Ingenieros y fabricantes deben garantizar medidas precisas en piezas y conjuntos. Las tolerancias controlan las variaciones, pero elegir la correcta es fundamental. Un malentendido puede provocar problemas de producción, fallos de montaje o un aumento de los costes.
Las tolerancias unilaterales y bilaterales definen las desviaciones aceptables de formas diferentes. Utilizar el tipo incorrecto puede provocar que los componentes no coincidan, que se desperdicien materiales o que se produzcan costosas repeticiones. Saber cuándo utilizar cada una de ellas ayuda a mantener la calidad y la eficacia.
Examinemos en qué se diferencian estos dos tipos de tolerancia y cuándo utilizar cada uno de ellos en proyectos de ingeniería.
Explicación de la tolerancia en el diseño mecánico
La tolerancia es un concepto clave en ingeniería. Define cuánto pueden variar las dimensiones de una pieza y seguir funcionando correctamente. Sin tolerancias, las piezas podrían no encajar entre sí o no funcionar según lo previsto.
La tolerancia define el margen de variación aceptable para las dimensiones de un dibujo técnico. Por ejemplo, si un eje tiene un diámetro de 10 mm con una tolerancia de ±0,05 mm, el eje real puede medir entre 9,95 mm y 10,05 mm y seguir considerándose razonable.
Todas las piezas fabricadas presentan alguna variación: ninguna máquina puede fabricar piezas perfectamente idénticas. Las tolerancias proporcionan a los fabricantes límites claros sobre cuánta variación es aceptable antes de rechazar una pieza.
Estas tolerancias aparecen en los dibujos técnicos como números después de la dimensión primaria, como 10±0,05 mm, o como un intervalo, como 9,95-10,05 mm.
¿Qué es la tolerancia unilateral?
La tolerancia unilateral es un tipo de tolerancia dimensional en la que sólo se permite la variación en una dirección (ya sea toda positiva o toda negativa) con respecto a la dimensión básica. Esto significa que el tamaño real de una pieza puede variar con respecto al tamaño nominal en una sola dirección, ya sea mayor o menor, pero no en ambas.
Por ejemplo, un eje puede tener un diámetro de 20,00 mm con una tolerancia de +0,05/-0,00 mm. Esta tolerancia unilateral significa que el diámetro del eje puede ser de hasta 20,05 mm, pero no inferior a 20,00 mm. Del mismo modo, un agujero puede tener un diámetro de 20,00 mm con una tolerancia de +0,00/-0,05 mm, lo que significa que puede ser tan pequeño como 19,95 mm pero no mayor que 20,00 mm.
Las tolerancias unilaterales se utilizan normalmente cuando una pieza no debe sobrepasar o quedar por debajo de una dimensión límite determinada por razones funcionales.
Cómo se aplica en los planos de ingeniería？.
En los planos de ingeniería, las tolerancias unilaterales se marcan para mostrar la variación en una sola dirección. Se indica la cota fundamental, seguida de la desviación admisible. Los ingenieros especifican si la tolerancia es positiva (por encima de la cota esencial) o negativa (por debajo de la cota fundamental).
Los formatos más habituales son:
- Método de dimensión directa: 20,00 +0,05/-0,00 mm
- Método de cota límite: 20,00-20,05 mm
- Método de la nota: 20,00 mm +0,05 (o -0,05 para tolerancia unilateral negativa)
Representación de la tolerancia unilateral
Las tolerancias unilaterales siguen las prácticas de notación estándar de acuerdo con las normas de dibujo de ingeniería:
- La dimensión esencial es lo primero
- La desviación superior va seguida de un signo más (+)
- La desviación más baja se indica con el signo menos (-)
- Una de estas desviaciones será cero en tolerancia unilateral
Ejemplos de aplicaciones de tolerancia unilateral
- Diámetros de eje para ajuste a presión: Un eje con 15,00 +0,02/-0,00 mm asegura que el eje siempre será igual o mayor que el tamaño esencial, garantizando un ajuste hermético.
