AJUSTES Y TOLERANCIAS INTERCAMBIABILIDAD: Característica de un sistema de fabricación en el que todas las piezas obtenidas responden a los requisitos.

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1 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. Economía 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 VENTAJAS 1

2 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 PAISES ESTANDARIZACION INTERNACIONAL

3 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 - DN Tolerancia (T): TA 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 es cero) AGUJERO EJE LINEA DE CERO Línea de cero DN DS 0 DI 0 DS=0 DS 0 DI=0 DS0 DI 0 T = Dmáx – Dmín

4 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 Pieza Exterior Pieza Interior Ajuste Sencillo Ajuste Múltiple Piezas intermedias Ajuste sencillo: comprende a 2 superficies encajadas Ajuste Múltiple: “ a mas de 2 superficies encajadas Pieza exterior (Hembra, agujero): envuelve a una o mas piezas encajadas Pieza interior (Macho, eje): envuelta por una o mas piezas encajadas

5 Juego 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 Jmáx Jmín Juego Máximo: Jmáx = Dmáx A – Dmín E Juego Mínimo: Jmín = Dmín A – Dmáx E

6 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 (eje), es negativa. A Amín Amáx 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.  A = -J Aprieto Máximo: Amáx = Dmín A – Dmáx E = - Jmín Aprieto Mínimo: Amín = Dmáx A – Dmín E = - Jmáx

7 Ajustes Indeterminados
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 Pueden dar juego o aprieto, según los valores de las medidas reales de las piezas que los componen Siempre presentan aprieto antes del encaje Ajustes Indeterminados Ajustes Prensados

8 Ajustes Indeterminados
Jmáx Amáx Caso 1 Caso 2 Caso 1: presenta Amáx > Jmáx Caso 2: presenta Amáx < Jmáx 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) 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

9 Esquemas de Ajustes de los 3 tipos
Móvil Prensado Indeterminado con tendencia a Juego: J > A Indeterminado con tendencia a Aprieto: A > J TA TE Caso 2 Caso 1 Indeterminados

10 Ajustes normalizados T = Ut . i D en [mm]
(media geométrica del campo de medidas nominales) D1 y D2: medidas extremas del campo Serie sistemática de ajustes con diversos juegos y aprietos Cada serie contiene zonas de medidas nominales normalizadas Cada zona consta de 16 calidades IT (precisiones): IT1 a IT16 (normas ISA) “ IT “ : IT01, IT0, IT1 a IT18 (normas ISO) Cada calidad IT lleva asociada una tolerancia, referida a la pieza suelta Unidad de tolerancia internacional “i ”: base para el cálculo de las tolerancias 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

11 Tolerancias Fundamentales
Para las calidades IT5 e IT18, el Ut de cada grado es 60% mayor que el anterior Calidad IT 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Tolerancia T = Ut . i 7i 10i 16i 25i 40i 64i 100i 160i 250i 400i 640i 1000i 1600i 2500i Para las calidades mas precisas IT1 a IT4 se aplica T = K (1+0,1D), con K=1,5 – 2 – 2,8 y 4 respectivamente) IT01 a IT1: pequeña mecánica de precisión, óptica y relojería IT1 a IT4 : calibres y piezas mecánicas de precisiones extremas IT5 a IT11: 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 Aplicaciones usuales para las diferentes calidades

12 Zona de Tolerancia + DS DI T DN Línea de cero 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 Límite máximo Límite mínimo

13 Posiciones de las Tolerancias
Móviles Indeterminados Prensados Prensados Indeterminados Móviles

14 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  DSE = 0 NOTACIÓN: orden en el que se indican los datos del ajuste: DN – Pos. Agujero – Calidad Agujero – Pos. Eje – Calidad Eje Ejemplos: H7/r6 (Sistema Agujero Único) 13 E9/h8 (Sistema Eje Único) Línea de Cero H h

15 Diferencias DS y DI Nota: las diferencias DS y DI aumentan con DN
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) 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: Nota: las diferencias DS y DI aumentan con DN

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

17 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 ,85 D (hasta 160 mm) 1,8 D (más de 160 mm) c C 52 D0,2 ( hasta 40 mm) 95 + 0,8 D (mas de 40 mm) d D 16 D0,44 e E 11 D0,41 f F 5,5 D0,41 g G 2,5 D0,34 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)

