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Articulo de referencia

Especificación y verificación geométrica del producto

La Especificación y Verificación Geométrica de Productos ( GPS&V ) [ 1 ] es un conjunto de normas ISO desarrolladas por el Comité Técnico 213 de ISO. [ 2 ] El objetivo de estas ...

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La Especificación y Verificación Geométrica de Productos ( GPS&V ) [ 1 ] es un conjunto de normas ISO desarrolladas por el Comité Técnico 213 de ISO. [ 2 ] El objetivo de estas normas es desarrollar un lenguaje común para especificar la macrogeometría (tamaño, forma, orientación, ubicación) y la microgeometría (textura de la superficie) de productos o partes de productos, de modo que el lenguaje pueda utilizarse de forma coherente en todo el mundo.

Fondo

Las normas GPS&V abarcan:

  • Especificaciones dimensionales
  • Especificaciones macrogeométricas (forma, orientación, ubicación y recorrido)
  • Especificaciones de la textura de la superficie
  • Requisitos de equipos de medición y calibración
  • Gestión de la incertidumbre para la aceptación de mediciones y especificaciones

Otros comités técnicos de ISO están estrechamente relacionados con ISO TC 213. El Comité Técnico 10 de ISO [ 3 ] se encarga de la estandarización y coordinación de la documentación técnica de productos (TPD).

Las normas GPS&V describen las reglas para definir las especificaciones geométricas, las cuales se incluyen posteriormente en la documentación técnica del producto. La documentación técnica del producto se define como:

"medios para transmitir la totalidad o parte de la definición o especificación del diseño de un producto". [ 4 ]

La documentación técnica del producto puede ser convencional, compuesta por dibujos de ingeniería bidimensionales , o bien, puede basarse en modelos de diseño asistido por ordenador (CAD) con anotaciones 3D. Las normas ISO para la elaboración de la documentación se describen principalmente en las series ISO 128 e ISO 129 [ 5 ] , mientras que las normas para las anotaciones 3D se describen en la norma ISO 16792 [ 6 ].

El Comité Técnico ISO 184 [ 7 ] desarrolla normas estrechamente relacionadas con las normas GPS&V. En particular, el Comité Técnico ISO 184/SC4 [ 8 ] desarrolla la norma ISO 10303 , conocida como norma STEP (véase el archivo STEP ). No se debe confundir GPS&V con el uso de ASME Y.14.5 , que a menudo se denomina dimensionamiento y tolerancias geométricas (GD&T).

Historia y conceptos

Historia

ISO TC 213 nació en 1996 mediante la fusión de tres comités anteriores: [ 9 ]

  • Comité Técnico 10, Subcomité 5 de la ISO (ISO/TC 10/SC5) Tolerancias geométricas
  • Comité Técnico 57 de la ISO (ISO/TC 57) Textura de la superficie
  • Comité Técnico 3 de la ISO (ISO/TC 3) Límites y ajustes

Operación

Los estándares GPS&V se basan en varias operaciones básicas definidas en ISO 17450-1:2011: [ 10 ]

Se supone que estas operaciones describen completamente el proceso de tolerancias desde el punto de vista del diseño y de la medición. Se presentan en la serie de normas ISO 17450. Algunas de ellas se describen con más detalle en otras normas, por ejemplo, la serie ISO 16610 para filtración. Estos conceptos se basan en trabajos académicos. [ 11 ] La idea clave es partir de la pieza real con su geometría imperfecta (modelo de superficie) y luego aplicar una secuencia de operaciones bien definidas para describir completamente el proceso de tolerancias. Las operaciones se utilizan en las normas GPS&V para definir el significado de las especificaciones dimensionales, geométricas o de textura superficial.

modelo de piel

El modelo de superficie representa la superficie de la pieza real. En los sistemas CAD, el modelo describe la geometría nominal de las piezas de un producto. Esta geometría nominal es perfecta. Sin embargo, el control de tolerancias geométricas debe tener en cuenta las desviaciones geométricas que surgen inevitablemente del proceso de fabricación, con el fin de limitarlas a los límites aceptables para el diseñador, de modo que la pieza y el producto final sean funcionales. Por ello, se introduce una representación de la pieza real con desviaciones geométricas (modelo de superficie) como punto de partida en el proceso de control de tolerancias.

Dividir

El modelo de superficie representa una pieza real completa. Sin embargo, el diseñador a menudo, si no siempre, necesita identificar ciertas características geométricas específicas de la pieza para aplicar las especificaciones adecuadas. El proceso de identificación de estas características geométricas a partir del modelo de superficie o del modelo nominal se denomina partición. La estandarización de esta operación se encuentra en desarrollo en el comité técnico ISO TC 213 (serie ISO 18183).