- Espesor mínimo de pared para recipientes a presión: La pared de un recipiente puede especificarse como 8,00 +0,50/-0,00 mm, garantizando que la pared nunca sea más fina que el grosor mínimo de seguridad.
- Posiciones de los orificios de la placa de circuito: Las ubicaciones de los orificios pueden tener tolerancias de ±0,00/+0,10 mm, lo que garantiza que los componentes nunca interfieran.
- Dimensiones máximas de altura: Puede especificarse una altura máxima de 50,00 +0,00/-0,30 mm para piezas que deban encajar en un espacio fijo.
Ventajas de la tolerancia unilateral
Control de fabricación más sencillo
La tolerancia unilateral simplifica la fabricación al centrarse en una dirección de variación. Esto facilita el ajuste de herramientas y procesos para cumplir las especificaciones.
Inspección y control de calidad simplificados
La inspección de piezas con tolerancia unilateral es sencilla. Los inspectores solo tienen que comprobar si la dimensión se encuentra dentro del rango permitido en una dirección, lo que reduce el tiempo y el esfuerzo necesarios para el control de calidad.
¿Qué es la tolerancia bilateral?
La tolerancia bilateral es un tipo de tolerancia dimensional en la que se permite una variación en ambas direcciones (positiva y negativa) con respecto a la dimensión esencial. Con la tolerancia bilateral, el tamaño real de una pieza puede ser mayor o menor que el tamaño nominal dentro de unos límites especificados.
Por ejemplo, un eje puede tener un diámetro de 20,00 mm con una tolerancia bilateral de ±0,03 mm. Esto significa que el diámetro del eje puede oscilar entre 19,97 mm y 20,03 mm y seguir considerándose aceptable. La variación se distribuye a ambos lados de la dimensión básica.
Las tolerancias bilaterales se suelen utilizar para dimensiones generales en las que ligeras variaciones en cualquier dirección no afectarán al funcionamiento de la pieza.
Cómo se aplica en los planos de ingeniería？.
En los planos de ingeniería, las tolerancias bilaterales se marcan para mostrar la variación igual o desigual en ambas direcciones con respecto a la dimensión esencial. La dimensión fundamental se indica en primer lugar, seguida de las desviaciones admisibles.
Los formatos más habituales son:
- Igualdad bilateral: 20,00 ±0,03 mm (la variación es la misma en ambas direcciones)
- Desigualdad bilateral: 20,00 +0,05/-0,02 mm (diferentes cantidades de variación en cada dirección)
- Método de cota límite: 19,97-20,03 mm (mostrando directamente los límites mínimo y máximo)
Representación de la tolerancia bilateral
Las tolerancias bilaterales siguen la notación estándar según las normas de los planos de ingeniería:
- La dimensión esencial es lo primero
- Para tolerancias bilaterales iguales, se utiliza un símbolo más/menos (±), seguido del valor de desviación
- Para tolerancias bilaterales desiguales, se indican la desviación superior con un signo más (+) y la desviación inferior con un signo menos (-).
- Ambas desviaciones tienen valores distintos de cero en la tolerancia bilateral
Ejemplos de aplicaciones de tolerancia bilateral
- Dimensiones generales de los componentes mecanizados: La anchura de una placa puede especificarse como 100,00 ±0,50 mm para aplicaciones de uso general.
- Diámetros de los orificios para ajustes por deslizamiento: Para lograr el equilibrio de ajuste adecuado, un orificio de rodamiento podría especificarse como 25,00 +0,02/-0,01 mm.
- Anchura de la traza de la placa de circuito impreso: Las trazas de las placas de circuitos pueden tener tolerancias de anchura de 0,50 ±0,05 mm para mantener el rendimiento eléctrico al tiempo que se tiene en cuenta la variabilidad de la fabricación.
- Doblado de chapa dimensiones: Se puede especificar un ángulo de curvatura de 90° ±1° para tener en cuenta Volver y variaciones de utillaje.
