El dimensionamiento geométrico y las tolerancias son un sistema estándar para comunicar tolerancias técnicas e intenciones de diseño a través de dibujos técnicos. El símbolo de planitud es uno de los conceptos centrales de GD&T, comúnmente utilizado por los diseñadores para controlar superficies planas.
En este artículo, analizamos qué es la planitud en GD&T, el nombre de la planitud, explicamos cómo medir la planitud y presentamos una breve comparación entre rectitud y planitud.
¿Qué es la planitud en GD&T?
La planitud en GD&T es una de las muchas herramientas de tolerancia de ingeniería disponibles para que los diseñadores controlen el tamaño y la forma de sus diseños. La tolerancia de planitud es aplicable a superficies cuya planitud debe mantenerse dentro de ciertos límites para que la pieza funcione correctamente. Es un método común para controlar la forma de una superficie donde la planitud es un requisito de diseño.
Por ejemplo, las mordazas de un torno están rectificadas con alta precisión para que puedan agarrar piezas con suficiente fuerza y aplicar una fuerza uniforme a las superficies agarradas. Si no son planos, el cable puede soltarse y dañar la pieza por concentración de tensiones.
Etiqueta y símbolo de planitud.
Planitud en GD&T tiene una etiqueta de planitud especial para indicar los detalles de tolerancia de una pieza. En esta sección, explicamos brevemente el control de funciones para el símbolo de planitud. En la siguiente figura se muestra una etiqueta de planitud típica, que muestra la posición del símbolo y el valor de tolerancia en la estructura de control de características.
No se necesita ningún punto de referencia para el símbolo de planitud, como explicaremos en la siguiente sección. Por tanto, la etiqueta sólo contiene el símbolo de planitud y el valor de tolerancia.
Zona de tolerancia de planitud
La planitud en GD&T tiene una zona de tolerancia 3D definida por dos superficies paralelas encima y debajo de la superficie de referencia. Toda la superficie debe estar dentro de estos dos niveles virtuales para cumplir con los requisitos de calidad definidos.
La distancia entre estos planos define la "estrechez" de la tolerancia de planitud. Según la intención del diseño, el diseñador establece un valor de tolerancia de acuerdo con el nivel de precisión requerido y define cuánto espacio tiene la superficie para desviaciones de su forma real.
Como se mencionó anteriormente, el símbolo de planitud no requiere una referencia porque no controla la característica referenciada en relación con una característica de referencia estándar. Es decir, impone una forma independiente de tolerancia a la superficie, independientemente de su posición u orientación en relación con otras características de la pieza.
Por ejemplo, la siguiente figura indica la planitud de la superficie superior de la pieza. Lo único que importa es qué tan plana es la superficie superior dentro de la zona de tolerancia de 0,1 pulgadas. No importa si está inclinado con respecto a la superficie inferior de la pieza.
¿Cómo aplicar planitud en GD&T?
Hay varias formas de aplicar planicidad en GD&T, con pequeñas diferencias entre cada opción. Si bien la planitud es una herramienta de GD&T fácil de usar, al diseñar piezas con diferentes geometrías y requisitos de calidad, puede resultar útil comprender las diferentes aplicaciones.
Planitud en una superficie
Esta es la aplicación más común del símbolo de planitud. Es lo mismo que se describe arriba. La zona de tolerancia de planitud de la superficie consta de dos planos paralelos por encima y por debajo de la superficie.
En este caso, la etiqueta de planitud apunta directamente a una superficie plana o está en una línea que se extiende desde la superficie de referencia.
No existe ninguna restricción en la posición de la superficie plana para que se aplique el símbolo de planitud. La superficie referenciada puede estar inclinada, dentro de una grieta o incluso discontinua como se muestra en la imagen a continuación.
Planitud en un plano medio derivado (DMP)
La planitud en un DMP es otra forma de utilizar la planitud en GD&T. En este caso, el símbolo de planitud se aplica a una entidad dimensionada y no a una superficie. El recurso de control es el DMP virtual del recurso de tamaño al que se hace referencia. Esto tiene muchas aplicaciones prácticas, especialmente con componentes apilados.
Otro punto a tener en cuenta al utilizar el símbolo de planitud en un DMP es que los modificadores de Condición máxima del material (MMC) y Condición mínima del material (LMC) también se aplican. La etiqueta de planitud en la siguiente imagen incluye el símbolo modificador MMC ( 
).
En el ejemplo anterior, según la tolerancia, el espesor de la pieza debe estar en el rango de 0,995-1,005 en todos los puntos. Sin embargo, debido a la visualización de la planitud con el modificador MMC, la forma general de la pieza (curvatura, ondulación en DMP) aún puede variar hasta 0,01.
Por lo tanto, la zona de tolerancia funcional real (en la jerga de GD&T “Condición de límite virtual”) es 0,005 + 0,01 = 0,015. Tiene en cuenta las desviaciones de tamaño y forma.
Planitud local por unidad
La tolerancia de planitud local a veces se define por separado en el dibujo cuando los requisitos de planitud local difieren de los requisitos generales de planitud de la superficie. Esto sucede en casos donde la superficie de referencia es muy grande y difícil de controlar o cuando la planitud local es un requisito funcional.
Por ejemplo, los elementos de sellado como las juntas tóricas no necesitan ser completamente planos en general, pero sí deben ser muy planos en áreas locales pequeñas para garantizar un sellado eficaz.
La planitud local se puede definir por unidad de longitud o superficie. A continuación se muestran algunos ejemplos. La superficie debe estar dentro de los límites de tolerancia locales para todas las zonas locales posibles. Por ejemplo, si hay una tolerancia de planitud de 0,01 por ⌀25, no debe haber zonas circulares locales ⌀25 en la superficie donde se exceda la tolerancia de 0,01.
