¿Cuándo necesita la tolerancia de paralelismo en el plano y qué controla que el espesor no?

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 el desarrollo y la conservación de los patrones nacionales de medida (art. 99), origen de la trazabilidad de la calibración de indicadores, calibradores de altura, mesas de planitud y máquinas de medición por coordenadas (DOF, 2020)
• ISO 1101:2017 define el paralelismo como una tolerancia de orientación que siempre se refiere a un datum; su zona, para una superficie, es el espacio entre dos planos paralelos al datum separados por el valor de la tolerancia (ISO, 2017)
• Según ISO 8015:2011 (principio de independencia), en un plano ISO la tolerancia de tamaño no limita la forma ni la orientación, salvo que la cota lleve el requisito de envolvente (una E en círculo) o un control geométrico explícito (ISO, 2011)
• 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 paralelismo y sus datums se revisan al cotizar.

¿Cómo se reconoce una pieza con caras no paralelas aunque el espesor pase?

La pieza mide bien con micrómetro en los puntos de muestreo, pero en el ensamble inclina lo que se monta encima, deja un claro en forma de cuña o se balancea sobre una mesa de planitud; la cara está en cuña, alabeada o ambas cosas.

Hay tres formas de la falla y conviene distinguirlas antes de buscar culpables. La cuña es una pieza más gruesa de un lado que del otro: cada lectura de espesor cae dentro de la banda, pero la diferencia entre extremos consume toda la banda de tamaño. El alabeo o «papa frita» es una pieza con espesor casi uniforme cuyas dos caras se curvan juntas; el micrómetro no ve nada, porque las dos caras se mueven igual. El escalón aparece cuando la cara se maquinó en dos pasadas o dos sujeciones y quedaron a alturas distintas.

Las señales en el ensamble ayudan. Un conjunto apilado de espaciadores que se inclina más con cada pieza apunta a cuña, porque el error se suma. Una pieza que se balancea sobre la mesa de planitud y deja de moverse al apretar los tornillos apunta a alabeo: la pieza se endereza al atornillarla y transfiere la deformación al resto del conjunto. Un empaque que se marca solo en una franja apunta a escalón o a una cara que no es paralela a su asiento.

¿Qué hace que las caras no salgan paralelas y cómo se corrige cada causa?

Las causas habituales son la deformación por sujeción en piezas delgadas, las tensiones del material que se liberan al maquinar, la rebaba o la viruta bajo la pieza al voltearla, el calor, la alineación de la máquina o del dispositivo y los procesos posteriores al maquinado; cada una tiene una corrección distinta.

1. Sujeción. Una placa delgada apretada en una prensa o sobre una mesa de vacío se endereza mientras se maquina y recupera su curva al soltarla. La cara salió plana y paralela en la máquina, no en la mesa de inspección.
2. Tensiones del material. La placa de aluminio laminada o la barra estirada en frío guardan tensiones; al quitar mucho material de un solo lado, ese equilibrio se rompe y la pieza se arquea. Es la causa típica del alabeo en placas base con cajeras profundas.
3. Volteo de la pieza. En la segunda operación la pieza asienta sobre la cara que se maquinó primero. Una rebaba, una viruta o unas paralelas desgastadas debajo dejan la pieza inclinada, y la segunda cara se maquina en cuña.
4. Calor. Un corte pesado calienta más un lado que otro; la pieza se mide bien caliente y cambia al enfriarse.
5. Máquina y dispositivo. Un cabezal fuera de escuadra deja escalones entre pasadas, y una placa de dispositivo que no es paralela a la mesa copia su error en cada pieza del lote.
6. Procesos posteriores. El tratamiento térmico, la soldadura y un recubrimiento de espesor disparejo mueven la cara después del maquinado. En piezas fundidas o estampadas que no llevan operaciones posteriores, el alabeo viene del proceso mismo.

