La formación de tolerancia es un aspecto importante de la industria manufacturera. Es una característica central del sistema de tolerancias y dimensiones geométricas (GD&T) que los diseñadores utilizan para comunicar las características clave de las piezas y las tolerancias asociadas con la producción.
El apilamiento de tolerancias es una técnica importante en el cálculo de tolerancias aplicada a características geométricas "apiladas". Ayuda a garantizar que los procesos de producción sean precisos, convenientes y rentables.
Este artículo analiza en detalle el apilamiento de tolerancias. Explica qué es, qué tipos hay y qué mejores prácticas recomiendan los expertos.
¿Qué es el apilamiento de tolerancias?
La pila de tolerancias es el estado acumulativo de las tolerancias geométricas de las funciones conectadas. Básicamente, esto puede entenderse simplemente como que las tolerancias individuales de las características de una pieza se suman y su efecto acumulativo se produce en la tolerancia general de la pieza.
El apilamiento de tolerancias es un análisis útil que garantiza que la pieza y sus componentes puedan fabricarse. Ayuda a evitar situaciones en las que las características de la pieza están dentro de la tolerancia, pero la pieza en su conjunto está fuera de la tolerancia y se descarta.
Ejemplo de apilamiento de tolerancia
Veamos el ejemplo de una placa con varios agujeros uno al lado del otro. Los agujeros y sus posiciones en la placa son características de tolerancia críticas. Existe la posibilidad de que todos los agujeros estén dentro de la tolerancia, pero dentro de los límites máximos.
Esto puede hacer que todos los agujeros se vuelvan demasiado grandes por casualidad, dejando no suficiente material entre ellos para soportar el tablero. Esto da como resultado que la pieza no supere las pruebas de calidad a pesar de que las características clave están dentro de la tolerancia.
Esto resalta la necesidad práctica de utilizar el análisis de acumulación de tolerancias. Además, ayuda a reducir la pérdida de tiempo y dinero y reduce el desperdicio de material.
Métodos de análisis de pila de tolerancia
Los ingenieros utilizan dos métodos principales para acumular tolerancias. La función principal es la misma para ambos, pero existen algunas diferencias importantes que los hacen adecuados para determinadas situaciones.
Análisis de tolerancia en el peor de los casos
El análisis de la pila de tolerancias en el peor de los casos es el más simple de los dos. Esto supone que todos los recursos alcanzan sus niveles máximos de deriva, que es el peor de los casos para un fabricante.
Aunque esto es poco probable en un entorno de producción real, la técnica del peor de los casos se utiliza cuando los riesgos son altos. Esto es particularmente cierto en el caso de piezas de alta precisión en industrias como la aviación y la medicina.
Para una pieza con n características y tolerancias bilaterales, la fórmula para encontrar la variación total es:
El método del peor de los casos garantiza que todas las piezas estén dentro de las tolerancias y logren el ajuste técnico deseado. Sin embargo, esta seguridad tiene el costo de tolerancias más estrictas. Por esta razón, este método es más adecuado para la producción de bajo volumen porque la probabilidad de producir piezas dentro de las tolerancias disminuye a medida que aumenta el número de piezas.
Ejemplo de análisis de tolerancia en el peor de los casos
La acumulación de tolerancias puede ser complicada y difícil de entender. Por lo tanto, presentamos un ejemplo simple de apilamiento de tolerancias para ilustrar este punto. La siguiente figura muestra una pila de tolerancias con múltiples funciones, cada una con su propia dimensión y tolerancia. El objetivo es calcular X, la tolerancia global del conjunto, basándose en el principio del peor de los casos.
En el peor caso de apilamiento de tolerancias, la dimensión nominal y la tolerancia son la suma de las dimensiones características. Por tanto, X se calcula de la siguiente manera:
| elemento | Nominal | tolerancia |
| A | octavo | ±4 |
| B | 5 | ±2 |
| W. | 5 | ±2 |
| D | 5 | ±2 |
| Asamblea (X) | 23 | ±10 |
Por lo tanto, X = 23 ± 10
Análisis estadístico de tolerancia / RSS – Raíz de la suma cuadrada
El método de análisis estadístico de apilamiento de tolerancias adopta un enfoque ligeramente más realista y metódico para el apilamiento de tolerancias. El análisis estadístico se utiliza para estimar la distribución de probabilidad de las desviaciones en cada dimensión de tolerancia.
La hipótesis básica para esto es que cada dimensión es diferente. Algunos se desviarán menos, otros más, como en una fábrica real. Por lo tanto, es ampliamente aplicable en entornos de producción en masa donde una pequeña cantidad de defectos es aceptable.
