Geometric Dimensioning and tolerancing

LA GD&T
06/09/2009
à ndice:
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 CaracterÃ−sticas de un Datum: 12
Conclusiones 13
BibliografÃ−a 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 geometrÃ−a ideal de la pieza, el diseñador tendrá que especificar al fabricante la
magnitud de la variación o tolerancia calculada, que puede tener las caracterÃ−sticas de cada pieza y asÃ−
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
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• 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 ingenierÃ−a. GD & T incluye todos los sÃ−mbolos, definiciones, fórmulas matemáticas, y las
normas de aplicación necesaria para incorporar un lenguaje de ingenierÃ−a viable. Como su nombre lo
indica, se transmite tanto en las dimensiones nominales (geometrÃ−a ideal), y las tolerancias de una parte.
GD & T se expresa utilizando dibujos, sÃ−mbolos 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, asÃ− 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 asÃ− 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 cilÃ−ndrica 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 asÃ− 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 podÃ−an 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
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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 mayorÃ−a 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 compañÃ−as 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 cumplÃ−an 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 asÃ− 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 podrÃ−a
comenzar por caminar alrededor del perÃ−metro de la casa, arrastrando un palo en el suelo para marcar
dónde serán las paredes. Luego, colocarÃ−a unas tablas largas a lo largo de las lÃ−neas 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 vÃ−as 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, fontanerÃ−a, 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 rÃ−gidos.
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.
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¿Por qué la precisión asÃ− 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 "lÃ−mites" que debe
contener "caracterÃ−sticas", tales como tuberÃ−as, 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 caracterÃ−sticas de tamaño, la respuesta mas simple es, localizar
todas las caracterÃ−sticas de tamaño con controles de GD&T. Los diseñadores deberÃ−an controlar sus
piezas con GD&T cuando:
- Los planos de delineación e interpretación deben ser iguales.
- Las caracterÃ−sticas son crÃ−ticas 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
mayorÃ−a 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 lÃ−mites que no son
los que comúnmente se espera del proceso de manufactura, y como un medio de satisfacer requerimientos
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funcionales o de intercambiabilidad.
Tal vez será necesario especificar los requerimientos de fabricación más completos y explÃ−citos
(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 mÃ−nimos que generalmente solo tienen que ver
con cuestiones cosméticas del producto. AsÃ− 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 estadÃ−sticamente, 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 orÃ−genes y prevean de reglas especÃ−ficas
explicando como estas superficies establecen el punto de partida y dirección de las mediciones.
• Convenir las distancias nominales (ideales) desde los orÃ−genes hasta las superficies.
• Establecer lÃ−mites o zonas de tolerancias para atributos especÃ−ficos 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
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Dibujo que usa las GD&T
Datum y su Importancia
Datums teóricamente son puntos, lÃ−neas y planos perfectos; indican el origen del cual la ubicación o
caracterÃ−sticas geométricas de partes de una pieza son establecidas. Estos puntos, planos o lÃ−neas
existen dentro de una estructura de tres planos perpendiculares intersectados mutuamente conocido como
marco de referencia de datum.
En ingenierÃ−a, 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 crÃ−ticas 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 geometrÃ−a de los objetos (y no ser necesariamente etiquetados con X, Y, y Z).
Los datums son esenciales para controlar la geometrÃ−a y tolerancias de fabricación de una variedad
de caracterÃ−sticas, como lo puede ser la cilindricidad, simetrÃ−a, angularidad, perpendicularidad, etc.
Identificacion de un Datum:
Para poder identificar el rasgo o caracterÃ−stica de datum se hace uso del sÃ−mbolo de datum combinado
con un triangulo de rasgo del datum.
El sÃ−mbolo objetivo de datum es un cÃ−rculo con una lÃ−nea horizontal que lo atraviesa, con la mitad
inferior del cÃ−rculo para identificar el objetivo de dato y la cima es vacÃ−a excepto cuando se especifica el
diámetro de un objetivo de dato de área.
Seleccionar CaracterÃ−sticas de un Datum:
Las caracterÃ−sticas de Datum son seleccionadas para cumplir ciertos requerimientos de diseño. Cuando se
seleccionan las caracterÃ−sticas de datum, el diseñador debe tomar en consideración las siguientes
caracterÃ−sticas:
- Superficies funcionales
- Superficies en contacto
- Superficies fácilmente accesibles
- Superficies de tamaño suficientemente grande para permitir varias mediciones
Las caracterÃ−sticas de datum se deben reconocer fácilmente en la pieza. Si las partes son simétricas, o
tienen rasgos idénticos que hacen imposible identificar las caracterÃ−sticas de datum, las caracterÃ−sticas
de datum deben ser identificadas fÃ−sicamente.
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
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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.
BibliografÃ−a
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
Drake, P. J. (1999). Dimensioning and Tolerancing Handbook. McGraw Hill.
Earle, J. H. (1995). Graphics technology. Texas: Addison-Wesley Publishing company.
Fischer, B. R. Mechanical Tolerance Stackup and Analysis. Sherwood, Oregon, U.S.A.: Marcel Dekker Inc.
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