Se pueden utilizar varios métodos para obtener una partición a partir de un modelo de piel como se describe en [ 12 ].

Extracción

El modelo de piel y las características geométricas particionadas generalmente se consideran continuas; sin embargo, al medir la pieza, a menudo es necesario considerar solo los puntos extraídos de una línea o una superficie. El proceso de, por ejemplo, seleccionar el número de puntos, su distribución sobre la característica geométrica real y la forma de obtenerlos forma parte de la operación de extracción. Esta operación se describe en la norma ISO 14406:2011 [ 13 ].

Filtración

El filtrado es una operación útil para seleccionar características de interés entre otras características de los datos. Esta operación se utiliza ampliamente para especificar texturas superficiales; sin embargo, es una operación general que puede aplicarse para definir otras especificaciones. Es bien conocida en el procesamiento de señales, donde se puede utilizar, por ejemplo, para aislar una longitud de onda específica en una señal sin procesar. El filtrado está estandarizado en la serie ISO 16610, donde se describen numerosos filtros diferentes.

Asociación

La asociación resulta útil cuando necesitamos ajustar una característica geométrica ideal (perfecta) a una característica geométrica real, por ejemplo, para encontrar un cilindro perfecto que se aproxime a una nube de puntos extraídos de una característica geométrica cilíndrica real (imperfecta). Esto puede considerarse un proceso de optimización matemática . Es necesario definir un criterio de optimización. Este criterio puede ser la minimización de una magnitud, como por ejemplo, el cuadrado de las distancias desde los puntos a la superficie ideal. También se pueden añadir restricciones, como la condición de que la característica geométrica ideal se encuentre fuera del material de la pieza o que tenga una orientación o ubicación específica con respecto a otra característica geométrica. En las normas GPS&V se utilizan diferentes criterios y restricciones por defecto para distintos fines, como la especificación geométrica de características geométricas o el establecimiento de referencias , por ejemplo. Sin embargo, la estandarización de la asociación en su conjunto es un trabajo en curso en el comité técnico ISO TC 213.

Recopilación

La agrupación es una operación de conjunto. El diseñador puede definir un grupo de elementos geométricos que contribuyen a la misma función. Se puede utilizar para agrupar dos o más agujeros, ya que constituyen un mismo punto de referencia para el ensamblaje de una pieza. También se puede utilizar para agrupar elementos geométricos nominalmente planos que deben estar dentro de la misma zona de tolerancia de planitud . Esta operación se describe en varias normas GPS&V. Se utiliza ampliamente en la norma ISO 5458:2018 para agrupar elementos geométricos planos y cilíndricos (agujeros o pasadores). La agrupación puede considerarse como la aplicación de restricciones de orientación y/o de ubicación entre los elementos geométricos del grupo considerado.

Construcción

La construcción se describe como una operación utilizada para crear figuras geométricas ideales con geometría perfecta a partir de otras figuras geométricas. Un ejemplo, que se da en la norma ISO 17450-1:2011, es la construcción de una línea recta resultante de la intersección de dos planos perfectos. No existe una norma específica que aborde esta operación, sin embargo, se utiliza y define en numerosas normas del sistema GPS&V.

Reconstrucción

La reconstrucción es una operación que permite construir una característica geométrica continua a partir de una característica geométrica discreta. Es útil, por ejemplo, cuando se necesita obtener un punto entre dos puntos extraídos, como puede ocurrir al identificar una dimensión entre dos puntos opuestos en una sección particular durante el proceso de obtención del tamaño lineal de un cilindro. La operación de reconstrucción aún no está estandarizada en el sistema GPS&V; sin embargo, se ha descrito en artículos académicos [ 14 ].

Reducción

La reducción es una operación que permite calcular una nueva característica geométrica a partir de una existente. La nueva característica geométrica es una característica geométrica derivada.

Especificación dimensional

Las tolerancias dimensionales se tratan en la norma ISO 14405:

  • ISO 14405-1:2016 Tamaños lineales [ 15 ]
  • ISO 14405-2:2018 Dimensiones distintas de las dimensiones lineales o angulares [ 16 ]
  • ISO 14405-3:2016 Tamaños angulares [ 17 ]

El tamaño lineal se indica sobre una línea terminada en flechas y valores numéricos para el tamaño nominal y la tolerancia. El tamaño lineal de una característica geométrica de tamaño se define por defecto como las distancias entre puntos opuestos tomados de la superficie de la pieza real. [ nota 1 ] El proceso para construir tanto las secciones como las direcciones necesarias para identificar los puntos opuestos se define en la norma ISO 14405-1. Este proceso incluye la definición de una característica geométrica perfecta asociada del mismo tipo que la característica geométrica nominal. Por defecto se utiliza un criterio de mínimos cuadrados . Este proceso se define solo para características geométricas donde existen puntos opuestos.

