Guía
¿Cómo especificar la tolerancia de perpendicularidad para que barrenos y caras no causen rechazos en el ensamble?
La tolerancia de perpendicularidad es el control de orientación que exige que una cara, o el eje de un barreno o de un perno, quede a escuadra respecto a un datum dentro de una zona definida: dos planos paralelos si se controla una superficie, o un cilindro si el valor lleva el símbolo de diámetro y se controla un eje.
Por Equipo de ingeniería de Saola Manufacturing · Publicado · Actualizado
El síntoma casi nunca aparece en el reporte dimensional. Aparece en la línea de ensamble: un tornillo que entra forzado y se barre, un perno guía que no deja asentar la tapa, un balero que se calienta porque su alojamiento quedó inclinado, una brida que fuga porque la cara de sello no está a escuadra con el barreno, o un buje montado a presión que se ve chueco a simple vista. Las cotas de tamaño y de ubicación están en tolerancia, y aun así la pieza no ensambla. Esta guía va del síntoma a la causa, explica cómo medir la perpendicularidad sin engañarse, cuándo usar perpendicularidad, angularidad o posición, y qué escribir en el plano y en la solicitud de cotización para que el siguiente lote llegue bien.
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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) desarrollar y conservar los patrones nacionales de medida (artículos 99 y 105), origen de la trazabilidad de las mediciones en el país, incluida la calibración de escuadras, indicadores y máquinas de medición por coordenadas (DOF, 2020)
- ISO 1101:2017 define la zona de perpendicularidad de una superficie como dos planos paralelos perpendiculares al datum, y la de un eje como un cilindro cuando el valor va precedido del símbolo de diámetro (ISO, 2017)
- ISO 2768-2:1989 fija tolerancias generales de perpendicularidad en clases H, K y L según la longitud del lado más corto, para los elementos que no llevan una indicación individual (ISO, 1989)
- Saola Manufacturing hace el torneado CNC y el fresado CNC en su planta asociada principal de maquinado CNC en Vietnam; los controles de perpendicularidad y sus datums se revisan al cotizar.
¿Qué es un barreno o una cara fuera de escuadra y cómo se reconoce?
Es un elemento cuya orientación se inclina respecto a la cara de montaje o al eje que usa la pieza para ensamblar; se reconoce porque la pieza pasa las cotas de tamaño y de ubicación medidas en la superficie, pero el perno, el tornillo o la pieza contraria se tuerce, se atora o fuga.
La inclinación se agranda con la distancia. Un barreno que está bien ubicado en la boca puede salir corrido en el fondo, y un tornillo largo que entra en un barreno roscado inclinado choca con el barreno de paso de la pieza de arriba aunque la boca esté en su lugar. Por eso los problemas de perpendicularidad se notan más en piezas gruesas, en pernos largos y en ensambles apilados, y menos en láminas delgadas.
Conviene separar dos casos, porque se especifican y se miden distinto. La perpendicularidad de una superficie (una cara de asiento, un hombro, la pared de una ranura) se controla con dos planos paralelos; el valor no lleva símbolo de diámetro. La perpendicularidad de un eje (un barreno, un perno, un asiento de balero) se controla con una zona cilíndrica; el valor lleva el símbolo de diámetro y admite la condición de máximo material (MMC). Un plano que mezcla los dos casos, por ejemplo con un diámetro delante del valor de una cara, no se puede inspeccionar de forma inequívoca y es una fuente frecuente de discusión entre proveedor y cliente.
¿Qué causa que barrenos y caras salgan fuera de escuadra, y cómo se distingue cada una?
Las causas están en la sujeción, en el datum elegido en el plano, en los cambios de montaje, en la deriva de la broca, en la deformación y, por último, en la escuadra de la máquina; conviene revisarlas en ese orden, porque las primeras se comprueban con la pieza en la mano y la última exige parar la máquina.
- Asiento de la pieza en la prensa o el dispositivo. Una rebaba, una viruta debajo de la pieza o un paralelo flojo la dejan inclinada; todo lo que se maquina en ese montaje sale inclinado respecto a la cara que después sirve de asiento en el ensamble.
- Datum del plano distinto de la cara funcional. Si el plano refiere la perpendicularidad a una cara que no es la de montaje, la pieza puede cumplir el plano y aun así quedar chueca en el ensamble. Es un problema de especificación, no de taller.
- Cambio de montaje. La cara datum se maquina en una operación y el barreno en otra; cada re-sujeción agrega un error de asiento.
- Deriva de la broca. Una broca larga sin barreno de centro, o que entra sobre una cara de fundición inclinada o rugosa, se desvía; el barreno sale inclinado aunque el husillo esté a escuadra.
