¿Qué controlan las tolerancias geométricas (GD&T) y cuánto encarecen el maquinado?

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, establece en su artículo 105 que el Centro Nacional de Metrología (CENAM) funge como Instituto Nacional de Metrología y conserva los patrones nacionales de medida, origen de la trazabilidad de las mediciones en el país (DOF, 2020)
• ASME Y14.5-2018 agrupa doce características geométricas en cinco familias y eliminó la concentricidad y la simetría que traía la edición de 2009 (ASME, 2018)
• ISO 1101:2017 sigue definiendo la concentricidad, la coaxialidad y la simetría, así que un plano ISO que las usa está vigente (ISO, 2017)
• Saola Manufacturing hace el torneado CNC y el fresado CNC en su planta asociada principal de maquinado CNC en Vietnam; las tolerancias geométricas del plano se revisan al cotizar y se verifican en la inspección.

¿Qué controla cada una de las cinco familias de tolerancias geométricas?

La forma compara una característica solo consigo misma, la orientación controla su inclinación respecto a un datum, la ubicación fija dónde está, el perfil controla la forma real de una superficie y el cabeceo controla cómo se comporta al girar sobre un eje de referencia.

La familia dice casi todo antes de leer el número. Las tolerancias de forma (rectitud, planitud, redondez y cilindricidad) nunca llevan datum. Las de orientación (perpendicularidad, paralelismo y angularidad) siempre lo llevan, pero no fijan la posición. La posición controla la ubicación de una característica de tamaño, como un barreno o un perno. El perfil de superficie controla la forma y, con datums, también la orientación y la ubicación de una cara; es el control más versátil y también el que más medición pide. El cabeceo (runout) se verifica con un indicador mientras la pieza gira sobre su eje de referencia.

¿Qué es un datum y por qué decide cuántos montajes necesita la pieza?

Un datum es la referencia teórica perfecta, tomada de una cara, un barreno o un eje reales de la pieza, desde la que se miden las tolerancias de orientación, ubicación, perfil y cabeceo.

El orden de los datums en el marco de control (feature control frame) dice cómo se asienta la pieza: cuando los tres datums son caras planas, el primario la apoya en tres puntos, el secundario en dos y el terciario en uno, y así quedan fijos sus seis grados de libertad. Para el taller, ese marco de referencia es una instrucción de sujeción. Si todas las características críticas se refieren a datums que se pueden maquinar en un solo montaje, la pieza sale de la máquina con sus relaciones geométricas ya resueltas.

El costo aparece cuando el plano refiere características de caras opuestas a datums que no se pueden tocar en el mismo montaje. Entonces hay que voltear la pieza, volver a localizarla y cargar el error de cada nueva sujeción. A veces la solución es un dispositivo de sujeción dedicado, otras una máquina con cuarto eje o una secuencia distinta. Un datum mal elegido, como una cara colada irregular o una superficie que se maquina al final, obliga a inventar una referencia temporal y a justificarla en inspección.

Del lado ISO, los datums se rigen por ISO 5459:2024, que sustituyó a la edición de 2011 y los define con reglas de asociación distintas de las de ASME. Por eso la misma letra de datum puede asentar la pieza de forma diferente en inspección según la norma que cite el plano.

¿Cómo funciona la condición de máximo material y la tolerancia adicional?

Con el modificador Ⓜ, la tolerancia de posición del marco aplica cuando el barreno está en su tamaño mínimo y crece en la misma medida en que el barreno real sale más grande, porque un barreno mayor deja más holgura para el tornillo.

La condición de máximo material (MMC, maximum material condition) es el límite de tamaño con más material: el tamaño mínimo de un barreno o el máximo de un perno. La diferencia entre ese límite y el tamaño real de acoplamiento es la tolerancia adicional (bonus). Sin modificador, la posición aplica igual para cualquier tamaño (RFS), que es el valor por defecto en ASME Y14.5-2018. La tabla muestra el cálculo en un barreno de ejemplo.

Para el comprador, la MMC tiene dos ventajas. La primera es de costo: el taller acepta piezas que con RFS serían rechazo sin que el ensamble se vea afectado. La segunda es de inspección: con MMC un patrón de barrenos se puede revisar con un calibrador funcional de pernos fijos, que es rápido en piso, en lugar de medir cada barreno en CMM. No conviene usar MMC donde la posición importa por algo distinto al ensamble, como un barreno de centrado de un sensor o un asiento de rodamiento.

¿Qué debe revisar antes de mandar a cotizar un plano con GD&T?

Que el plano diga la norma y su edición, que los datums se puedan sujetar y medir, y que cada control fino tenga una razón funcional.

• Norma y edición en el cuadro de rotulación. ASME Y14.5-2009 no se lee igual que la de 2018, y un plano ISO se rige por sus propias reglas por defecto.
• Datums que existen físicamente. Caras maquinadas, estables y accesibles, no una cara colada que se maquina al final.
• MMC donde la función es ensamblar. Abarata la pieza y permite calibradores funcionales.
• Perfil solo donde la forma importa. En el resto, una tolerancia general bien citada es suficiente.
• Características críticas marcadas. Indique cuáles quiere en el reporte dimensional de primeras piezas y cuáles basta con verificar por muestreo.
• Términos en inglés junto al español. Datum, feature control frame, MMC y runout evitan malentendidos en una cotización que se responde en inglés.

Con el modelo STEP y el PDF acotado, envíe su plano para cotizar. Para otros temas de planos, tolerancias y materiales, consulte el índice de guías.