La norma ISO 14405-2 ilustra casos en los que las especificaciones dimensionales se utilizan incorrectamente debido a la inexistencia de puntos opuestos. En estos casos, el uso de dimensiones lineales se considera ambiguo (véase el ejemplo ). Se recomienda sustituir las especificaciones dimensionales por especificaciones geométricas para indicar correctamente la ubicación de una característica geométrica con respecto a otra, la característica de referencia (véanse los ejemplos ).

Las dimensiones angulares son útiles para conos, cuñas o líneas rectas opuestas. Se definen en la norma ISO 14405-3. Esta definición implica asociar características geométricas perfectas, como planos para una cuña, y medir el ángulo entre las líneas de dichas características en diferentes secciones. Las dimensiones angulares se indican con una flecha y valores numéricos para la dimensión nominal y la tolerancia. La especificación de la dimensión angular es diferente de la especificación de la angularidad. La especificación de la angularidad controla la forma de la característica tolerada, pero no es el caso de la especificación de la dimensión angular.

Tamaño de un cilindro

Aquí consideramos la especificación del tamaño de un cilindro para ilustrar la definición de tamaño según la norma ISO 14405-1. Se supone que el modelo nominal es un cilindro perfecto con una especificación dimensional del diámetro sin modificadores que alteren la definición predeterminada de tamaño. Según el anexo D de la norma ISO 14405-1:2016, el proceso para establecer una dimensión entre dos puntos opuestos a partir de la superficie real de la pieza fabricada, que nominalmente es un cilindro, es el siguiente:

  • Partición de la superficie real para identificar la porción de la superficie total de la pieza que se somete a la especificación.
  • Extraer puntos de la superficie particionada
  • Reconstruir la superficie a partir de los puntos extraídos si el número de puntos extraídos no es infinito.
  • Filtrar la superficie reconstruida
  • Asociar un cilindro perfecto a la superficie filtrada utilizando un criterio de mínimos cuadrados.
  • Identifica la línea recta que es el eje del cilindro correspondiente.
  • Se construyó un plano perpendicular al eje del cilindro correspondiente para identificar una sección transversal.
  • Consideremos la línea de sección que es la intersección del plano perpendicular al eje del cilindro asociado con la superficie filtrada.
  • Asociar un círculo perfecto a la línea de sección utilizando el criterio de mínimos cuadrados.
  • Consideremos una línea recta en la sección transversal que pasa por el centro del círculo asociado.
  • Dos puntos opuestos se definen como la intersección entre la línea recta y la línea de sección.

Véase el ejemplo a continuación para una ilustración.

Dimensiones con requisitos de sobre Ⓔ

El requisito de envolvente se especifica añadiendo el símbolo Ⓔ después del valor de tolerancia de una especificación dimensional . El símbolo Ⓔ modifica la definición de la especificación dimensional de la siguiente manera (ISO 14405-1 3.8):

  • La especificación dimensional se aplica entre dos puntos opuestos para el lado de menor material de la especificación dimensional.
  • Se aplica la especificación de dimensión máxima inscrita (para características geométricas internas como un orificio cilíndrico) o la especificación de dimensión mínima circunscrita (para características geométricas externas como un pasador cilíndrico).

La dimensión máxima inscrita para un orificio nominalmente cilíndrico se define como el diámetro máximo de un cilindro perfecto asociado a la superficie real, con la restricción de que dicho cilindro permanezca fuera del material de la pieza. La dimensión mínima circunscrita para un pasador nominalmente cilíndrico se define como el diámetro mínimo de un cilindro perfecto asociado a la superficie real, con la restricción de que dicho cilindro permanezca fuera del material de la pieza. Véase el ejemplo a continuación para una ilustración.

Uso del requisito del sobre

El uso del símbolo de sobre Ⓔ está estrechamente relacionado con la función común de ensamblar piezas. Una especificación dimensional sin sobre en las dos piezas a ensamblar no es suficiente para garantizar el ensamblaje, ya que la desviación de forma de las piezas no está limitada por las especificaciones dimensionales. El ensamblaje de un pasador cilíndrico dentro de un orificio cilíndrico, por ejemplo, requiere limitar las dimensiones de ambas características geométricas, pero también limitar la desviación de rectitud de ambas características geométricas, ya que es la combinación de la especificación de tamaño y la especificación geométrica (rectitud) lo que permitirá el ensamblaje de las dos piezas.