- Deformación. Paredes delgadas que se deforman al apretarse, o piezas que se mueven por tensiones del material o por un tratamiento térmico posterior al maquinado.
- Escuadra de la máquina. Cabezal de fresadora desalineado o husillo fuera de escuadra con la mesa. Conviene confirmarla con una prueba de la máquina, no deducirla de unas cuantas piezas.
Para distinguirlas con las piezas rechazadas en la mano, sirven cuatro comprobaciones sencillas:
- Dirección de la inclinación en el lote. Mida varias piezas y anote hacia dónde se inclina el barreno o la cara respecto a una referencia fija de la pieza. Si todas se inclinan igual y con valores parecidos, el error es sistemático: dispositivo, montaje o máquina. Si la dirección y el valor cambian de una pieza a otra, apunta a viruta o rebaba en el asiento, a la deriva de la broca o a la deformación.
- Estado del datum. Revise primero la planicidad de la cara datum y si tiene rebabas en las orillas. Una cara datum combada o con rebaba hace que la pieza se meza en la placa y que la lectura de perpendicularidad cambie según cómo se apoye.
- Boca contra fondo del barreno. Si el barreno está bien ubicado en la boca y corrido en el fondo, la inclinación nació al barrenar (deriva de la broca o husillo); si todo el barreno está desplazado pero recto, el problema es de ubicación, no de perpendicularidad.
- Antes y después de soltar la pieza. Si el elemento mide a escuadra en el dispositivo y fuera de escuadra al soltarlo, o después del tratamiento térmico, la causa es la deformación por sujeción o por tensiones, no la máquina.
La tabla siguiente resume qué control del plano limita la inclinación y cuál no; la confusión entre ellos explica muchos rechazos.
| Control en el plano | Qué limita | Datum | Cuándo usarlo |
|---|---|---|---|
| Perpendicularidad | Orientación a escuadra con el datum; no la ubicación | Obligatorio | Cara de asiento, hombro, pared, barreno o perno que debe quedar a escuadra con la cara de montaje |
| Angularidad | Orientación a un ángulo básico distinto del recto | Obligatorio | Caras o barrenos inclinados, con el ángulo como cota básica |
| Paralelismo | Orientación paralela al datum | Obligatorio | Caras opuestas o ejes que deben correr paralelos |
| Posición (datum primario plano) | Ubicación y, a la vez, orientación respecto al datum primario | Obligatorio | Patrones de barrenos; agregar perpendicularidad solo como refinamiento más cerrado |
| Solo cotas de tamaño | No limita la orientación entre elementos distintos, ni en ASME ni en ISO | No aplica | Elementos sin función de ensamble |
| Tolerancia general ISO 2768-2 | Perpendicularidad de los elementos sin indicación individual | El lado más largo del par | Respaldo general; no sustituye un control en el elemento funcional |
¿Cómo se mide la perpendicularidad sin engañarse?
Asentando la pieza sobre su datum real, sin calzas que corrijan el error, y midiendo a lo largo de toda la profundidad o altura controlada; en barrenos, con un perno ajustado y un indicador o con una máquina de medición por coordenadas (CMM) que tome puntos en varias alturas.
En una cara, el método de taller es apoyar la pieza en su datum sobre una placa de granito, acercar una escuadra de precisión o un cilindro patrón y recorrer la cara con un indicador montado en un calibrador de alturas. La lectura total del indicador a lo largo de la cara es la desviación. El error clásico es apoyar la pieza sobre una cara distinta del datum, o dejar que se meza sobre un datum que no es plano; en ese caso el plano o el acuerdo de inspección deben decir cómo se simula el datum.
En un barreno hay dos trampas. La primera es la longitud: un perno largo insertado en un barreno corto amplifica la inclinación, y la lectura en la punta del perno no es la desviación del barreno. La zona de tolerancia aplica a la profundidad del barreno, salvo que el plano indique una zona proyectada; si se mide sobre otra longitud hay que escalar la lectura. La segunda es el ajuste del perno: un perno flojo se ladea dentro del barreno y suma su juego a la lectura. En CMM, el equivalente es tomar puntos en pocas alturas muy juntas; el eje calculado sale inestable y la perpendicularidad reportada cambia de una corrida a otra.