18 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 Presión específica admitida en el cojinete Para ello, antes de seleccionar el ajuste definitivo, deberán conocerse: El DN del cojinete Número de revoluciones 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

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

20 Ajustes Prensados (tipos)
Eje p: 5,6 D0, Eje s: 0,4 D + IT Eje x: 1,6 D + IT7 Eje t: 0,63 D + IT Eje u: 1,0 D + IT7 Eje v: 1,25 D + IT7 Eje y: 2,0 D + IT7 Eje z: 2,5 D + IT7 Eje r: media geométrica entre p y s DIE 1. En prensa 2. Calent. Pieza ext. (ajuste por contracción) 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 prensado Esfuerzo a transmitir  Admisible del material Amín Amáx Fza. Adh. requerida Ajustes Prensados (tipos)

21 Juego y Aprieto Medios DSA = +74µm DIA= 0 DSE = – 30µm DIE = – 0,076µm
Consideremos un Ejemplo: Ajuste Móvil 70 H9 / f 8 De las tablas de ajustes ISO normalizados surgen Y las medidas límites son: Luego, las respectivas medidas medias son: Por lo tanto: Juego Medio (J medio) = 70,037 – 69,947 = 0,090mm = 90 m Igual valor hubiera surgido de: Jmáx + Jmín = (DSA - DIE) + (DIA - DSE) = J medio DSA = +74µm DIA= 0 DSE = – 30µm DIE = – 0,076µm Agujero: 70,000 y 70,074 mm Eje : ,924 y 69,970 mm Diámetro medio (Agujero): ,037 mm Diámetro medio (Eje): ,947 mm El conocimiento del Jmedio es de gran interés, da el orden de magnitud del juego real 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 ?

22 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 Modo de cálculo: Jmáx – Amáx 2 ≷ 0 Jmedio Amedio Probabilidades en producción de piezas en serie  valor Jmedio  % de conjuntos con Juego  % de conjuntos con Aprieto  valor Amedio

23 Tolerancia de Ajuste (TA) TA = (DS – DI)A + (DS – DI)E = TA + TE
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 H9*/f8 y 50J8/js9; TA=64m para 50F8/u7, 50H8/f7 y 50 H8/h7) El valor TA refjeja la precisión del ajuste, por ser la suma de las T de ambas piezas Al elegir un ajuste en base a los juegos límites requeridos, se calcula fácilmente (TA) y se determinan las T y sus posiciones para las piezas (con su notación ISO)

24 Elección de la Calidad y Posición de las zonas de tolerancia
En principio, por economía, se apunta a T lo más amplias posibles 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 Calidad Posición de las zonas de tolerancia Los juegos y aprietos, también rondan los valores Jmedio o Amedio 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 TA 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 condiciones de funcionamiento previstas en el diseño.

25 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 = 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 Atendiendo a ambos criterios, puede plantearse que: TA ≥ TE De las tablas ISO se buscará un ajuste que cumpla con esa relación

26 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 Una vez encontrada una opción de ajuste disponible, conviene adaptarse a ella, aún, en pequeño perjuicio del ajuste deseado, evitando aumentar herramental de trabajo y medición en los ajustes de menor frecuencia.

27 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

28 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  100mm, resultan económicos solo hasta 50mm 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 analizando un ejemplo de los que se presentan en la práctica.

29 Ejemplo (Acoplamiento)
B C A D Fijo H7/n6 Móvil H7/f7 Agujero Unico N7/h6 F7/h6 Eje Unico Sistema Combinado +25 H7 -25 -50 f7 +33 +17 n6 DN = 35 mm Línea de Cero DN < 35 mm Ajuste AB Ajuste AC -7 N7 -33 -16 h6 +50 +25 F7 DN = 35 mm Línea de Cero SEU SAU +25 H7 +33 +17 n6 DN = 35 mm Línea de Cero -16 h6 +50 F7 SC

30 Resumen comparativo SAU vs. SEU
Válido para el caso de 3 ajustes P- NP

31 Ejemplo (Acoplamiento modificado)
B Agujero Unico Sistema Combinado Eje Unico Móvil H7/f7 Fijo H7/n6 F7/h6 N7/h6 +25 H7 -25 -50 f7 +33 +17 n6 DN = 35 mm Línea de Cero DN < 35 mm Líneas de Cero -7 N7 -33 -16 h6 +50 F7 Ajuste AC Ajuste AB SAU SEU SC