Dimensionamiento y tolerancias geométricas

El dimensionamiento y tolerancias geométricas ( GD&T ) es un sistema para definir y comunicar tolerancias de ingeniería mediante un lenguaje simbólico en planos de ingeniería y modelos 3D generados por computadora. Este sistema describe la geometría nominal de un objeto físico y su variación permitida. El GD&T se utiliza para definir la geometría nominal (teóricamente perfecta) de piezas y ensamblajes, la variación permitida en tamaño, forma, orientación y ubicación de las características individuales, y cómo estas pueden variar entre sí para que un componente se considere satisfactorio para su uso previsto. Las especificaciones dimensionales definen la geometría nominal, modelada o prevista, mientras que las especificaciones de tolerancia definen la variación física permitida de las características individuales de una pieza o ensamblaje.

Existen diversas normas disponibles a nivel mundial que describen los símbolos y definen las reglas utilizadas en GD&T. Una de ellas es la norma Y14.5 de la Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) . Este artículo se basa en dicha norma. Otras normas, como las de la Organización Internacional de Normalización (ISO), describen un sistema diferente con algunas diferencias sutiles en su interpretación y reglas (véase GPS&V) . La norma Y14.5 proporciona un conjunto bastante completo de reglas para GD&T en un solo documento. Las normas ISO, en comparación, suelen abordar un solo tema a la vez. Existen normas independientes que proporcionan detalles para cada uno de los principales símbolos y temas que se mencionan a continuación (por ejemplo, posición, planitud, perfil, etc.). La norma BS 8888 proporciona un documento completo que tiene en cuenta muchas normas GPS&V.

El origen del GD&T se atribuye a Stanley Parker, quien desarrolló el concepto de "posición verdadera". Si bien se sabe poco sobre la vida de Parker, se sabe que trabajó en la Real Fábrica de Torpedos en Alexandria, West Dunbartonshire , Escocia . Su trabajo incrementó la producción de armamento naval por parte de nuevos contratistas.

En 1940, Parker publicó Notas sobre el diseño y la inspección de trabajos de ingeniería de producción en masa , el primer trabajo sobre dimensionamiento y tolerancias geométricas. ^{[ 1 ]} En 1956, Parker publicó Dibujos y dimensiones , que se convirtió en la referencia básica en el campo. ^{[ 1 ]}

El propósito de GD&T es describir la intención de ingeniería de piezas y ensamblajes. ^{[ 2 ]} GD&T permite definir con mayor precisión los requisitos dimensionales de una pieza, ofreciendo en algunos casos una zona de tolerancia superior al 50 % en comparación con el dimensionamiento por coordenadas (o lineal). La correcta aplicación de GD&T garantiza que la pieza definida en el plano tenga la forma, el ajuste (dentro de los límites) y la función deseados, con las mayores tolerancias posibles. GD&T puede mejorar la calidad y reducir los costos simultáneamente mediante la optimización de la producibilidad.

Según ASME Y14.5, las reglas fundamentales de GD&T son las siguientes, ^{[ 2 ] : 7–8}

