¿Cuándo usar la tolerancia de perfil de superficie en lugar de cotas con ±?

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, origen de la trazabilidad de las mediciones que se hacen en el país, incluida la calibración de los equipos que verifican un perfil (artículo 99; DOF, 2020)
• ASME Y14.5-2018 define dos controles de perfil, perfil de una línea y perfil de una superficie, cuya zona por omisión es bilateral y uniforme alrededor del perfil verdadero definido con cotas básicas (ASME, 2018)
• ISO 1101:2017 define el perfil de cualquier línea y el perfil de cualquier superficie, con o sin referencia a datums, y el modificador UZ para desplazar la zona respecto al perfil teórico (ISO, 2017)
• Saola Manufacturing hace el torneado CNC y el fresado CNC en su planta asociada principal de maquinado CNC en Vietnam; los controles de perfil y sus datums se revisan al cotizar.

¿Qué problema tienen los contornos acotados con ± y cómo se reconoce?

El problema es que varias cotas con ± sobre un mismo contorno curvo no forman una zona de tolerancia única: cada cota tolera un punto o un parámetro, y entre esos puntos nadie sabe cuánto se puede desviar la superficie.

Piense en una leva acotada con el centro de cada arco en coordenadas X-Y, su radio y los ángulos de tangencia. Si cada coordenada y cada radio llevan su ±, la zona resultante para un punto cualquiera del contorno no es una banda: es una figura irregular que cambia según la combinación de errores que se suponga. Los puntos de tangencia, que ni siquiera son puntos físicos en la pieza, quedan con una ubicación que depende de cómo se reconstruyan los arcos. Un inspector reconstruye el arco con tres puntos, otro con veinte, y los dos obtienen un centro distinto. Incluso un radio solo, tolerado con ±, equivale en la práctica a una zona de perfil no uniforme que se angosta hasta cero en los extremos del arco, y eso provoca problemas de repetibilidad en la medición (Mitutoyo America, 2019).

Los síntomas que delatan ese tipo de plano son fáciles de ver:

• el reporte dimensional trae decenas de líneas de radios y centros, pero ninguna dice si la superficie entre ellos está bien;
• el proveedor y la inspección de recibo coinciden en cada radio, y aun así la pieza no asienta, no sella o roza con la pieza vecina;
• cada lote se discute con un número diferente según quién midió y cómo alineó la pieza;
• el plano dice «ver modelo 3D» para la geometría, pero la única tolerancia escrita es la general del cuadro de títulos.

Si su pieza tiene alguno de esos síntomas, el problema no se arregla con un ± más cerrado; se arregla con un control que defina la banda completa.

¿Cómo se diagnostica y se mide un contorno con tolerancia de perfil?

Primero se acuerda la alineación: si el marco de control nombra datums, la pieza se alinea a esos datums y no por mejor ajuste; después se compara cada punto medido contra el perfil verdadero y se revisa que la desviación quede dentro de la banda.

Ante un lote disputado, pida a las dos partes el reporte completo con la alineación usada, el número de puntos y su distribución sobre el contorno. Un perfil revisado con cinco puntos no dice nada de la superficie entre ellos; un barrido o una malla densa sí. Si un reporte está alineado por mejor ajuste y el plano refiere el perfil a datums, ese reporte no verifica el requisito, aunque se vea bien.

Para resolver la disputa, siga este orden:

1. Confirme que las dos partes midieron contra la misma revisión del plano y del modelo 3D.
2. Escriba la alineación que exige el plano: los datums del marco de control, en su orden de precedencia, o mejor ajuste solo si el perfil no lleva datums.
3. Tome una pieza del lote y mídala de nuevo en los dos laboratorios con esa alineación y con la misma densidad de puntos; si los resultados ahora coinciden, la disputa era de método y no de la pieza.
4. Si la pieza sigue fuera, lea el mapa de color para ubicar la causa en el proceso, como se describe abajo.
5. Si el plano no define la zona (solo cotas con ±), acuerde por escrito un criterio para el lote actual y corrija el plano antes del siguiente pedido.

Los reportes de perfil suelen traer un mapa de color: verde dentro de la banda, rojo y azul hacia cada lado. El patrón del mapa orienta la causa. Una desviación uniforme hacia un solo lado en todo el contorno indica un desplazamiento o un error de tamaño, que en el maquinado se corrige con el compensador de la herramienta. Una desviación que crece en las paredes altas apunta a deflexión del cortador. Un escalón localizado suele ser la unión entre dos pasadas o dos sujeciones. Y si el contorno pasa sin datums pero falla con datums, la forma está bien y lo que falla es la ubicación respecto a la pieza.

Para contornos planos, como el perfil de una placa cortada o el de una leva, el perfil de una línea se verifica bien con un comparador óptico o una máquina de visión 2D, sección por sección. Para superficies libres, la CMM o el escaneo contra el modelo 3D son la vía práctica. El reporte de la CMM y su lectura se explican en la guía de reporte CMM.

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

Defina el perfil verdadero con cotas básicas o con el modelo 3D declarado como autoridad, ponga el control de perfil con sus datums en el marco de control, y diga en la solicitud de cotización qué alineación se usará en la inspección de recibo.

• Norma y edición. «Dimensionado y tolerancias según ASME Y14.5-2018» o «según ISO 1101:2017». La forma de indicar la zona desigual cambia entre normas: en ASME el símbolo Ⓤ con el valor hacia el lado que agrega material; en ISO, UZ con el desplazamiento y su signo (positivo hacia fuera del material, negativo hacia dentro). En ISO 1101:2017, el perfil de una línea se acompaña de un indicador de plano de intersección que dice en qué dirección se toman las secciones.
• Perfil verdadero completo. Cotas básicas (enmarcadas) para cada radio, centro y ángulo del contorno, o una nota que declare el modelo 3D, con su número de revisión, como definición de la geometría nominal. Si plano y modelo no coinciden, diga cuál manda.
• Extensión del control. Indique de qué punto a qué punto aplica el perfil (símbolo «entre» con letras en el contorno) o si aplica en todo el alrededor. Una banda sin extensión clara reabre la discusión.
• Datums que reflejan el ensamble. La cara de asiento y los barrenos o bordes que ubican la pieza. Si el perfil va sin datums, que sea porque solo importa la forma.
• Alineación y densidad de puntos en la solicitud. Una línea como «el perfil se verifica en CMM alineada a A, B y C, sin mejor ajuste, con barrido continuo del contorno» deja claro qué reporte se acepta.
• Un valor por función. Una banda cerrada solo donde hay contacto o sello; el resto del contorno puede llevar un perfil más amplio o la tolerancia general.

El vocabulario de símbolos y la tabla completa de controles están en la guía de tolerancias geométricas (GD&T); para barrenos y pernos, la de tolerancia de posición explica el control equivalente.

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

Con un lote disputado, acuerde primero la alineación y repita la medición con el mismo método; con un plano nuevo, cambie las cotas con ± de los contornos curvos por un perfil con cotas básicas antes de pedir cotización.

Si la pieza está en diseño, recorra cada contorno con la tabla de decisión y deje las cotas con ± solo en tamaños regulares. Si el plano ya está listo, envíelo para cotizar con el modelo STEP y una nota de cómo se va a medir el perfil en su inspección de recibo; esa nota se revisa junto con el plano.