  • El uso del requisito de envolvente en un orificio cilíndrico permite aceptar únicamente las combinaciones de tamaño y forma que garantizan un paso mínimo para un cilindro perfecto.
  • El uso del requisito de envolvente en un pasador cilíndrico permite aceptar únicamente las combinaciones de tamaño y forma que garanticen que el material del pasador se encuentre dentro de un cilindro lo más perfecto posible.

De esta forma, el pasador cilíndrico y el orificio cilíndrico encajarán incluso en las peores condiciones, sin restringir excesivamente las piezas con especificaciones de forma específicas.

El uso de dimensiones con envolvente no restringe la orientación ni la ubicación de las piezas. El uso de especificaciones geométricas junto con el requisito máximo de material (símbolo Ⓜ) permite asegurar el ajuste de las piezas cuando se requieren restricciones adicionales de orientación o ubicación. La norma ISO 2692:2021 [ 18 ] describe el uso del modificador de material máximo.

Especificaciones de forma, orientación, ubicación y recorrido

A continuación se enumeran las normas GPS&V relativas a las especificaciones geométricas:

  • ISO 1101:2017 Tolerancias de forma, orientación, ubicación y desviación [ 19 ]
  • ISO 5459:2011 Datums y sistemas de datums [ 20 ]
  • ISO 5458:2018 Especificación geométrica combinada y de patrones [ 21 ]
  • ISO 1660:2017 Tolerancias de perfil [ 22 ]

El término geometría, utilizado en este párrafo, debe entenderse como macrogeometría, en contraposición a las especificaciones de textura superficial, que se tratan en otras normas. La principal fuente de especificaciones geométricas en las normas GPS&V es la ISO 1101. La ISO 5459 puede considerarse una norma complementaria a la ISO 1101, ya que define los datos de referencia ampliamente utilizados en esta última. Las normas ISO 5458 e ISO 1660 se centran únicamente en subconjuntos de la ISO 1101. Sin embargo, estas normas son muy útiles para los usuarios de sistemas GPS&V, ya que abarcan aspectos muy comunes de tolerancias geométricas, como grupos de cilindros o planos y especificaciones de perfiles (líneas y superficies).

Una especificación geométrica permite definir los tres objetos siguientes:

Los pasos para leer una especificación geométrica se pueden resumir de la siguiente manera:

  • Identifique la característica tolerada como una parte del modelo de piel o una característica que se puede construir a partir del modelo de piel, como por ejemplo una línea imperfecta que representa un eje.
  • Construya el datum especificado asociando primero características geométricas perfectas a una característica de datum (real) y luego construyendo una característica de situación a partir de esos datums asociados para obtener el datum especificado.
  • Construya la zona de tolerancia como un volumen o superficie perfectos que puedan estar restringidos en orientación o ubicación a partir del datum.
  • Compruebe si la característica tolerada se encuentra completamente dentro de la zona de tolerancia.

Característica tolerada

Las características toleradas se definen en la norma ISO 1101. Una característica tolerada es una característica geométrica real con geometría imperfecta, identificada directamente a partir del modelo de la superficie (característica integral) o mediante un proceso que parte del modelo de la superficie (característica derivada).

  • La característica integral es una porción del modelo de piel identificada directamente por una partición con extracción y posiblemente filtración.
  • La característica derivada se construye a partir del modelo de superficie mediante un proceso específico definido por defecto en las normas GPS&V. Por ejemplo, cuando el eje de un cilindro se indica mediante la especificación geométrica (véase el ejemplo ), la característica tolerada es una línea formada por los centros de los círculos asociados en cada sección. Las secciones se definen como perpendiculares al eje del cilindro asociado a la característica integral. Por defecto, se utiliza el criterio de mínimos cuadrados.

Que la característica tolerada sea una característica integral o derivada depende de la redacción precisa de la especificación correspondiente: si la flecha de la línea de referencia de la especificación se encuentra en la prolongación de una línea de cota, se trata de una característica integral; de lo contrario, se trata de una característica integral. También se puede utilizar el modificador Ⓐ en la especificación para designar una característica derivada.

La característica nominal tolerada es una característica geométrica con geometría perfecta definida en la TPD correspondiente a la característica tolerada.