1. Todas las dimensiones deben tener una tolerancia. Las tolerancias positivas y negativas pueden aplicarse directamente a las dimensiones o desde un bloque de tolerancia general o una nota general. Para las dimensiones básicas, las tolerancias geométricas se aplican indirectamente en un cuadro de control de características relacionado. Las únicas excepciones son las dimensiones marcadas como mínimas, máximas, de stock o de referencia.
2. Las dimensiones y tolerancias deberán definir con precisión cada elemento. No se permite medir directamente a partir del dibujo ni asumir dimensiones, salvo en el caso de dibujos especiales sin acotar.
3. Un dibujo debe contener el número mínimo de dimensiones necesarias para definir completamente el producto final. El uso de dimensiones de referencia debe minimizarse.
4. Las dimensiones deben aplicarse a los elementos y disponerse de manera que representen la función y la relación de acoplamiento de la pieza. Solo debe existir una forma de interpretar las dimensiones.
5. La geometría de la pieza debe definirse sin especificar explícitamente los métodos de fabricación.
6. Si durante la fabricación se requieren dimensiones pero no la geometría final (debido a la contracción u otras causas), deben marcarse como no obligatorias .
7. Las dimensiones deben estar dispuestas para lograr la máxima legibilidad y deben aplicarse a las líneas visibles en los perfiles reales.
8. Cuando la geometría se controla normalmente mediante tamaños de calibre o mediante códigos (por ejemplo, materiales en stock), la(s) dimensión(es) deberá(n) incluirse con el calibre o el número de código entre paréntesis después de la dimensión.
9. Se asume un ángulo de 90° cuando las líneas (incluidas las líneas centrales) se muestran en ángulo recto, pero no se especifica ningún ángulo.
10. Se asumen ángulos básicos de 90° cuando las líneas centrales de las características de un patrón o las superficies que se muestran en ángulo recto en un dibujo ortográfico 2D están ubicadas o definidas por dimensiones básicas y no se especifica ningún ángulo.
11. Se asume una dimensión básica de cero cuando los ejes, los planos centrales o las superficies se muestran coincidentes en un dibujo, y la relación entre las características se define mediante tolerancias geométricas.
12. Las dimensiones y tolerancias son válidas a 20 °C (68 °F) y 101,3 kPa (14,69 psi), a menos que se indique lo contrario.    
13. Salvo que se indique explícitamente lo contrario, las dimensiones y tolerancias solo se aplican en condiciones de estado libre.
14. Salvo que se indique explícitamente lo contrario, las tolerancias se aplican a la longitud, anchura y profundidad totales de la característica.
15. Las dimensiones y tolerancias solo se aplican en el plano donde se especifican. No es obligatorio que se apliquen en otros planos (como un plano de ensamblaje).
16. Los sistemas de coordenadas que se muestren en los dibujos deben ser diestros. Cada eje debe estar etiquetado y debe indicarse la dirección positiva.

La Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos (ASME) ofrece dos niveles de certificación: ^{[ 4 ]}

• La certificación GDTP (Tecnólogo en Diseño Geométrico y Tolerancias) evalúa la capacidad de una persona para comprender dibujos elaborados con el lenguaje de Dimensionamiento y Tolerancias Geométricas.
• La certificación GDTP sénior proporciona una medida adicional de la capacidad de una persona para seleccionar los controles geométricos adecuados, así como para aplicarlos correctamente a los dibujos.

Las certificaciones ISO GPS son comunes en Europa y Asia. Se pueden obtener a través de organismos de normalización locales como DIN ^{[ 5 ].}

Otros proveedores de certificación, como GD&T Basics, GeoTol y Excedify, siguen un modelo de certificación de 3 niveles que generalmente comienza con lectura de planos, GD&T Essentials/Fundamentals y luego GD&T Advanced/Application, ^{[ 6 ]} también es común una certificación especializada para inspección. Sin embargo, todas las certificaciones se basan en el modelo ASME. ^{[ 6 ]}

El intercambio de información de dimensionamiento y tolerancias geométricas (GD&T) entre sistemas CAD está disponible en diferentes niveles de fidelidad para diferentes propósitos:

