Dimensionamiento geométrico y tolerancias.

Dimensionamiento y tolerancias geométricas (GD&T) es un sistema para definir y comunicar tolerancias de ingeniería a través de un lenguaje simbólico en dibujos de ingeniería y modelos 3D generados por computadora que describe la geometría nominal de un objeto físico y la variación permitida de la misma. GD&T se utiliza para definir la geometría nominal (teóricamente perfecta) de piezas y ensamblajes, la variación permitida en tamaño, forma, orientación y ubicación de características individuales, y cómo las características pueden variar entre sí de manera que un componente sea considerado satisfactorio para el uso previsto.

• Dimensionar las especificaciones definen la geometría nominal, modelada o as-intended. Un ejemplo es una dimensión básica.
• Las especificaciones de tolerancing definen la variación permitido para la forma y posiblemente el tamaño de las características individuales, y la variación permitible en la orientación y ubicación entre las características. Dos ejemplos son dimensiones lineales y marcos de control de características usando una referencia datum (ambas se muestran a continuación).

Existen varios estándares disponibles en todo el mundo que describen los símbolos y definen las reglas utilizadas en GD&T. Uno de esos estándares es el Y14.5 de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME). Este artículo se basa en ese estándar. Otros estándares, como los de la Organización Internacional de Normalización (ISO), describen un sistema diferente que tiene reglas de interpretación muy diferentes (ver GPS&V). El estándar Y14.5 proporciona un conjunto bastante completo de reglas para GD&T en un solo documento. En comparación, las normas ISO normalmente sólo abordan un único tema a la vez. Existen estándares separados que proporcionan detalles para cada uno de los símbolos y temas principales a continuación (por ejemplo, posición, planitud, perfil, etc.). BS 8888 proporciona un documento independiente que tiene en cuenta muchos estándares GPS&V.

Origen

El origen de GD&T se atribuye a Stanley Parker, quien desarrolló el concepto de "posición verdadera". Si bien se sabe poco sobre la vida de Parker, se sabe que trabajó en la Royal Torpedo Factory en Alexandria, West Dunbartonshire, Escocia. Su trabajo incrementó la producción de armas navales por parte de nuevos contratistas.

En 1940, Parker publicó Notas sobre diseño e inspección de trabajos de ingeniería de producción en masa, el primer trabajo sobre dimensionamiento y tolerancias geométricas. En 1956, Parker publicó Drawings and Dimensions, que se convirtió en la referencia básica en este campo.

Filosofía de dimensionamiento y tolerancias

De acuerdo con la norma ASME Y14.5-2009, el propósito de GD&T es describir la intención de ingeniería de piezas y conjuntos. El marco de referencia de referencia puede describir cómo encaja o funciona la pieza. GD&T puede definir con mayor precisión los requisitos dimensionales de una pieza, permitiendo en algunos casos más de un 50 % más de zona de tolerancia que el dimensionamiento por coordenadas (o lineal). La aplicación adecuada de GD&T garantizará que la pieza definida en el dibujo tenga la forma, el ajuste (dentro de los límites) y la función deseados con las mayores tolerancias posibles. GD&T puede agregar calidad y reducir costos al mismo tiempo a través de la producibilidad.

Hay algunas reglas fundamentales que deben aplicarse (se pueden encontrar en la página 7 de la edición de 2009 de la norma):