- Moldeo de piezas de plástico: Piezas moldeadas por inyección suelen utilizar tolerancias bilaterales, como 30,00 ±0,20 mm, para la contracción del material y el desgaste del molde.
Ventajas de la tolerancia bilateral
Distribución equilibrada del material
La tolerancia bilateral permite añadir o quitar material por igual. Esto ayuda a mantener el equilibrio en el diseño de la pieza y reduce las concentraciones de tensión.
Mayor flexibilidad en la fabricación
Los fabricantes tienen más flexibilidad con la tolerancia bilateral. Pueden ajustar las herramientas y los procesos para mantenerse dentro del intervalo de tolerancia sin preocuparse por una única dirección de variación. Esto a menudo conduce a una producción más rápida y costes más bajos.
Diferencias clave entre tolerancia unilateral y bilateral
Comprender las diferencias de tolerancia unilateral y bilateral ayuda a los ingenieros a elegir el enfoque de diseño adecuado. He aquí un desglose de las distinciones clave:
Definición
- Tolerancia unilateral: Permite la variación en una sola dirección con respecto al tamaño nominal (mayor o menor).
- Tolerancia bilateral: Permite la variación del tamaño nominal (mayor y menor).
Variación Dirección
- Tolerancia unilateral: La variación se limita a un lado de la dimensión nominal. Por ejemplo, 10 mm +0,2/-0 significa que la pieza puede ser hasta 0,2 mm mayor, pero no menor.
- Tolerancia bilateral: Se admiten variaciones a ambos lados de la dimensión nominal. Por ejemplo, 10 mm ±0,1 mm significa que la pieza puede ser 0,1 mm mayor o menor.
Intención de diseño
- Tolerancia unilateral: Se utiliza cuando es fundamental un ajuste preciso en una dirección. Por ejemplo, un eje no debe superar un tamaño específico para encajar en un orificio.
- Tolerancia bilateral: Se utiliza cuando son aceptables ligeras variaciones a ambos lados del tamaño nominal. Por ejemplo, las dimensiones de un soporte pueden variar ligeramente sin afectar a su función.
Flexibilidad de fabricación
- Tolerancia unilateral: Limita la flexibilidad de fabricación porque sólo se permite la variación en una dirección. Esto puede aumentar los costes si la tolerancia es ajustada.
- Tolerancia bilateral: Ofrece mayor flexibilidad porque permite variaciones en ambas direcciones. Esto suele facilitar y abaratar la producción de piezas.
| Aspect | Tolerancia unilateral | Tolerancia bilateral |
|---|---|---|
| Definición | Variación permitida en una sola dirección (mayor o menor). | Variación permitida en ambas direcciones (mayor y menor). |
| Variación Dirección | De un solo lado (por ejemplo, +0,2/-0 o +0/-0,2). | Dos caras (por ejemplo, ±0,1). |
| Intención de diseño | Se utiliza cuando es fundamental un ajuste preciso en una dirección. | Se utiliza cuando son aceptables ligeras variaciones a ambos lados. |
| Flexibilidad de fabricación | Menos flexible; control más estricto en una dirección. | Más flexible; más fácil de conseguir en la producción. |
Otros tipos de tolerancias de ingeniería
Además de las tolerancias unilaterales y bilaterales, los ingenieros utilizan otros tipos de tolerancias importantes para controlar diversos aspectos de la calidad y el funcionamiento de las piezas. Cada una de ellas responde a necesidades específicas de diseño y fabricación.
Dimensionamiento y tolerancias geométricas (GD&T)
GD&T es un sistema integral que va más allá de las simples tolerancias dimensionales. Controla características geométricas como la forma, la orientación, la ubicación y la excentricidad. Este sistema utiliza símbolos y reglas para definir los requisitos exactos de forma y posición de las características de una pieza.