La tabla muestra por qué la longitud importa: la misma inclinación produce desviaciones muy distintas según dónde se mida. Antes de reclamar un lote, pida a las dos partes el método completo: cómo se simuló el datum, sobre qué longitud se midió y con qué equipo.
| Inclinación del eje o de la cara | Sobre 25 mm (mm) | Sobre 50 mm (mm) | Sobre 100 mm (mm) |
|---|---|---|---|
| 0.05° | 0.022 | 0.044 | 0.087 |
| 0.10° | 0.044 | 0.087 | 0.175 |
| 0.25° | 0.109 | 0.218 | 0.436 |
¿Cómo se corrige o se previene, según el síntoma?
Primero se corrige la especificación (datum funcional, zona correcta, MMC donde hay holgura) y después el proceso (maquinar datum y elemento en el mismo montaje, barreno de centro, sujeción que no deforme).
En pernos y barrenos de ajuste con holgura, la perpendicularidad del eje con MMC suele resolver el conflicto entre función y costo: la tolerancia crece cuando el elemento se aleja de su condición de máximo material, y la condición virtual define un calibre funcional sencillo, un barreno o un perno a escuadra con la cara datum. Cuando la función lo permite, una perpendicularidad cero en MMC deja que la tolerancia de tamaño y la de orientación se repartan según lo que el proceso logre. En barrenos roscados o de perno a presión donde la pieza contraria queda arriba, la zona proyectada (el símbolo P en círculo, con la altura de la pieza contraria) controla la inclinación donde realmente estorba.
| Síntoma | Causa probable | Corrección en el plano | Corrección en el proceso |
|---|---|---|---|
| Tornillo largo choca con la pieza de arriba | Barreno roscado inclinado | Posición o perpendicularidad con zona proyectada a la altura de la pieza contraria | Barreno de centro, broca corta, machuelo guiado |
| Perno guía no deja asentar la tapa | Perno o su barreno fuera de escuadra con la cara de asiento | Perpendicularidad del eje con MMC a la cara de asiento como datum primario | Maquinar cara y barreno en el mismo montaje |
| Balero se calienta o hace ruido | Hombro de apoyo fuera de escuadra con el eje del asiento | Perpendicularidad del hombro al eje del asiento (o cabeceo axial) | Tornear asiento y hombro sin soltar la pieza |
| Brida o tapa fuga en la junta | Cara de sello inclinada respecto al barreno | Perpendicularidad de la cara al eje del barreno, más planicidad si aplica | Refrentar con la pieza referida al barreno |
| Lote pasa en el proveedor y falla en recibo | Datum simulado distinto o medición sobre otra longitud | Datum en la cara funcional y método de verificación acordado | Mismo montaje de inspección en salida y en recibo |
| Elemento y tamaño medido | Tolerancia indicada (mm) | Tolerancia permitida (mm) | Condición virtual (mm) |
|---|---|---|---|
| Perno 9.98 a 10.00 mm, medido 10.00 (MMC) | Ø0.02 MMC | Ø0.02 | 10.02 |
| Perno 9.98 a 10.00 mm, medido 9.98 | Ø0.02 MMC | Ø0.04 | 10.02 |
| Barreno 10.00 a 10.02 mm, medido 10.00 (MMC) | Ø0.02 MMC | Ø0.02 | 9.98 |
| Barreno 10.00 a 10.02 mm, medido 10.02 | Ø0.02 MMC | Ø0.04 | 9.98 |
¿Qué escribir en el plano y en la solicitud de cotización para que no se repita?
Escriba la norma y su edición, el datum en la cara que de verdad asienta en el ensamble, el control en cada elemento funcional con la zona correcta (planos o diámetro), MMC o zona proyectada donde correspondan, y el método de verificación que usará su inspección de recibo.
- Norma y edición. «Dimensionado y tolerancias según ASME Y14.5-2018» o «según ISO 1101:2017 e ISO 8015:2011». El símbolo de perpendicularidad significa prácticamente lo mismo en las dos, pero las reglas por defecto de tamaño y de datums no coinciden.
- Datum funcional. El datum primario es la cara que asienta contra la pieza contraria, no la que resulta cómoda para medir. Si el datum no es plano, diga cómo se simula.
- Zona correcta. Sin símbolo de diámetro para una cara; con símbolo de diámetro para un eje. Un eje con un valor sin diámetro queda controlado entre dos planos paralelos, es decir, en una sola dirección.
- MMC donde hay holgura. En pernos y barrenos de paso, la MMC suele bajar el costo sin afectar el ensamble y permite un calibre funcional.
- Zona proyectada en barrenos roscados y pernos a presión. Con la altura de la pieza contraria; sin ella, el proveedor controla la inclinación solo dentro del barreno.
- Refinamiento coherente. Si el barreno ya tiene posición respecto al mismo datum primario, la perpendicularidad solo agrega algo si su valor es menor.