• Todas las dimensiones deben tener una tolerancia. Cada característica de cada parte manufacturada está sujeta a variación, por lo tanto, los límites de variación permitible deben ser especificados. Además y menos tolerancias pueden aplicarse directamente a dimensiones o aplicarse desde un bloque de tolerancia general o una nota general. Para dimensiones básicas, las tolerancias geométricas se aplican indirectamente en un marco de control de valores relacionado. Las únicas excepciones son para dimensiones marcadas como mínimo, máximo, stock o referencia.
• Dimensiones definen la geometría nominal y la variación permitible. La medición y el escalado del dibujo no se permite excepto en ciertos casos.
• Los dibujos de ingeniería definen los requisitos de piezas terminadas (completa). Cada dimensión y tolerancia requerida para definir la parte final se mostrará en el dibujo. Si las dimensiones adicionales serían útiles, pero no son necesarias, pueden ser marcadas como referencia.
• Las dimensiones deben ser aplicadas a las características y dispuestas de tal manera que representen la función de las características. Además, las dimensiones no deben estar sujetas a más de una interpretación.
• Deben evitarse descripciones de los métodos de fabricación. La geometría debe describirse sin definir explícitamente el método de fabricación.
• Si se requieren ciertos tamaños durante la fabricación, pero no se requieren en la geometría final (debido a la contracción u otras causas) deben ser marcados como no obligatorios.
• Toda dimensión y tolerancia debe ser arreglada para la máxima legibilidad y debe aplicarse a líneas visibles en verdaderos perfiles.
• Cuando la geometría esté normalmente controlada por tamaños de gage o por código (por ejemplo, materiales de stock), la dimensión(s) se incluirá con el Gage o número de código entre paréntesis después o debajo de la dimensión.
• Los ángulos de 90° se asumen cuando las líneas (incluyendo las líneas centrales) se muestran en ángulos rectos, pero ninguna dimensión angular se muestra explícitamente. (Esto también se aplica a otros ángulos ortogonales de 0°, 180°, 270°, etc.)
• Dimensiones y tolerancias son válidas a 20 °C (68 °F) y 101.3 kPa (14.69 psi) a menos que se indique lo contrario.
• A menos que se indique explícitamente, todas las dimensiones y tolerancias sólo son válidas cuando el artículo está en un estado libre.
• Las dimensiones y tolerancias se aplican a la longitud, anchura y profundidad de una característica incluyendo la variación de la forma.
• Las dimensiones y tolerancias sólo se aplican al nivel del dibujo donde se especifican. No es obligatorio que se apliquen en otros niveles de dibujo, a menos que las especificaciones se repiten en los dibujos de nivel superior.

(Nota: Las reglas anteriores no son exactamente las establecidas en la norma ASME Y14.5-2009.)

Símbolos

Tolerancias: el tipo de tolerancias utilizadas con símbolos en marcos de control de características puede ser 1) bilateral igual 2) bilateral desigual 3) unilateral 4) sin distribución particular (una zona "flotante")

Las tolerancias para los símbolos de perfil son iguales bilaterales a menos que se especifique lo contrario, y para los símbolos de posición las tolerancias siempre son iguales bilaterales. Por ejemplo, la posición de un agujero tiene una tolerancia de 0,020 pulgadas. Esto significa que el orificio puede moverse ±0,010 pulgadas, que es una tolerancia bilateral igual. Esto no significa que el agujero pueda moverse +0,015/-0,005 pulgadas, lo cual es una tolerancia bilateral desigual. Las tolerancias bilaterales y unilaterales desiguales para el perfil se especifican agregando más información para mostrar claramente que esto es lo que se requiere.

Gráfico de referencia de tolerancia geométrica (por ASME Y14.5 M-1982)

Tipo de control	Características geométricas	Signatura	Unicode carácter	Función pertinente		Estado virtual afectado	Referencias datum	Modificado por		Afectado por
				Superficie	Detamaño			M	S	Bono	Cambio
Formulario	Estrechez		⏤ U+23E4	Sí.	Sí.	De tamaño	No	De tamaño	No	M	No
Formulario	Flatness		⏥ U+23E5	Sí.	No	No	No	No	No	No	No
Formulario	Circularidad		:: U+25CB	Sí.	No	No	No	No	No	No	No
Formulario	Cilíndrico		⌭ U+232D	Sí.	No	No	No	No	No	No	No
Perfil	Perfil de una línea		⌒ U+2312	Sí.	No	No	Sí.	No	No	No	Datum, M
Perfil	Perfil de una superficie		⌓ U+2313	Sí.	No	No	Sí.	No	No	No	Datum, M
Orientación	Perpendicularidad		⟂ U+27C2	Sí.	Sí.	De tamaño	Sí.	De tamaño	No	M	Datum, M
Orientación	Angularidad		∠ U+2220	Sí.	Sí.	De tamaño	Sí.	De tamaño	No	M	Datum, M
Orientación	Paralelismo		∥ U+2225	Sí.	Sí.	De tamaño	Sí.	De tamaño	No	M	Datum, M
Ubicación	Simmetría		⌯ U+232F	No	Sí.	Sí.	Sí.	No	No	No	No
Ubicación	Posición		⌖ U+2316	No	Sí.	Sí.	Sí.	Sí.	Sí.	M	Datum, M
Ubicación	Concentricidad		▪ U+25CE	No	Sí.	Sí.	Sí.	No	No	No	No
Huyendo	Corrección circular		. U+2197	Sí.	Sí.	De tamaño	Sí.	No	No	No	No
Huyendo	Corrección total		⌰ U+2330	Sí.	Sí.	De tamaño	Sí.	No	No	No	No

Símbolos utilizados en un "fragmento de control de temperatura" para especificar la descripción de una característica, tolerancia, modificador y referencias datum