Dato

En la norma ISO 5459, los datos de referencia se definen como una simulación de un elemento de contacto en una especificación de pieza única, cuando dicho elemento no está presente. Los contactos de "contacto planar" y "ajuste de tamaño lineal" se incluyen por defecto. Con esta simulación, se produce un error de especificación en la función de naturaleza, que aparece en las restricciones de ensamblaje.

En esencia, el datum se utiliza para vincular la característica tolerada (geometría real imperfecta) con la zona tolerada (geometría perfecta). Por lo tanto, el objeto datum es un objeto triple:

  • La característica de referencia es una característica geométrica de geometría imperfecta obtenida del modelo de piel (parte real) mediante una partición. La referencia nominal se identifica en el modelo nominal mediante un triángulo conectado a un marco que contiene el nombre de la referencia (letra mayúscula).
  • El elemento de referencia asociado se obtiene asociando un elemento geométrico con geometría perfecta al elemento de referencia (real). El proceso y el criterio predeterminados que se aplican para la asociación se definen en la norma ISO 5459. El criterio puede variar según el tipo de elemento geométrico.
  • El datum especificado es una característica de situación construida a partir de los datums asociados.

El vínculo entre la orientación, la ubicación o la especificación de desviación y los datums se especifica en el marco de especificación geométrica de la siguiente manera:

  • El dato primario se encuentra en la tercera celda de una especificación geométrica, si la hay;
  • El dato secundario se encuentra en la cuarta celda de la especificación geométrica, si la hay;
  • El dato terciario se encuentra en la quinta celda de la especificación geométrica, si la hay.

Es posible que algunas especificaciones geométricas no tengan ninguna sección de referencia (por ejemplo, las especificaciones de forma).

El contenido de cada celda puede ser:

  • Un único dato identificado por una letra mayúscula como 'A' (o varias letras mayúsculas sin separadores como 'AA' o 'AAA') o
  • Un dato común identificado por una secuencia de letras mayúsculas con un guion separador, como AB (o una secuencia de varias letras mayúsculas separadas por guiones, como 'AA-BBB').

En primer lugar, se describe el proceso para construir un sistema de referencia y, a continuación, el proceso para construir un sistema de referencia común .

Sistema de referencia

Un dato se identifica mediante un máximo de tres celdas en el marco de especificación geométrica correspondientes a los datos primario, secundario y terciario. Para el dato primario, secundario y terciario, se asocia al dato real una característica geométrica perfecta del mismo tipo [ nota 2 ] que la característica nominal, como se describe a continuación:

  • El dato primario se construye asociando una característica de geometría perfecta con la asociación predeterminada. En la norma ISO 5459:2011, para un plano, la asociación predeterminada consiste en minimizar la distancia máxima entre la característica asociada (un plano perfecto) y la característica real, con la restricción de que la característica asociada permanezca fuera del material de la pieza.
  • El datum secundario se construye de la misma manera que el datum primario con una restricción adicional para que la característica asociada esté orientada [ nota 3 ] desde el datum primario como se describe en el modelo nominal.
  • El datum terciario se construye de la misma manera que el datum secundario, con la restricción adicional de que la característica asociada debe estar orientada desde el datum secundario, tal como se describe en el modelo nominal.

El resultado es un conjunto de características asociadas. Finalmente, este conjunto de características asociadas se utiliza para construir una característica de situación , que es el dato especificado.

datum común

Las características de referencia se identifican en el modelo de piel a partir del componente de referencia en la lista separada por guiones de referencias nominales que aparece en una celda específica de una especificación de orientación o ubicación. La referencia común puede utilizarse como referencia primaria, secundaria o terciaria. En ambos casos, el proceso para construir una referencia común es el mismo; sin embargo, se deben agregar restricciones de orientación adicionales cuando la referencia común se utiliza como referencia secundaria o terciaria, tal como se hace para los sistemas de referencia y se explica más adelante.

El criterio de asociación de datos comunes se aplica a todas las características asociadas junto con las siguientes restricciones:

  • Restricciones de material externo
  • Restricciones de orientación y ubicación entre las características asociadas del datum común.
  • Restricción de orientación adicional con respecto al dato precedente en la jerarquía.

El resultado es un conjunto de características asociadas. Finalmente, este conjunto de características asociadas se utiliza para construir una característica de situación, que es el dato especificado.

