Sistema para definir y representar tolerancias de ingeniería
Ejemplo de control geométrico de posición real definido por dimensiones básicas y características de referencia
El dimensionamiento y tolerancia geométricos ( 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 permisible de la misma. GD&T se utiliza para definir la geometría nominal (teóricamente perfecta) de piezas y conjuntos, la variación permisible en tamaño, forma, orientación y ubicación de características individuales, y cómo las características pueden variar entre sí de modo que un componente se considere satisfactorio para su uso previsto. Las especificaciones dimensionales definen la geometría nominal, tal como se modeló o tal como se pretendía, mientras que las especificaciones de tolerancia definen la variación física permisible de las características individuales de una pieza o conjunto.
Existen varias normas disponibles en todo el mundo que describen los símbolos y definen las reglas utilizadas en GD&T. Una de esas normas es la Y14.5 de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) . Este artículo se basa en esa norma. Otras normas, como las de la Organización Internacional de Normalización (ISO), describen un sistema diferente que tiene algunas diferencias matizadas en su interpretación y reglas (consulte GPS&V) . La norma Y14.5 proporciona un conjunto bastante completo de reglas para GD&T en un solo documento. Las normas ISO, en comparación, normalmente solo abordan un único tema a la vez. Hay normas independientes que proporcionan los detalles de cada uno de los símbolos y temas principales que se indican a continuación (por ejemplo, posición, planitud, perfil, etc.). La BS 8888 proporciona un documento autónomo que tiene en cuenta muchas normas 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 aumentó la producción de armas navales por parte de nuevos contratistas.
En 1940, Parker publicó Notes on Design and Inspection of Mass Production Engineering Work , el primer trabajo sobre dimensionamiento geométrico y tolerancias. [1] En 1956, Parker publicó Drawings and Dimensions , que se convirtió en la referencia básica en el campo. [1]
Conceptos fundamentales
Dimensiones
Una dimensión se define en ASME Y14.5 como "un valor numérico o una expresión matemática en unidades de medida apropiadas utilizadas para definir la forma, el tamaño, la orientación o la ubicación de una pieza o característica". [2] : 3 Los tipos especiales de dimensiones incluyen dimensiones básicas (dimensiones teóricamente exactas) y dimensiones de referencia (dimensiones utilizadas para informar, no para definir una característica o pieza).
Unidades de medida
Las unidades de medida de un dibujo que sigue las especificaciones GD&T pueden ser seleccionadas por el creador del dibujo. La mayoría de las veces, los dibujos están estandarizados en unidades lineales del SI, milímetros (indicados como "mm"), o en unidades lineales habituales de EE. UU., pulgadas decimales (indicadas como "IN"). Las dimensiones pueden contener solo un número sin unidades si todas las dimensiones son las mismas unidades y hay una nota en el dibujo que especifica claramente cuáles son las unidades. [2] : 8
Las dimensiones angulares se pueden expresar en grados decimales o grados, minutos y segundos.
Tolerancias
Cada característica de cada pieza fabricada está sujeta a variación, por lo tanto, se deben especificar los límites de variación permitidos. Las tolerancias se pueden expresar directamente en una dimensión mediante límites, tolerancias más/menos o tolerancias geométricas, o indirectamente en bloques de tolerancia, notas o tablas.
Las tolerancias geométricas se describen mediante marcos de control de características, que son cuadros rectangulares en un dibujo que indican el tipo de control geométrico, el valor de tolerancia, los modificadores y/o los datos de referencia relevantes para la característica . El tipo de tolerancias utilizadas con símbolos en los marcos de control de características pueden ser:
igualdad bilateral
bilateral desigual
unilateral
Sin distribución particular (zona “flotante”)
Las tolerancias para los símbolos de perfil son bilaterales iguales a menos que se especifique lo contrario, y para el símbolo de posición las tolerancias siempre son bilaterales iguales. Por ejemplo, la posición de un orificio tiene una tolerancia de 0,020 pulgadas. Esto significa que el orificio puede moverse ±0,010 pulgadas, lo que es una tolerancia bilateral igual. No significa que el orificio pueda moverse +0,015/−0,005 pulgadas, lo que 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.
