¿La concentricidad o el cabeceo (runout): cuál debe indicar en el plano de una flecha torneada?

Datos clave

• En México, la Ley de Infraestructura de la Calidad, publicada en el Diario Oficial de la Federación el 1 de julio de 2020, encarga al Centro Nacional de Metrología (CENAM) y a los Institutos Designados de Metrología los patrones nacionales de medida, que según su artículo 99 son el origen de la trazabilidad de las medidas que se realizan en el país, incluida la calibración de indicadores de carátula y de máquinas de medición por coordenadas (DOF, 2020)
• ASME Y14.5-2018 eliminó la concentricidad y la simetría (término, símbolo y concepto; cambio A-8.4), y la presentación de Mitutoyo America sobre la edición señala la posición y el cabeceo como mejores opciones para ubicar diámetros coaxiales (Mitutoyo America, 2019)
• ISO 1101:2017 conserva la concentricidad (control en 2D del punto centro de una sección) y la coaxialidad (control en 3D del eje derivado), con un significado distinto al de la concentricidad de ASME, además del cabeceo circular y el cabeceo total (ISO, 2017; Mitutoyo America, 2019)
• En los pedidos de Saola Manufacturing, el torneado CNC y el fresado CNC se hacen en su planta asociada principal de maquinado CNC en Vietnam; los controles de concentricidad y cabeceo del plano se revisan al cotizar.

¿Qué significa que una flecha salga «excéntrica» o con cabeceo, y cómo se reconoce?

Significa que un diámetro no gira alrededor del eje de los diámetros que la apoyan: al girar la pieza, su superficie sube y baja bajo un indicador, y en el ensamble eso se nota como vibración, ruido, desgaste disparejo de un sello o un engrane que pega en una sola zona de la vuelta.

La palabra «excéntrica» mezcla tres cosas distintas que conviene separar antes de reclamar. La primera es la excentricidad pura: el diámetro es redondo, pero su centro está desplazado respecto al eje de referencia. La segunda es un error de forma: el diámetro está ovalado o tiene lóbulos (por ejemplo, tres lados redondeados en un buje de pared delgada que se apretó de más en un chuck de tres mordazas y recuperó su forma al soltarlo), aunque su centro esté en su lugar. La tercera es inclinación: el diámetro está en su lugar en un extremo y se va saliendo hacia el otro.

El indicador de carátula no distingue entre las tres: suma todo en una sola lectura, la variación total del indicador (FIM o TIR en los reportes en inglés). Por eso el cabeceo es tan práctico: refleja lo que siente un balero o un sello, sin importar cuál de los tres errores lo provoca. La concentricidad, en cambio, intenta aislar solo la ubicación de los puntos medios, y para eso hace falta una máquina de medición por coordenadas (CMM) o un equipo de redondez con muchos puntos y un cálculo de por medio. Un dato que evita discusiones: con una sección perfectamente redonda, el indicador marca dos veces la excentricidad, porque el punto alto y el punto bajo están en lados opuestos de la vuelta.

¿Cómo se diagnostica un rechazo antes de devolver el lote?

Primero se repite la medición de las dos partes con el mismo montaje, el que define el datum del plano; si la diferencia desaparece, el problema era de medición y no de la pieza.

Pida al proveedor y a su inspección de recibo que describan por escrito cómo apoyaron la pieza: entre puntos, en bloques en V, en un chuck o en un mandril, y sobre qué diámetros. Compare con el datum del marco de control. Si el plano dice A-B y los asientos de balero son A y B, la pieza debe girar apoyada en esos dos asientos; entre puntos solo es válido si los centros se hicieron en la misma sujeción que los asientos, porque de otra manera se mide contra un eje que el plano no nombra.

Antes de leer el diámetro rechazado, revise el montaje: gire la pieza en su datum y mida el cabeceo de los propios asientos A y B. Si ya cabecean ahí, la pieza no está apoyada en su eje (centros golpeados, bloques en V sobre un asiento ovalado, mandril con juego) y cualquier lectura posterior arrastra ese error.

Después levante un mapa en lugar de una sola cifra: lea el diámetro en tres posiciones a lo largo de su longitud (cerca de cada extremo y al centro), con el indicador perpendicular a la superficie, y en cada posición anote dónde cae el punto alto con una marca de referencia en la pieza. El patrón señala la causa:

• Mismo ángulo y misma lectura en las tres posiciones: el diámetro está desplazado en paralelo. Lo usual es que se haya torneado en otra sujeción distinta de la de sus datums.
• Mismo ángulo y lectura que crece de un extremo al otro: el diámetro está inclinado respecto al eje. Revise cómo asentó la pieza contra el tope o la cara del chuck al voltearla.
• Lectura máxima al centro y menor cerca de los asientos: la flecha está arqueada. Piense en deformación por tratamiento térmico, en esfuerzos liberados al quitar mucho material o en un enderezado posterior.
• Varios picos por vuelta: es error de forma (lóbulos), no de ubicación; conviene revisar la redondez del diámetro y del datum, y la presión de sujeción en piezas de pared delgada.

Con ese mapa el reclamo se vuelve una causa y una acción concretas en un 8D, no una discusión de números.

Cuando el plano trae concentricidad, el diagnóstico tiene un paso extra: confirmar si alguna de las dos partes la midió de verdad. Muchos reportes ponen como concentricidad una lectura de indicador, que es cabeceo. Si la pieza pasa en CMM con la concentricidad bien calculada pero falla en el indicador, la pieza cumple el plano, y el plano es el que no refleja la función.

¿Qué escribir en el plano y en la solicitud de cotización para que no se repita?

Escriba el control que corresponde a la función, nombre los datums que representan cómo se apoya la pieza en el ensamble, y diga en la solicitud de cotización con qué montaje se va a medir en la inspección de recibo.

• Norma y edición. «Dimensionado y tolerancias según ASME Y14.5-2018» o «según ISO 1101:2017». Si el plano es ASME y trae concentricidad, decida si se lee con la edición de 2009 o si se cambia a cabeceo o posición en la siguiente revisión.
• Datum común. En una flecha con dos asientos, declare cada asiento como datum (A y B) y refiera el cabeceo a A-B, no a uno solo ni a los centros de punto, salvo que los centros sean el datum real.
• Un valor por función. No copie el mismo cabeceo en todos los diámetros. Los diámetros sin función de giro pueden quedar en la tolerancia general; los críticos llevan su valor en el marco de control.
• Método de medición en la solicitud. Una línea como «el cabeceo se verifica con la pieza apoyada en A y B, indicador sobre el diámetro, giro completo» elimina la mitad de los rechazos de esta guía.
• Secuencia con tratamiento térmico. Si la pieza se templa, indique si los diámetros controlados se rectifican después, o acepte que el cabeceo se mida después del tratamiento.

Para revisar el vocabulario de símbolos y datums, la guía de tolerancias geométricas (GD&T) trae la tabla completa, y la de flechas de transmisión cubre materiales y diseño de la pieza.

¿Cuál es el siguiente paso si tiene un lote rechazado o un plano nuevo?

Con un lote rechazado, acuerde primero el montaje de medición y repita la lectura; con un plano nuevo, cambie la concentricidad por cabeceo o posición donde la función lo permita antes de pedir cotización.

Si la pieza todavía está en diseño, revise cada diámetro con la tabla de decisión y deje la concentricidad solo donde la distribución de masa sea el requisito real. Si ya tiene el plano listo, envíelo para cotizar con el modelo STEP y una nota sobre cómo se va a medir el cabeceo en su inspección de recibo; esa nota se revisa junto con el plano.