Característica de situación

El paso final en el proceso de establecimiento de datos es combinar las características asociadas para obtener un objeto final definido como característica de situación que se identifica con el dato especificado (ISO 5459:2011 Tabla B.1). Es un miembro del siguiente conjunto:

  • Un punto
  • Una línea recta
  • Un avión
  • Una línea recta que contiene un punto
  • Un plano que contiene una línea recta
  • Un plano que contiene una línea recta y un punto

La forma de construir las características de la situación y, por lo tanto, el datum especificado, se define actualmente principalmente mediante ejemplos en la norma ISO 5459:2011. Se están desarrollando reglas más específicas. El concepto de datum especificado está estrechamente relacionado con las clases de superficies invariantes a través de desplazamientos. Se ha demostrado que las superficies pueden clasificarse según los desplazamientos que las hacen invariantes. [ 23 ] El número de clases es siete. Si un desplazamiento hace que una superficie sea invariante, entonces este desplazamiento no puede ser bloqueado por el datum especificado correspondiente. Por lo tanto, los desplazamientos que no son invariantes se utilizan para bloquear grados de libertad específicos de la zona de tolerancia.

Por ejemplo, un conjunto de datos asociados formado por tres planos mutuamente perpendiculares corresponde a la siguiente característica de situación: un plano que contiene una línea recta que contiene un punto. El plano es el primer plano asociado obtenido, la línea es la intersección entre el segundo plano asociado y el primero, y el punto es la intersección entre la línea y el tercer plano asociado. Por lo tanto, el dato especificado pertenece a la clase de invariancia compleja (doincógnita{\displaystyle \mathbf {C} _ {\mathbf {X} }}) y todos los grados de libertad de una zona de tolerancia pueden bloquearse con este dato especificado.

Los símbolos gráficos de la clase de invariancia no están definidos en las normas ISO, sino que solo se utilizan en la literatura como un recordatorio útil. Una clase helicoidal (doH{\displaystyle \mathbf {C} _{\mathbf {H} }}) también se puede definir, sin embargo, generalmente se reemplaza con una clase cilíndrica en aplicaciones del mundo real.

Zona de tolerancia

Las zonas de tolerancia se definen en la norma ISO 1101. Una zona de tolerancia es una superficie o un volumen con geometría perfecta. Es una superficie cuando está destinada a contener una característica de tolerancia, que es una línea. Es un volumen cuando está destinada a contener una característica de tolerancia, que es una superficie. A menudo se puede describir como un cuerpo rígido con los siguientes atributos:

  • La forma, [ nota 4 ] [ nota 5 ] es en la mayoría de los casos el volumen entre dos planos paralelos opuestos (respectivamente, el área entre dos líneas paralelas) o un cilindro si el símbolo ⌀ precede al valor numérico en la segunda sección del marco de especificación geométrica o una esfera si se utiliza el símbolo S⌀.
  • El tamaño viene dado por un valor numérico en la segunda sección del marco de especificaciones geométricas.
  • Restricciones de orientación con respecto al datum especificado del marco de especificación geométrica si la especificación geométrica es una especificación de orientación o de ubicación.
  • Restricciones de ubicación con respecto al datum especificado del marco de especificación geométrica si la especificación geométrica es una especificación de ubicación.
  • Restricciones de orientación y ubicación entre zonas de tolerancia si se indica el modificador CZ ('Zona Combinada') en la segunda celda de la especificación geométrica.

Dimensión exacta teórica

Las dimensiones teóricas exactas (TED) se identifican en un modelo nominal mediante dimensiones con un valor nominal definido, sin tolerancia alguna. Estas dimensiones no constituyen una especificación en sí mismas, sino que son necesarias para aplicar restricciones al plano de referencia o para determinar la orientación o ubicación de la zona de tolerancia. Las TED también pueden utilizarse para otros fines, como definir la forma o las dimensiones nominales de un perfil.

Al aplicar restricciones, generalmente se deben tener en cuenta dos tipos de TED:

  • Dimensiones teóricas exactas explícitas que están escritas en un dibujo de ingeniería o que se pueden obtener consultando un modelo CAD.
  • Dimensiones teóricas exactas implícitas que son la distancia de 0  mm para dos líneas coincidentes, 0° (módulo 180°) para líneas paralelas o 90° (módulo 180°) para líneas perpendiculares.

Familias de especificaciones geométricas

Las especificaciones geométricas se dividen en tres categorías:

  • Forma
  • Orientación
  • Ubicación

La especificación de salida es otra familia que involucra tanto la forma como la ubicación:

Ejemplos

Presentación

Este párrafo contiene ejemplos de especificaciones dimensionales y geométricas para ilustrar la definición y el uso de las especificaciones dimensionales y posicionales. Las dimensiones y los valores de tolerancia (mostrados en azul en las figuras) serán valores numéricos en los planos reales. d, l1, l2 se utilizan para los valores de longitud. Δd se utiliza para un valor de tolerancia dimensional y t, t1, t2 para valores de tolerancia posicional. Para cada ejemplo presentamos:

  • El dibujo muestra la geometría del modelo nominal y una especificación.
  • Figuras que ilustran el significado de la especificación en una pieza real concreta con desviaciones.