Datums y referencias de datums
Un dato es un plano, línea, punto o eje teóricamente exacto. [2] : 3 Una característica de dato es una característica física de una parte identificada por un símbolo de característica de dato y un triángulo de característica de dato correspondiente , por ejemplo,
A continuación, se hace referencia a ellos mediante una o más "referencias de referencia" que indican las mediciones que se deben realizar con respecto a la característica de referencia correspondiente. El marco de referencia de referencia puede describir cómo encaja o funciona la pieza.
Propósito y reglas
El propósito de GD&T es describir la intención de ingeniería de las piezas y los conjuntos. [2] GD&T puede definir con mayor precisión los requisitos dimensionales de una pieza, lo que permite una zona de tolerancia de más del 50 % que el dimensionamiento por coordenadas (o lineal) en algunos casos. La aplicación adecuada de GD&T garantizará que la pieza definida en el plano 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 el costo al mismo tiempo a través de la capacidad de producción.
Según ASME Y14.5, las reglas fundamentales de GD&T son las siguientes, [2] : 7–8
Todas las dimensiones deben tener una tolerancia. Las tolerancias positivas y negativas se pueden aplicar directamente a las dimensiones o desde un bloque de tolerancia general o una nota general. En el caso de las dimensiones básicas, las tolerancias geométricas se aplican indirectamente en un marco de control de características relacionado. Las únicas excepciones son las dimensiones marcadas como mínimas, máximas, de stock o de referencia.
Las dimensiones y tolerancias deben definir completamente cada característica. No se permite la medición directa a partir del plano ni la asunción de dimensiones, excepto en el caso de planos especiales sin dimensiones.
Un plano debe tener la cantidad mínima de dimensiones necesarias para definir completamente el producto final. Se debe minimizar el uso de dimensiones de referencia.
Las dimensiones se deben aplicar a las características y organizar para representar la función y la relación de acoplamiento de la pieza. Solo debe haber una forma de interpretar las dimensiones.
La geometría de la pieza debe definirse sin especificar explícitamente los métodos de fabricación.
Si se requieren dimensiones durante la fabricación pero no la geometría final (debido a contracción u otras causas), deben marcarse como no obligatorias .
Las dimensiones deben organizarse para una máxima legibilidad y deben aplicarse a líneas visibles en perfiles reales.
Cuando la geometría normalmente está controlada por tamaños de calibre o por código (por ejemplo, materiales en stock), las dimensiones se deben incluir con el calibre o número de código entre paréntesis después de la dimensión.
Se asumen ángulos de 90° cuando las líneas (incluidas las líneas centrales) se muestran en ángulos rectos, pero no se especifica ningún ángulo.
Se suponen ángulos básicos de 90° donde las líneas centrales de las características en un patrón o superficies mostradas en ángulos rectos en un dibujo ortográfico 2D están ubicadas o definidas por dimensiones básicas y no se especifica ningún ángulo.
Se supone una dimensión básica de cero cuando los ejes, los planos centrales o las superficies se muestran coincidentes en un dibujo y la relación entre las características se define mediante tolerancias geométricas.
Las 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, las dimensiones y tolerancias solo se aplican en estado libre.
A menos que se indique explícitamente, las tolerancias se aplican a todo el largo, ancho y profundidad de una característica.
Las dimensiones y tolerancias solo se aplican en el plano donde se especifican. No es obligatorio que se apliquen en otros niveles (como en un plano de conjunto).
Los sistemas de coordenadas que se muestran en los dibujos deben ser dextrógiros. Cada eje debe estar etiquetado y debe indicarse la dirección positiva.
Símbolos
Lista de características geométricas
^ abcdefghij Cuando se aplica a una característica de tamaño .
^ abcdefg Cuando se hace referencia a una característica de referencia de tamaño con el modificador de condición de material máximo.
^ abcdefghijkl Automáticamente [b]
^ abcde Cuando se utiliza un modificador de condición de material máximo.
^ ab También se puede utilizar como control de formulario sin una referencia de datos.
^ ab En la revisión de 2018, se eliminaron tanto la concentricidad como la simetría y ya no se admiten.
^ Las características del símbolo de simetría no se incluyeron en la versión de la carta de la que se deriva esta carta. El símbolo de simetría se eliminó del estándar Y14.5M alrededor de 1982 y se volvió a agregar alrededor de 1994.
Lista de modificadores
La siguiente tabla muestra solo algunos de los modificadores más utilizados en GD&T. No es una lista exhaustiva.