Signatura	Unicode carácter	Modificador	Notas
	F U+BB24	Estado libre	Se aplica sólo cuando la parte está restringida de otro modo
	L U+24C1	Menos material (LMC)	Útil para mantener el espesor mínimo de la pared
	M U+24C2	Condición máxima de material (MMC)	Proporciona tolerancia de bonificación sólo para una característica de tamaño
	P U+24C5	Zona de tolerancia proyectada	Útil en agujeros roscados para largos agujeros
	S U+24C8	Independientemente del tamaño de las características (RFS)	No es parte de la versión de 1994. Véase el párrafo. A5, bala 3. D3. También, Figura 3-8.
	T U+24C9	Avión tangente	Útil para interfaces donde no se requiere el formulario
		Función continua	Identifica un grupo de características que deben tratarse geométricamente como una sola característica
		Tolerancia estadística	Aparece en la versión de 1994 de la norma, asume el control de proceso estadístico adecuado.
	U U+24CA	Inigualable bilateral	Se agregó en la versión 2009 de la norma, y se refiere a la distribución desigual del perfil. Número después de este símbolo indica tolerancia en la dirección "plus material".

Datums y referencias de datum

Un dato es un plano, línea, punto o eje virtual ideal. Una característica de referencia es una característica física de una pieza identificada por un símbolo de característica de referencia y el triángulo de característica de referencia correspondiente, por ejemplo,

▪ ▪ A− − − − ◂ ◂ Silencio{displaystyle {displaystyle Box }!!!!!{sstyle {mathsf {}}!-!!!!!!!blacktriangleleft !!!

These are then referred to by one or more 'datum references#39; which indicate measurements that should be made with respect to the corresponding datum feature.

Certificación GD&T

La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) ofrece dos niveles de certificación:

• El técnico GDTP, que proporciona una evaluación de la capacidad de un individuo para entender los dibujos que se han preparado utilizando el lenguaje de la dimensionación geométrica ".
• GDTP superior, que proporciona la medida adicional de la capacidad de un individuo para seleccionar los controles geométricos adecuados, así como para aplicarlos adecuadamente a los dibujos.

Intercambio de datos

El intercambio de información de tolerancias y dimensiones geométricas (GD&T) entre sistemas CAD está disponible en diferentes niveles de fidelidad para diferentes propósitos:

• En los primeros días de CAD, las líneas de intercambio, textos y símbolos fueron escritos en el archivo de intercambio. Un sistema receptor puede mostrarlos en la pantalla o imprimirlos, pero sólo un humano puede interpretarlos.
• Presentación del Grupo de Trabajo: En un siguiente nivel más alto la información de presentación se mejora agrupando juntos en callouts para un propósito particular, por ejemplo, a función datum callout y a marco de referencia datum. Y también hay la información que de las curvas del archivo son curvas de líder, proyección o dimensión y que se utilizan para formar la forma de un producto.
• GD: A diferencia de la presentación de GD plagaT, la representación de GD plagaT no se ocupa de cómo se presenta la información al usuario, sino que se ocupa únicamente de qué elemento de forma de un producto tiene la característica GD PulT. Un sistema compatible con la representación GD PulT puede mostrar información GD Pult en algunos diálogos de árboles y otros diálogos y permitir al usuario seleccionar y resaltar directamente la característica correspondiente en la forma del producto, 2D y 3D.
• Idealmente tanto la presentación y representación de GD plagaT están disponibles en el archivo de intercambio y están asociados entre sí. A continuación, un sistema de recepción puede permitir que un usuario seleccione un callout GD plagaT y obtener la característica correspondiente resaltada en la forma del producto.
• Una mejora de la representación de GD plagaT está definiendo un lenguaje formal para GD PulT (similar a un lenguaje de programación) que también tiene reglas y restricciones incorporadas para el uso adecuado de GD PulT. Esto sigue siendo un área de investigación (ver a continuación referencia a McCaleb e ISO 10303-1666).
• Validación de GD: Basado en los datos de representación de GD plagaT (pero no en la presentación de GD PulT) y la forma de un producto en algún formato útil (por ejemplo, una representación de límites), es posible validar la integridad y consistencia de la información GD PSTT. La herramienta de software FBTol de la planta de Kansas City es probablemente la primera en esta área.
• También se puede utilizar información de representación de GDT para la planificación de fabricación asistida por software y cálculo de costos de las piezas. Véase ISO 10303-224 y 238 infra.