Las desviaciones se han ampliado en comparación con las piezas reales para mostrar con la mayor claridad posible los pasos necesarios para construir los operadores GPS&V. En el dibujo técnico se utiliza la proyección en primer ángulo .

Especificaciones dimensionales

Diámetro de una pieza cilíndrica

  • El dibujo anterior muestra una pieza cilíndrica con la especificación del diámetro. El valor nominal d y la tolerancia Δd deberán sustituirse por valores numéricos en el dibujo final.
  • La parte real (1), en naranja, se muestra con su desviación. Las líneas verdes (2) representan un cilindro asociado. La línea roja (3) representa el eje del cilindro asociado. Las líneas azules (4) representan dos secciones particulares. Teóricamente, se considerarán todas las secciones (un número infinito). En la etapa de verificación, solo se medirán algunas secciones, lo que introduce incertidumbre en el resultado.
  • Una sección de la parte real se representa arriba con la línea real en naranja (4). La línea azul (3) es un círculo asociado. La cruz azul (2) es el centro del círculo asociado. La cruz verde (1) representa el eje del cilindro asociado que se muestra en verde en la figura de la parte real. Los dos puntos (6) representan dos puntos opuestos en la superficie real. La dimensión (5) es una de las dimensiones locales medidas.

Diámetro de una pieza cilíndrica con envoltura Ⓔ

  • El dibujo muestra una pieza cilíndrica con la especificación del diámetro y el modificador Ⓔ para el requisito de envolvente. El valor nominal d y la tolerancia Δd deberán sustituirse por valores numéricos en el dibujo final.
  • La parte real (1) en naranja se muestra con su desviación. Las líneas verdes (2) representan un cilindro asociado. La línea del eje rojo (3) representa el eje del cilindro asociado. Las líneas azules (4) representan dos secciones particulares. Se considerarán todas las secciones. Las dimensiones naranjas (6) representan las dimensiones en secciones particulares. La línea morada (5) representa el cilindro envolvente (cilindro perfecto). La dimensión en morado (7) es la dimensión de la envolvente, específicamente d+Δd/2. La verificación es doble:
  • Las dimensiones locales deberán ser mayores que d-Δd,
  • La superficie de la pieza real deberá caber dentro del sobre.

Dimensión ambigua

  • El dibujo superior muestra una pieza con una especificación dimensional. La cruz roja sobre esta especificación indica que este tipo de especificación no se recomienda según la norma ISO 14405-2, ya que no es posible encontrar puntos opuestos en toda la superficie. El valor nominal d y la tolerancia Δd deben sustituirse por valores numéricos en el dibujo final.
  • La parte real, en naranja, se muestra con su desviación. La dimensión superior (naranja) tiene dos puntos opuestos y, por lo tanto, podría definirse; sin embargo, a la inferior le falta un punto opuesto, por lo que la especificación dimensional se considera ambigua y debería sustituirse por una especificación geométrica.

Este ejemplo suele sorprender a quienes se inician en el uso de GPS&V. Sin embargo, es una consecuencia directa de la definición de dimensión lineal en la norma ISO 14405-1. La función que se pretende alcanzar es probablemente la localización de los dos planos; por lo tanto, especificar la localización de una superficie con respecto a la otra, o bien la localización de ambas superficies entre sí, se considera la forma correcta de lograr dicha función. Véanse los ejemplos .

Especificaciones de posición

Localización de un plano con respecto a otro plano (caso 1)

  • El dibujo anterior muestra una pieza con una especificación de ubicación con respecto al punto de referencia denominado A, que se indica en la superficie plana de la izquierda.
  • La parte real, resaltada en naranja, se muestra con su desviación. El proceso para construir o identificar la característica tolerada, el datum especificado y la zona de tolerancia se describe en la tabla siguiente.

Esta especificación puede ser útil cuando una superficie (el plano de referencia en este caso) tiene mayor prioridad en el proceso de ensamblaje. Por ejemplo, podría ser necesario que una segunda pieza encaje en la ranura guiada por el plano donde se ha indicado el plano de referencia. La pieza no cumple con la especificación para esta pieza real en particular, ya que la característica tolerada (segmento de línea naranja) no está incluida en la zona de tolerancia (verde).