Proceso de dar un título
La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) ofrece dos niveles de certificación: [4]
Tecnólogo GDTP, que proporciona una evaluación de la capacidad de un individuo para comprender dibujos que han sido preparados utilizando el lenguaje de Dimensionamiento y Tolerancia Geométrica.
GDTP sénior, que proporciona una medida adicional de la capacidad de un individuo para seleccionar controles geométricos adecuados y aplicarlos correctamente a los dibujos.
Intercambio de datos
El intercambio de información de tolerancias y dimensionamiento geométrico (GD&T) entre sistemas CAD está disponible en diferentes niveles de fidelidad para diferentes propósitos:
En los primeros tiempos del CAD, las líneas, textos y símbolos que solo se podían intercambiar se escribían en el archivo de intercambio. Un sistema receptor podía mostrarlos en la pantalla o imprimirlos, pero solo un humano podía interpretarlos.
Presentación GD&T : en un nivel superior, la información de presentación se mejora al agruparla en llamadas para un propósito particular, por ejemplo, una llamada de característica de referencia y un marco de referencia de referencia . Y también está la información de cuáles de las curvas en el archivo son curvas de guía, de proyección o de dimensión y cuáles se utilizan para formar la forma de un producto.
Representación GD&T : a diferencia de la presentación GD&T, la representación GD&T no se ocupa de cómo se presenta la información al usuario, sino que solo se ocupa de qué elemento de la forma de un producto tiene qué característica GD&T. Un sistema que admita la representación GD&T puede mostrar información GD&T en algunos árboles y otros cuadros de diálogo y permitir que el usuario seleccione y resalte directamente la característica correspondiente en la forma del producto, 2D y 3D.
Lo ideal es que tanto la presentación como la representación de GD&T estén disponibles en el archivo de intercambio y estén asociadas entre sí. De este modo, un sistema receptor puede permitir que un usuario seleccione una llamada de GD&T y obtenga la característica correspondiente resaltada en la forma del producto.
Una mejora de la representación de GD&T es la definición de un lenguaje formal para GD&T (similar a un lenguaje de programación) que también tiene reglas y restricciones incorporadas para el uso correcto de GD&T. Esto todavía es un área de investigación (consulte la referencia a McCaleb y la norma ISO 10303-1666 a continuación).
Validación GD&T : Basándose en los datos de representación GD&T (pero no en la presentación GD&T) 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&T. La herramienta de software FBTol de la planta de Kansas City es probablemente la primera en esta área.
La información de representación GD&T también se puede utilizar para la planificación de la fabricación asistida por software y el cálculo de costos de las piezas. Consulte las normas ISO 10303-224 y 238 a continuación.
Documentos y normas
ISO TC 10Documentación técnica del producto
ISO 129 Dibujos técnicos – Indicación de dimensiones y tolerancias
Símbolos ISO 7083 para tolerancias geométricas – Proporciones y dimensiones
ISO 13715 Dibujos técnicos – Bordes de forma indefinida – Vocabulario e indicaciones
ISO 15786 Representación y dimensionamiento simplificado de agujeros
ISO 16792:2021 Documentación técnica de productos: prácticas de datos de definición de productos digitales (Nota: ISO 16792:2006 se derivó de ASME Y14.41-2003 con permiso de ASME)
Norma ISO/TC 213Especificaciones y verificación dimensionales y geométricas del producto
En la norma ISO/TR 14638 GPS – Plan maestro se hace la distinción entre estándares GPS fundamentales, globales, generales y complementarios.