Después de calcular estas distribuciones de probabilidad individuales, se suman para determinar la probabilidad de la tolerancia general de la pieza. Esto proporciona una estimación razonable de cuántas piezas es poco probable que pasen las pruebas de calidad.
Se utilizan varias técnicas estadísticas, pero, con diferencia, el método más común es el método de la suma cuadrática (RSS), que supone una distribución normal de las desviaciones dimensionales.
La fórmula para calcular la tolerancia de montaje de Tasm es:
Ejemplo de análisis de tolerancia RSS
Para comprender el apilamiento de tolerancia estadística, usemos el mismo ejemplo. La dimensión nominal X permanece sin cambios en 23. La tolerancia se calcula mediante la fórmula RSS.
Por lo tanto, usando RSS, X es 23 ± 5,29.
Mejores prácticas para el apilamiento de tolerancias
La acumulación de tolerancia es mitad ciencia, mitad arte. Se requiere habilidad técnica para seleccionar la cadena de dimensiones más adecuada al realizar el análisis de acumulación. En las siguientes secciones, resumimos consejos y trucos de expertos para ayudarle a optimizar su análisis de la pila de tolerancia.
Mantén tus dibujos limpios
Los dibujos técnicos son el método estándar para comunicar la intención del diseño a los ingenieros de producción. Un error común que cometen los ingenieros sin experiencia es agregar tolerancias a cada subcaracterística, lo que generalmente no es necesario. Generalmente es suficiente establecer tolerancias solo para las características críticas y controla automáticamente las dimensiones de las características auxiliares.
Por ello, se recomienda no sobredimensionar tu pieza. Esto complica el proceso de fabricación y sobrecarga el dibujo técnico, provocando confusión.
Comprender los desafíos de fabricación
Es fácil dejarse llevar y establecer tolerancias más estrictas de las necesarias en algunas características. Los diseñadores deben recordar que, aunque sus departamentos de producción puedan producir piezas de alta calidad, las tolerancias están determinadas por la funcionalidad de la pieza.
Por lo tanto, tanto los diseñadores como los fabricantes deben evaluar sus tolerancias desde una perspectiva práctica y evitar un enfoque demasiado estricto.
Considere la calidad de las piezas después de la fabricación.
Este es un consejo general, no algo específico para la acumulación de tolerancias. Al crear sus diseños y tolerancias, los ingenieros deben considerar los cambios que sufrirán sus piezas durante el servicio. Hay desgaste general y mantenimiento que afectan las tolerancias con el tiempo.
Por lo tanto, tiene sentido tener esto en cuenta y establecer tolerancias adecuadas para maximizar la vida útil.
Herramientas de apilamiento de tolerancia
La acumulación de tolerancias, como cualquier otro programa de producción, ha cambiado significativamente en los últimos años. El software CAD/CAE moderno tiene herramientas como una calculadora de pila de tolerancia. Los diseñadores pueden elegir entre una variedad de métodos de apilamiento de tolerancias, identificar todas las cadenas de tolerancias posibles en la pieza e incorporar fácilmente cambios en los dibujos técnicos.
Herramientas como esta impulsan la industria manufacturera y ayudan a los ingenieros a implementar métodos de fabricación de precisión como 6-Sigma.
Concluyendo
El apilamiento de tolerancias es una de las herramientas más útiles en producción. Asegúrese de que las piezas encajen bien y tenga en cuenta la facilidad de fabricación. Para los ingenieros involucrados en el diseño de productos y GD&T, esta es una habilidad esencial.
Preguntas frecuentes
¿Por qué es importante la acumulación de tolerancias?
El apilamiento de tolerancias garantiza que las piezas se fabriquen dentro de los límites de tolerancia definidos para cada característica geométrica. Este método preserva la funcionalidad al tiempo que maximiza la conveniencia de fabricación.
¿Qué es el apilamiento de tolerancias de primer y segundo orden?
El apilamiento de tolerancias de primer y segundo orden son los términos utilizados para el apilamiento de tolerancias en el peor de los casos y el apilamiento de tolerancias estadísticas, respectivamente.
¿Cuáles son los desafíos generales asociados con la acumulación de tolerancias?
Existen varios desafíos en el apilamiento de tolerancias, tales como: B. seleccionar la mejor variante de cadenas de tolerancia, considerar opciones de fabricación y encontrar el equilibrio adecuado entre las tolerancias de las piezas y la rentabilidad.