- Método en la solicitud de cotización. Una línea como «la perpendicularidad de los barrenos se verifica con calibre funcional sobre la cara A» o «en CMM con puntos en toda la profundidad» evita discusiones en el recibo.
Para el vocabulario de símbolos, la guía de tolerancias geométricas (GD&T) trae la tabla completa, y la de tolerancia de posición explica la condición virtual en patrones de barrenos. Los calibres funcionales para estos controles siguen los principios de ASME Y14.43.
¿Quién hace qué en un pedido con Saola Manufacturing?
El fresado de caras y barrenos y el torneado de asientos y hombros 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 los controles de perpendicularidad, sus datums y la norma del plano. Cuando el datum y el elemento controlado se pueden maquinar en un mismo montaje, la propuesta de proceso lo indica; el fresado CNC y el torneado CNC de la pieza se hacen en la planta asociada principal. Si un control refiere a una cara que no parece la de montaje, o falta una zona proyectada en un barreno roscado bajo una pieza contraria, lo señalamos en la cotización.
Cuando el plano parte de una pieza de fundición, la fundición a presión se coordina con fábricas asociadas que nosotros gestionamos. El tratamiento térmico y los recubrimientos también se coordinan con fábricas asociadas; su ubicación de producción aparece en la cotización, porque el orden de las operaciones afecta la orientación final. El método de verificación se acuerda antes de producir. Respondemos las cotizaciones en inglés; puede escribirnos en español.
¿Cuál es el siguiente paso si ya tiene piezas rechazadas o un plano nuevo?
Con piezas rechazadas, repita la medición asentando la pieza en su datum funcional y sobre la longitud correcta antes de reclamar; con un plano nuevo, revise cada elemento de ensamble con la tabla de decisión antes de pedir cotización.
Si la falla ya ocurrió, separe primero si el problema es de especificación (datum, zona, falta de zona proyectada) o de proceso (asiento, montajes, deriva de la broca); la guía de metodología 8D ayuda a documentarlo. Cuando el plano esté listo, envíelo para cotizar con el modelo STEP y una nota sobre cómo se va a verificar la perpendicularidad en su inspección de recibo; esa nota se revisa junto con el plano.
Preguntas frecuentes
¿Perpendicularidad y escuadra son lo mismo?
En el taller se dice «a escuadra» para lo mismo. En el plano, la perpendicularidad es el control formal: tiene símbolo, valor, zona definida y datum, y por eso se puede inspeccionar sin discusión.
¿La perpendicularidad controla la ubicación del barreno?
No. Solo controla la orientación respecto al datum. Para la ubicación se usa posición, que además limita la orientación respecto al datum primario.
¿Puedo usar angularidad en lugar de perpendicularidad?
La angularidad se usa para ángulos básicos distintos del recto. Para un elemento a escuadra, el símbolo de perpendicularidad es el que su proveedor y su inspección de recibo esperan leer.
¿Qué pasa si el plano no indica perpendicularidad?
Si el plano cita ISO 2768 con una clase de la parte 2, rige la tolerancia general de esa clase. Si no cita nada, la orientación entre elementos queda sin control y cualquier reclamo se vuelve una negociación.
¿Cuándo conviene una zona proyectada?
En barrenos roscados o de perno a presión cuando la pieza contraria queda por encima de la cara: la zona proyectada controla la inclinación a la altura donde el tornillo o el perno chocaría.
Fuentes
- ISO 1101:2017, Geometrical tolerancing: Tolerances of form, orientation, location and run-out, ISO, 2017
- ASME Y14.5-2018, Dimensioning and Tolerancing, ASME, 2018 (reafirmada en 2024)
- ISO 2768-2:1989, General tolerances, Part 2: Geometrical tolerances for features without individual tolerance indications, ISO, 1989 (retirada; reemplazada por ISO 22081:2021, según la ficha de estado del Swedish Institute for Standards)
- ISO 5459:2024, GPS: Geometrical tolerancing, Datums and datum systems, ISO, 2024
- ISO 2692:2021, GPS: Geometrical tolerancing, Maximum material requirement (MMR), least material requirement (LMR) and reciprocity requirement (RPR), ISO, 2021
- ISO 8015:2011, GPS: Fundamentals, Concepts, principles and rules, ISO, 2011
- ASME Y14.43, Dimensioning and Tolerancing Principles for Gages and Fixtures, ASME, 2011 (reafirmada en 2020)
- Decreto por el que se expide la Ley de Infraestructura de la Calidad, Diario Oficial de la Federación, 1 de julio de 2020