Estándares fundamentales del GPS
Conceptos, principios y reglas de la norma ISO 8015
Estándares globales de GPS
ISO 14660-1 Características geométricas
ISO/TS 17, orientación y ubicación
ISO 1101 Tolerancias geométricas – Tolerancias de forma, orientación, ubicación y excentricidad
Enmienda 1 Representación de las especificaciones en forma de modelo 3D
Serie ISO 1119 de conos cónicos y ángulos cónicos
ISO 2692 Tolerancia geométrica: requisito máximo de material (MMR), requisito mínimo de material (LMR) y requisito de reciprocidad (RPR)
ISO 3040 Dimensionamiento y tolerancias – Conos
ISO 5458 Tolerancia geométrica – Tolerancia posicional
ISO 5459 Tolerancias geométricas – Referencias y sistemas de referencia
ISO 10578 Tolerancia de orientación y ubicación – Zona de tolerancia proyectada
ISO 10579 Dimensionamiento y tolerancias – Piezas no rígidas
Extracción ISO 14406
Características ISO 22432 utilizadas en la especificación y verificación
Estándares generales de GPS: Textura de superficie de área y perfil
ISO 1302 Indicación de la textura de la superficie en la documentación técnica del producto
ISO 3274 Textura de la superficie: Método de perfil – Características nominales de los instrumentos de contacto (aguja)
ISO 4287 Textura de la superficie: Método de perfil – Términos, definiciones y parámetros de textura de la superficie
ISO 4288 Textura de la superficie: Método del perfil – Reglas y procedimientos para la evaluación de la textura de la superficie
ISO 8785 Imperfecciones de la superficie – Términos, definiciones y parámetros
Forma de una superficie independiente de un dato o sistema de dato. Cada una de ellas tiene una parte 1 para el Vocabulario y parámetros y una parte 2 para los operadores de Especificación :
ISO 12180 Cilindricidad
ISO 12181 Redondez
Rectitud ISO 12780
ISO 12781 Planitud
ISO 25178 Textura de superficie: Areal
Estándares generales de GPS: técnicas de extracción y filtración
Filtración ISO/TS 1661
ISO 11562 Textura de la superficie: Método de perfil – Características metrológicas de los filtros de corrección de fase
ISO 12085 Textura de la superficie: Método de perfil – Parámetros del motivo
Método de perfil ISO 13565 ; Superficies con propiedades funcionales estratificadas
Normas ASME
Prácticas de datos de definición de productos digitales ASME Y14.41
^ ab MacMillan, David M.; Krandall, Rollande (2014). "Bibliografía para dimensionamiento y tolerancia". Raíz tortuosa . Archivado desde el original el 27 de marzo de 2019. Consultado el 24 de octubre de 2018 .
^ abcdefg Dimensionamiento y tolerancias, ASME Y14.5-2009 . Nueva York: Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos. 2009. ISBN978-0-7918-3192-2.
^ ab "GD&T, dimensionamiento y tolerancia geométrica, GD&T, planitud, circularidad, tolerancia de planitud, tolerancia de circularidad". cobanengineering.com . Consultado el 2 de abril de 2020 .
^ "Recursos". Consultores de Capacitación Técnica. 2020. Consultado el 20 de septiembre de 2020 .
Lectura adicional
McCaleb, Michael R. (1999). "Un modelo de datos conceptual de sistemas de datos". Revista de investigación del Instituto Nacional de Normas y Tecnología . 104 (4): 349–400. doi : 10.6028/jres.104.024 .
Henzold, Georg (2006). Dimensionamiento geométrico y tolerancias para diseño, fabricación e inspección (2.ª ed.). Oxford, Reino Unido: Elsevier. ISBN 978-0750667388.
Srinivasan, Vijay (2008). "Estandarización de la especificación, verificación e intercambio de geometría de productos: investigación, estado y tendencias". Diseño asistido por computadora . 40 (7): 738–49. doi :10.1016/j.cad.2007.06.006.
Drake, Jr., Paul J. (1999). Manual de dimensionamiento y tolerancias . Nueva York: McGraw-Hill. ISBN 978-0070181311.
Neumann, Scott; Neumann, Al (2009). GeoTol Pro: una guía práctica para tolerancias geométricas según ASME Y14.5-2009 . Dearborn, MI: Sociedad de Ingenieros de Manufactura. ISBN 978-0-87263-865-5.
Bramble, Kelly L. (2009). Límites geométricos II, Guía práctica para la interpretación y aplicación ASME Y14.5-2009 . Engineers Edge.
Wilson, Bruce A. (2005). Diseño, dimensionamiento y tolerancias . Estados Unidos: Goodheart-Wilcox. pág. 275. ISBN 978-1-59070-328-1.
Enlaces externos
Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Dimensionamiento geométrico y tolerancias .
Tolerancias generales para dimensiones lineales y angulares según ISO 2768
¿Qué es GD&T?
La importancia de GD&T
Glosario de términos y definiciones de GD&T Archivado el 15 de septiembre de 2008 en Wayback Machine
GDT: Introducción
Certificación ASME
Cambios y adiciones a la norma ASME Y14.5M
Proyecto de pruebas de conformidad y validación de NIST MBE PMI Prueba las implementaciones de GD&T en software CAD
Analizador y visualizador de archivos STEP: analice GD&T en un archivo STEP