¿Cómo medir la planitud usando diferentes métodos?
La siguiente pregunta a responder es cómo medir la planitud. Una vez fabricada la pieza pasa al departamento de calidad junto con su dibujo técnico, donde un especialista en control de calidad valora si se cumple o no la tolerancia de planitud.
Existen numerosas formas de medir la planitud con distintos grados de precisión. En esta sección analizamos los métodos principales y los comparamos en términos de precisión, esfuerzo y tiempo.
Altímetro
Un método común para evaluar la planitud en GD&T es utilizar un medidor de altura. El operador coloca la parte inferior de la pieza en tres columnas de igual altura. Luego, el operador ajusta la altura de estas columnas para simular un plano completamente plano.
Luego se mueve la aguja del altímetro sobre la superficie y se monitorea su desviación durante todo el proceso. Si el descentramiento de la aguja permanece dentro de la tolerancia de planitud, la pieza ha pasado la prueba de calidad.
Este es el método estándar para medir la planitud y generalmente es preciso para fines de ingeniería general. Sin embargo, el operador debe prestar atención a algunas cosas. En primer lugar hay que garantizar la planitud del conjunto de tres puntos. De lo contrario, la medición sería inexacta debido a la inclinación resultante de la superficie de referencia.
Como la pieza también descansa sobre tres pilares, algunas partes de la misma quedan suspendidas en el aire, a modo de puente. Por este motivo, las geometrías delicadas, como las láminas finas, pueden doblarse por la gravedad o por el efecto del altímetro. Esto también conduciría a una medición incorrecta.
Placa superficial
Este método es similar al descrito anteriormente, pero la pieza descansa sobre una placa de superficie. La placa de superficie suele ser una mesa plana de granito, ya que proporciona buena estabilidad térmica y amortiguación.
Una vez que el indicador de cuadrante está colocado de manera segura, se desliza de manera similar a través de la superficie y se monitorea su desviación.
Incluso en este escenario, existe un problema potencial que los profesionales de la calidad deben resolver. La propia placa de medición debe ser plana y estar correctamente alineada. Si la losa está inclinada, el medidor de altura medirá el paralelismo entre la parte inferior de la losa y la superficie de referencia, que no cumple con las especificaciones de tolerancia de planitud.
Por lo tanto, la placa de medición debe ser particularmente plana y horizontal para garantizar una medición precisa.
Máquina de medición de coordenadas (CMM)
Las máquinas de medición por coordenadas son los dispositivos más precisos para medir la planitud en forma y posición (GD&T). A diferencia de los dos métodos anteriores, son automatizados, precisos e independientes de la orientación de las capas. Además, las máquinas de medición por coordenadas son compatibles con el software CAD, lo que brinda a los ingenieros más flexibilidad y conveniencia al realizar inspecciones de calidad.
Una máquina de medición de coordenadas funciona escaneando la superficie en múltiples puntos y creando una nube de puntos 3D. El número de mediciones depende del tamaño de la pieza y del nivel de precisión requerido. Luego, el software de la máquina de medición de coordenadas evalúa la nube de puntos para verificar la tolerancia de planitud. El software puede utilizar varios algoritmos para este cálculo. Los dos métodos más comunes son el algoritmo del plan de mejor ajuste y el algoritmo de zona mínima.
Para obtener el mejor plano de ajuste, el algoritmo ajusta el mejor plano posible a los puntos cartesianos recopilados y luego calcula la desviación máxima de ese plano con respecto a los puntos extremos en ambos lados. Este valor sirve como valor de tolerancia de planitud.
En el método de zona mínima, el algoritmo adapta dos planos paralelos y lo más cercanos posible de toda la nube de puntos. Estos planos definen la zona de tolerancia y la distancia entre ellos es la planitud de la superficie.
Diferencias entre planitud y rectitud
Los símbolos de rectitud y planitud en GD&T a menudo se confunden. Sus aplicaciones son bastante similares, por lo que la confusión es natural. Básicamente, la planitud en GD&T es la versión 3D de la rectitud.
En esta sección, proporcionamos una comparación entre rectitud y tolerancia para ayudar a los diseñadores a comprender mejor estos conceptos al diseñar productos.
| planicidad | justicia |
| La planicidad controla un plano 2D. | La justicia controla una línea 1D. |
| La zona de tolerancia de planitud es el espacio 3D entre dos planos paralelos. | La zona de tolerancia es el espacio 3D dentro de un cilindro alrededor de la línea de referencia. |
| Se aplica sobre una superficie plana o DMP. | Se aplica a líneas rectas o ejes y no necesariamente tiene que ser en superficies planas. |
| Las aplicaciones generalmente se centran en mantener un contacto adecuado entre las superficies de contacto. | Las aplicaciones de rectitud incluyen la alineación de ejes y características lineales. |
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Concluyendo
La planitud en GD&T es un concepto importante en la ingeniería de diseño que proporciona a los ingenieros una herramienta para definir los requisitos críticos de producción. Este artículo explica el símbolo de planitud, la etiqueta de planitud y las diferentes formas de utilizarlos.
Preguntas frecuentes
¿Qué estándares se utilizan para aplicar planitud usando GD&T?
ASME Y14.5 es el estándar GD&T más común para tolerancias, incluida la planitud. Contiene pautas para aplicar la planicidad, sus casos de uso y notas.
¿Se puede utilizar la planitud para evaluar pilas de tolerancia?
La planitud se utiliza regularmente para controlar las pilas de tolerancia. Se utiliza para refinar la tolerancia de tamaño de los recursos apilados y ayuda a mantener la longitud total de la pila.
¿Es necesario un punto de referencia para la planitud?
No se requiere ningún punto de referencia para el símbolo de planitud.