Las tres primeras causas son de método y se corrigen con la secuencia de maquinado; la última depende de dónde se pone el control en la ruta de proceso, y por eso el plano debe decir si el paralelismo se verifica antes o después de esas operaciones. Las correcciones que se piden al proveedor, causa por causa:

• Para la sujeción: apoyo bajo las zonas delgadas, menos presión de apriete en la pasada final y, en placas, aflojar la sujeción y volver a apretar suave antes de terminar.
• Para las tensiones: desbastar las dos caras de forma equilibrada dejando creces, soltar la pieza para que se acomode y terminar con pasadas ligeras. En aluminio para placas, los temples terminados en 51 (por ejemplo 6061-T651), que según la designación de temples de la Aluminum Association (ANSI H35.1) se liberan de tensiones por estiramiento, se mueven menos que el mismo material sin ese alivio.
• Para el volteo: rebabear y limpiar la primera cara antes de asentarla, y apoyar sobre paralelas en buen estado o directamente sobre la mesa.
• Para el calor: dejar que la pieza se enfríe antes de la pasada final y medir a la temperatura de referencia, que es de 20 °C según ISO 1:2016.
• Para la máquina o el dispositivo: verificar la placa del dispositivo con indicador sobre la mesa de la máquina antes de correr el lote.
• Para los procesos posteriores: dejar creces y hacer la pasada final después del tratamiento térmico o la soldadura, o pedir el paralelismo antes del recubrimiento y controlar su espesor por separado.

¿Qué control y qué valor conviene poner según la función de la cara?

Ponga paralelismo cuando una cara debe quedar orientada respecto a la superficie que asienta y el valor que necesita es menor que la banda de espesor; si también importa la altura respecto al datum, use perfil de superficie, y si solo importa que la cara sea plana, use planitud.

Un valor de paralelismo igual o mayor que la banda de tamaño no agrega nada en un plano ASME, porque la regla n.º 1 ya lo exige. El valor debe salir de la función: la inclinación que tolera lo que se monta encima, la uniformidad que necesita el empaque o la tabla del fabricante del riel o del balero. Cada centésima de milímetro que se cierra cambia el proceso: un paralelismo que el fresado típicamente alcanza en una sujeción no cuesta lo mismo que uno que obliga a desbastar, liberar tensiones, voltear sobre paralelas rectificadas y dar una pasada final ligera, o a rectificar.

¿Quién hace qué en un pedido con Saola Manufacturing?

El fresado y el torneado de las caras controladas se hacen en nuestra planta asociada principal de maquinado CNC en Vietnam; los procesos que no son de maquinado se coordinan con fábricas asociadas, y la ubicación de producción se indica en cada cotización.

Al cotizar revisamos cada control de paralelismo, su datum y su valor frente al espesor y al material. Si el datum indicado no es la cara que asienta, o si el valor es igual a la banda de tamaño, lo señalamos en la cotización. Para placas delgadas, la propuesta de maquinado puede incluir la secuencia: desbaste, reposo para liberar tensiones, volteo sobre paralelas limpias y pasada final ligera. El fresado CNC y el torneado CNC de la pieza se hacen en la planta asociada principal, y la inspección de paralelismo se hace con la pieza asentada en el datum del plano.

El tratamiento térmico y los recubrimientos, cuando el plano los pide, se coordinan con fábricas asociadas que nosotros gestionamos. Lo mismo vale para piezas de fundición a presión o estampadas. En esas piezas, las caras funcionales típicamente se dejan con creces para una pasada final. La ubicación de producción de cada operación aparece en la cotización, porque el orden de las operaciones afecta el paralelismo final. Respondemos las cotizaciones en inglés; puede escribirnos en español.

¿Cuál es el siguiente paso si tiene piezas que inclinan el ensamble o un plano nuevo?

Con piezas que ya fallan, mida el paralelismo con indicador sobre la cara datum antes de reclamar el espesor; con un plano nuevo, agregue el control que corresponde a la función antes de pedir cotización.

Si la falla ya ocurrió, separe primero si es cuña, alabeo o escalón, y revise si la pieza cambia al atornillarla. Si el plano está en revisión, recorra cada cara de apoyo con la tabla de decisión. Cuando lo tenga listo, envíelo para cotizar con el modelo STEP y una nota sobre cómo su inspección de recibo va a medir el paralelismo; esa nota se revisa junto con el plano.