Localización de un plano con respecto a otro plano (caso 2)

  • El dibujo anterior muestra una pieza con una especificación de ubicación con respecto al punto de referencia denominado A, que se indica en la superficie plana derecha.
  • La parte real, resaltada en naranja, se muestra con su desviación. El proceso para definir o identificar la característica de tolerancia, el datum especificado y la zona de tolerancia se describe en la tabla siguiente.

Este caso 2 es similar al caso 1 anterior, sin embargo, la característica tolerada y el plano de referencia están intercambiados, por lo que el resultado es totalmente diferente, como se explicó anteriormente. Esta especificación podría ser útil cuando una superficie (plano de referencia) tiene mayor prioridad que la otra en el proceso de ensamblaje. Por ejemplo, podría ser necesario que una segunda pieza encaje dentro de la ranura guiada por el plano donde se ha indicado el plano de referencia. La pieza no cumple con la especificación para esta pieza real en particular, ya que la característica tolerada (segmento de línea naranja) no está incluida en la zona de tolerancia (verde).

Ubicación de los planos entre sí (caso 3)

  • El dibujo anterior muestra una pieza con una especificación de ubicación marcada con el símbolo CZ. No se indican referencias intencionadamente.
  • La parte real, resaltada en naranja, se muestra con su desviación. La construcción o identificación del elemento tolerado y la zona de tolerancia se describen en la tabla siguiente.

Esta especificación puede ser útil cuando las dos superficies (el plano en este caso) tienen la misma prioridad en el proceso de ensamblaje. Por ejemplo, podría ser necesario que una segunda pieza encaje en la ranura guiada por los dos planos. La pieza cumple con la especificación para esta pieza real en particular, ya que la característica con tolerancia (dos segmentos de línea naranja) está incluida en la zona de tolerancia (verde).

Ubicación de un agujero con respecto a los bordes de una placa.

  • El dibujo anterior muestra una pieza con la especificación de ubicación de un orificio con respecto a un sistema de referencias.
  • La parte real que se muestra a continuación, en color naranja, se ilustra con su desviación. El proceso para identificar y construir la característica tolerada, el datum especificado y la zona de tolerancia se indica a continuación.

Esta especificación puede ser útil cuando los orificios se ubican en los bordes de las placas durante el proceso de ensamblaje y la superficie A tiene mayor prioridad que la B. Si se modifica el proceso de ensamblaje, la especificación de referencia deberá adaptarse en consecuencia. El orden de la referencia es importante en un sistema de referencia, ya que la referencia especificada resultante puede variar considerablemente. La pieza cumple con la especificación para esta pieza real en particular, dado que la característica tolerada (línea morada a la izquierda, punto morado a la derecha) se encuentra dentro de la zona de tolerancia (verde).

Textura de la superficie

  • ISO 1302:2002 Indicación de la textura superficial en la documentación técnica del producto [ 24 ]

Requisitos de equipos de medición y calibración

  • ISO 14978:2018 Conceptos generales y requisitos para equipos de medición de especificaciones geométricas de productos (GPS) [ 25 ]
  • Norma ISO 10360: Pruebas de aceptación y reverificación para máquinas de medición por coordenadas (MMC).

Gestión de la incertidumbre para la aceptación de mediciones y especificaciones

  • ISO 14253-1:2017 Inspección mediante medición de piezas y equipos de medición - Parte 1: Reglas de decisión para verificar la conformidad o no conformidad con las especificaciones [ 26 ]
  • Especificación de población ISO 18391:2016 [ 27 ]

Notas

  1. ↑ Esta es una discrepancia importante entre los estándares GPS&V y GD&T (ASME Y14.5) donde la especificación dimensional incluye una limitación en la desviación de forma más o menos como se hace cuando el requisito de envolvente Ⓔ se agrega a la especificación en el estándar GPS&V.
  2. ↑ Se puede utilizar un modificador específico CF ('Entidad de contacto') para construir datos asociados de diferentes tipos.
  3. ↑ Cabe señalar que la restricción se refiere a la orientación y no a la ubicación.
  4. ↑ En el caso de un perfil de superficie (o perfil de línea), la forma viene dada por dos superficies (o líneas) envolventes de una esfera (o círculo) cuyo centro se mueve a lo largo del modelo nominal.
  5. ↑ La forma está limitada por círculos para la redondez, especificaciones de desviación circular o cilindros para la cilindricidad o especificaciones de desviación total. Consulte la norma ISO 1101 para obtener más detalles.

Referencias

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  • Folleto GPS
  • Sitio web de TC 213