Los principales tipos de tolerancia GD&T son
- Tolerancias de forma: Control de rectitud, planitud, circularidad y cilindricidad
- Tolerancias de orientación: Controlar el paralelismo, la perpendicularidad y la angularidad
- Tolerancias de ubicación: Posición de control, concentricidad y simetría
- Tolerancias de excentricidad: Control de la excentricidad circular y total
GD&T proporciona un control más preciso sobre la geometría de la pieza que el tolerado dimensional tradicional por sí solo.
Tolerancias estadísticas
El tolerado estadístico utiliza la probabilidad y la estadística para predecir cómo las variaciones en las dimensiones individuales afectarán a un ensamblaje. A diferencia del tolerado del peor caso, que asume que todas las piezas están en sus límites extremos, el tolerado estadístico reconoce que la mayoría de las piezas estarán más cerca de la dimensión nominal.
Este enfoque utiliza símbolos como "ST" o "RSS" (Root Sum Square) en los dibujos para indicar dónde se aplican los métodos estadísticos. A menudo permite tolerancias individuales más amplias, manteniendo la calidad general del conjunto.
Tolerancias límite
El tolerado límite especifica directamente las dimensiones máximas y mínimas permitidas sin hacer referencia a una dimensión esencial. Por ejemplo, el diámetro de un eje puede ser de 15,02-15,05 mm.
Este método comunica el intervalo aceptable y suele utilizarse en entornos de producción en los que se realizan comparaciones directas de las mediciones.
Tolerancias de ajuste
Las tolerancias de ajuste controlan cómo interactúan las piezas cuando se ensamblan. Definen la holgura o interferencia entre las piezas que se acoplan. Los sistemas de ajuste estándar incluyen:
- La holgura encaja: El orificio es siempre más importante que el eje, lo que permite un movimiento libre
- Ajustes de interferencia: El eje es siempre más significativo que el agujero, creando un ajuste a presión
- La transición encaja: A veces holgura, a veces interferencia, dependiendo de los tamaños reales.
Las tolerancias de ajuste suelen definirse según sistemas normalizados como ISO o ANSI, con denominaciones como H7/f7 (ajuste de holgura) o H7/s6 (ajuste de interferencia).
Tolerancias no uniformes
Las tolerancias no uniformes varían a lo largo o en el área de una característica. Por ejemplo, un eje cónico puede tener tolerancias más estrictas en la superficie de apoyo y tolerancias menos estrictas en el resto. Este enfoque optimiza los costes de fabricación aplicando tolerancias estrictas sólo donde es funcionalmente necesario.
Tolerancias de los perfiles
Las tolerancias de perfil controlan la forma general de una superficie especificando cuánto puede desviarse de la forma perfecta teórica. Suelen utilizarse para superficies curvas complejas o características estéticas.
Las tolerancias de perfil pueden aplicarse a:
- Perfiles lineales (2D)
- Perfiles de superficie (3D)
Se utilizan habitualmente en paneles de carrocería de automóviles, productos de consumo y componentes aeroespaciales.
Modificadores de la condición del material
Estos modificadores ajustan las zonas de tolerancia en función del tamaño real de un elemento:
- Estado máximo del material (MMC): Se aplica cuando la característica contiene la mayor cantidad de material
- Condición Material Mínima (CMM): Se aplica cuando la característica incluye el menor material
- Independientemente del tamaño de las características (RFS): Se aplica independientemente del tamaño real del elemento
Estos modificadores ayudan a garantizar que las piezas encajen correctamente al tiempo que maximizan la flexibilidad de fabricación.
Conclusión
Las tolerancias de ingeniería desempeñan un papel crucial en el diseño y la fabricación de piezas de calidad. Las tolerancias unilaterales y bilaterales representan dos enfoques fundamentales para controlar la variación dimensional.
La elección entre estos tipos de tolerancia depende de los requisitos específicos de diseño, las capacidades de fabricación y las consideraciones de coste. Los ingenieros deben tener en cuenta la función de cada característica, los procesos de fabricación disponibles y los métodos de inspección a la hora de seleccionar el tipo de tolerancia adecuado.
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