestra el funcionamiento de las GD&T aplicado a la misma pieza, una fue manufacturada sin el uso de las GD&T y la otra fue manufacturada con el uso de las mismas:

Dibujo que no usa las GD&T

Pieza maquinada que cumple las especificaciones del dibujo sin GD&T

Dibujo que usa las GD&T

Datum y su Importancia

Datums teóricamente son puntos, líneas y planos perfectos; indican el origen del cual la ubicación o características geométricas de partes de una pieza son establecidas. Estos puntos, planos o líneas existen dentro de una estructura de tres planos perpendiculares intersectados mutuamente conocido como marco de referencia de datum.

En ingeniería, un datum puede ser representado en dibujo técnico, y la representación de éste puede variar un poco dependiendo de las normas ISO.

En una forma simplificada, se puede decir que los datums generalmente reflejan los planos cartesianos "X", "Y" y "Z", para establecer las superficies críticas desde donde medir y controlar la altura, el ancho y el grosor de un cuerpo. Aunque realmente los datums pueden estar en cualquier posición dependiendo de la geometría de los objetos (y no ser necesariamente etiquetados con X, Y, y Z).

Los datums son esenciales para controlar la geometría y tolerancias de fabricación de una variedad de características, como lo puede ser la cilindricidad, simetría, angularidad, perpendicularidad, etc.

Identificacion de un Datum:

Para poder identificar el rasgo o característica de datum se hace uso del símbolo de datum combinado con un triangulo de rasgo del datum.

El símbolo objetivo de datum es un círculo con una línea horizontal que lo atraviesa, con la mitad inferior del círculo para identificar el objetivo de dato y la cima es vacía excepto cuando se especifica el diámetro de un objetivo de dato de área.

Seleccionar Características de un Datum:

Las características de Datum son seleccionadas para cumplir ciertos requerimientos de diseño. Cuando se seleccionan las características de datum, el diseñador debe tomar en consideración las siguientes características:

- Superficies funcionales

- Superficies en contacto

- Superficies fácilmente accesibles

- Superficies de tamaño suficientemente grande para permitir varias mediciones

Las características de datum se deben reconocer fácilmente en la pieza. Si las partes son simétricas, o tienen rasgos idénticos que hacen imposible identificar las características de datum, las características de datum deben ser identificadas físicamente.

Conclusiones

En un mundo tan globalizado en donde el diseñador y el fabricante de una pieza pueden no estar en el mismo lugar, en donde es necesaria la comunicación entre ambos por medio de planos, en los cuales se especifican las dimensiones y tolerancias de la pieza a fabricar; es de suma importancia que ambos hablen manejen el mismo idioma para evitar problemas de interpretación de los planos y defectos de fabricación.

Para esto se creo la GD&T, un lenguaje común para la representación de las especificaciones en los diseños por medio del cual se asegure la correcta comunicación entre el diseñador y el fabricante sin importar en donde se encuentren, y garantizando que la pieza final cumplirá de manera correcta su función.

Bibliografía

Cecil Jansen, J. D. (2007). Dibujo y diseño en ingenieria. Mexico: McGraw Hill.

Cogorno, G. R. Geometric Dimensioning and Tolerancing for Mechanical Design. New York: McGraw Hill.

Datum. (4 de Julio de 2009). Recuperado el 4 de Septiembre de 2009, de Wikipedia: http://es.wikipedia.org/wiki/Datum

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