• En los inicios del diseño asistido por ordenador (CAD), las líneas, los textos y los símbolos que solo se podían intercambiar se escribían en el archivo de intercambio. Un sistema receptor podía mostrarlos en la pantalla o imprimirlos, pero solo un ser humano podía interpretarlos.
• Presentación de GD&T : En un nivel superior, la información de la presentación se enriquece agrupándola en llamadas para un propósito específico, por ejemplo, una llamada de característica de datum y un marco de referencia de datum . También se incluye información sobre cuáles de las curvas del archivo son curvas de línea, proyección o dimensión, y cuáles se utilizan para formar la forma de un producto.
• Representación GD&T : A diferencia de la presentación GD&T, la representación GD&T no se ocupa de cómo se presenta la información al usuario, sino únicamente de qué elemento de la forma de un producto posee qué característica GD&T. Un sistema que admita la representación GD&T puede mostrar la información GD&T en algún árbol u otros diálogos, y permitir al usuario seleccionar y resaltar directamente la característica correspondiente en la forma del producto, tanto en 2D como en 3D.
• Idealmente, tanto la presentación como la representación GD&T están disponibles en el archivo de intercambio y están asociadas entre sí. De esta manera, un sistema receptor puede permitir al usuario seleccionar una especificación GD&T y visualizar la característica correspondiente resaltada en la forma del producto.
• Una mejora en la representación de GD&T consiste en definir un lenguaje formal para GD&T (similar a un lenguaje de programación) que incluya reglas y restricciones predefinidas para su uso adecuado. Este sigue siendo un campo de investigación (véase la referencia a McCaleb y la norma ISO 10303-1666 más adelante).
• Validación de GD&T : A partir de los datos de representación GD&T (pero no de la presentación GD&T) y la forma de un producto en algún formato útil (por ejemplo, una representación de contorno ), es posible validar la integridad y coherencia de la información GD&T. La herramienta de software FBTol de la planta de Kansas City es probablemente la primera en este ámbito.
• La información de representación GD&T también puede utilizarse para la planificación de la fabricación asistida por software y el cálculo de costes de las piezas. Véanse las normas ISO 10303-224 y 238 a continuación.

• Instrumentos dimensionales
• Ajuste de ingeniería
• Tolerancia de ingeniería
• Medidor (instrumento)
• Especificación y verificación geométrica del producto
• Sensor de posición
• Especificación del acabado superficial

• McCaleb, Michael R. (1999). "Un modelo conceptual de datos de sistemas de datos" . Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology . 104 (4): 349– 400. doi : 10.6028/jres.104.024 . PMC 4880403 . 
• Henzold, Georg (2006). Dimensionamiento geométrico y tolerancias para diseño, fabricación e inspección (2.ª  ed.). Oxford, Reino Unido: Elsevier. ISBN 978-0750667388.
• Srinivasan, Vijay (2008). "Estandarización de la especificación, verificación e intercambio de la geometría del producto: investigación, estado y tendencias". Computer-Aided Design . 40 (7): 738– 49. doi : 10.1016/j.cad.2007.06.006 .
• Drake, Jr., Paul J. (1999). Manual de dimensionamiento y tolerancias . Nueva York: McGraw-Hill. ISBN 978-0070181311.
• Neumann, Scott; Neumann, Al (2009). GeoTol Pro: Guía práctica para el cálculo de tolerancias geométricas según ASME Y14.5-2009 . Dearborn, MI: Society of Manufacturing Engineers. ISBN 978-0-87263-865-5.
• Bramble, Kelly L. (2009). Límites geométricos II, Guía práctica para la interpretación y aplicación ASME Y14.5-2009 . Engineers Edge.
• Wilson, Bruce A. (2005). Diseño, dimensionamiento y tolerancias . EE. UU.: Goodheart-Wilcox. pág.  275. ISBN 978-1-59070-328-1.

• Tolerancias generales para dimensiones lineales y angulares según ISO 2768.
• ¿Qué es GD&T?
• La importancia de GD&T
• Símbolos y definiciones de GD&T
• Glosario de términos y definiciones de GD&T archivado el 15/09/2008 en Wayback Machine.
• GDT: Introducción
• Certificación ASME
• Cambios y adiciones a la norma ASME Y14.5M
• El proyecto de pruebas de validación y conformidad NIST MBE PMI prueba las implementaciones de GD&T en software CAD.
• Analizador y visor de archivos STEP : analiza GD&T en un archivo STEP.