Documentos y normas

Documentación técnica del producto ISO TC 10

• ISO 129 Dibujos técnicos – Indicación de dimensiones y tolerancias
• ISO 7083 Símbolos para tolerancia geométrica – Proporciones y dimensiones
• ISO 13715 Dibujos técnicos – Edges de forma no definida – Vocabulario e indicaciones
• ISO 15786 Representación simplificada y dimensionamiento de agujeros
• ISO 16792:2015 Documentación técnica del producto: Prácticas de datos de definición de producto digital (Nota: ISO 16792:2006 se deriva de ASME Y14.41-2003 por autorización de ASME)

ISO/TC 213 Especificaciones y verificación dimensionales y geométricas del producto

In ISO/TR 14638 GPS – Master Plan the distinction between fundamental, global, general and complementary GPS standards is made.

• Normas GPS fundamentales
  • ISO 8015 Conceptos, principios y normas
• Global GPS standards
  • ISO 14660-1 Características geométricas
  • ISO/TS 17, orientación y ubicación
  • ISO 1101 Tolerancia geométrica – Tolerancias de forma, orientación, ubicación y ejecución
    • Enmienda 1 Representación de especificaciones en forma de modelo 3D
  • ISO 1119 Serie de grifos cónicos y ángulos cónicos
  • ISO 2692 Tolerancia geométrica – Requisito máximo de material (RMM), requerimiento mínimo de material (RM) y requisito de reciprocidad (RPR)
  • ISO 3040 Dimensiones y tolerancia – Conos
  • ISO 5458 Tolerancia geométrica – Tolerancia posicional
  • ISO 5459 Tolerancia geométrica – Sistemas Datums y datum
  • ISO 10578 Tolerancing of orientation and location – Projected tolerance zone
  • ISO 10579 Dimensiones y tolerancia – Partes norígidas
  • ISO 14406 Extracción
  • ISO 22432 Características utilizadas en la especificación y verificación
• General GPS standards: Textura de la superficie del perfil
  • ISO 1302 Indicación de la textura superficial en la documentación técnica del producto
  • ISO 3274 Textura superficial: Método de perfil – Características nominales de los instrumentos de contacto (stylus)
  • ISO 4287 Textura superficial: Método de perfil – Términos, definiciones y parámetros de textura de superficie
  • ISO 4288 Textura superficial: Método de perfil – Reglas y procedimientos para la evaluación de la textura superficial
  • ISO 8785 imperfecciones superficiales – Términos, definiciones y parámetros
  • Forma de una superficie independiente de un sistema datum o datum. Cada uno de ellos tiene una parte 1 para el Vocabulario y parámetros y una parte 2 para el Operadores de especificación:
    • ISO 12180 Cilíndrico
    • ISO 12181 Redondeo
    • ISO 12780 Estrechez
    • ISO 12781 Flatness
  • ISO 25178 Textura superficial: Areal
• General GPS standards: Técnicas de extracción y filtración
  • ISO/TS 1661 Filtración
  • ISO 11562 Textura superficial: Método de perfil – Características metrológicas de los filtros correctos de fase
  • ISO 12085 Textura superficial: Método de perfil – Parámetros de motivos
  • ISO 13565 Método de perfil; Superficies que tienen propiedades funcionales estratificadas

Estándares ASME

• ASME Y14.41 Digital Product Definition Data Practices
• ASME Y14.5 Dimensiones y tolerancing
• ASME Y14.5.1M Definición matemática de los principios de dimensionación y tolerancia

ASME también está trabajando en una traducción al español de ASME Y14.5 – Estándar de dimensionamiento y tolerancias.

Estándares GD&T para el intercambio e integración de datos

• ISO 10303 Sistemas de automatización industrial e integración — Representación e intercambio de datos de productos
  • ISO 10303-47 Recursos genéricos integrados: Tolerancias de variación de la forma
  • ISO/TS 10303-1130 Módulo de aplicación: Elemento de forma derivada
  • ISO/TS 10303-1050 Módulo de aplicación: tolerancia a la dimensión
  • ISO/TS 10303-1051 Módulo de aplicación: Tolerancia geométrica
  • ISO/TS 10303-1052 Módulo de aplicación: Tolerancia por defecto
  • ISO/TS 10303-1666 Módulo de aplicación: Tolerancia geométrica ampliada
  • ISO 10303-203 Protocolo de aplicación: Diseño 3D controlado de configuración de piezas mecánicas y montajes
  • ISO 10303-210 Protocolo de aplicación: Diseño de montaje electrónico, interconexión y embalaje
  • ISO 10303-214 Protocolo de aplicación: Datos básicos para procesos de diseño mecánico automotriz
  • ISO 10303-224 Protocolo de aplicación: Definición mecánica de producto para la planificación de procesos utilizando características de mecanizado
  • ISO 10303-238 Protocolo de aplicación: Modelo de aplicación interpretado para controladores numéricos computarizados (STEP-NC)
  • ISO 10303-242 Protocolo de aplicación: Ingeniería 3D basada en modelos