2.2.5. Tolerancias

Introducción

En ingeniería, ninguna pieza puede fabricarse con dimensiones exactas; siempre existen pequeñas variaciones debidas al proceso de fabricación. Las tolerancias definen los límites aceptables de esas variaciones, asegurando la intercambiabilidad, el correcto montaje y la funcionalidad. La norma ISO 286 establece el sistema de tolerancias dimensionales, mientras que ISO 1101 regula las tolerancias geométricas. Este capítulo desarrolla los conceptos fundamentales, su representación en planos y su impacto en el diseño industrial.

Ejemplo práctico 1: En un motor eléctrico, el eje debe encajar en el rodamiento con un ajuste determinado. Si la tolerancia es demasiado amplia, el eje se moverá; si es demasiado estrecha, no podrá montarse o se generarán sobrecalentamientos.

Ejemplo práctico 2: En una válvula hidráulica, la planitud de la cara de sellado es crítica para evitar fugas. La tolerancia geométrica de planitud (ISO 1101) limita las irregularidades.

Tolerancia dimensional

La tolerancia dimensional es la variación permitida en una dimensión lineal (longitud, diámetro, altura). Se expresa como un intervalo: dimensión nominal ± desviación o mediante límites superior e inferior. Por ejemplo, ⌀50 ±0,1 significa que el diámetro puede estar entre 49,9 y 50,1 mm.

Según ISO 286, se definen grados de tolerancia normalizados (IT01, IT0, IT1, ., IT16). Cuanto menor es el número, mayor es la precisión (por ejemplo, IT6 se usa en mecanizados de calidad, IT14 en fundición). La norma también establece posiciones del campo de tolerancia mediante letras: mayúsculas para agujeros (H, J, K, .) y minúsculas para ejes (h, j, k, .). Así, una especificación ⌀50H7 indica un agujero con diámetro nominal 50 mm, campo H y grado IT7.

Conceptos clave según ISO 286

• Dimensión nominal (D_n): valor teórico de diseño.
• Límite superior (D_max): valor máximo admisible.
• Límite inferior (D_min): valor mínimo admisible.
• Tolerancia (T): D_max - D_min.
• Desviación superior (es, ES): diferencia entre límite superior y nominal.
• Desviación inferior (ei, EI): diferencia entre límite inferior y nominal.

Ejemplo de ajuste: Un acoplamiento ⌀50H7/g6 significa agujero H7 (calidad IT7) y eje g6 (calidad IT6). Este es un ajuste con juego (holgado), típico para ejes giratorios.

Tolerancia geométrica (ISO 1101)

La tolerancia geométrica controla la forma, orientación, localización y oscilación de los elementos, independientemente de sus dimensiones. Se representa mediante un rectángulo de tolerancia dividido en compartimentos que contienen:

• Símbolo de la característica (ej: ⏥ para paralelismo, ⏤ para planitud, ◎ para concentricidad).
• Valor de la tolerancia (en mm).
• Referencia(s) si es necesario (letras mayúsculas: A, B, .).

Ejemplo: Un rectángulo con "⏥ 0,05 A" indica que la superficie debe ser paralela a la referencia A dentro de 0,05 mm.

Tipos principales

• De forma: planitud, rectitud, circularidad, cilindricidad. No requieren referencia.
• De orientación: paralelismo, perpendicularidad, angularidad. Requieren referencia.
• De localización: posición, concentricidad, simetría. Controlan la ubicación.
• De oscilación: circular y total. Se aplican a piezas rotativas.

Ejemplo práctico: En una brida de acoplamiento, se puede especificar que la superficie frontal sea perpendicular al eje del agujero con una tolerancia de 0,1 mm (⟂ 0,1 A).

Tolerancia de posición

La tolerancia de posición (símbolo: ⌖) controla la ubicación de un elemento (agujero, ranura) respecto a un sistema de referencia. Es una de las más utilizadas en fabricación mecánica. Por ejemplo, para un agujero, la tolerancia de posición define un cilindro (en 3D) o un círculo (en 2D) dentro del cual debe estar el eje del agujero.

En el rectángulo de tolerancia, se indica el diámetro de la zona de tolerancia precedido de "⌀" (para zonas circulares) o sin él (para zonas planas). Ejemplo: ⌖ ⌀0,2 A B C significa que el eje del agujero debe estar dentro de un cilindro de 0,2 mm de diámetro, referido a los planos A, B y C.

Importancia en montaje: Si dos piezas deben ensamblarse mediante tornillos, la tolerancia de posición de los agujeros garantiza que los tornillos pasen sin forzar. Una desviación excesiva impediría el montaje.

Ejemplo: En una placa base con cuatro agujeros, se puede acotar la posición de cada agujero con una tolerancia de ⌀0,1 respecto a las referencias de los bordes. Esto permite un taladrado CNC sin necesidad de cotas lineales individuales.

ISO 286: Sistema de tolerancias y ajustes

La norma ISO 286 define un sistema internacional para tolerancias dimensionales de ejes y agujeros, asegurando la intercambiabilidad. Se basa en:

• Grados de tolerancia IT (International Tolerance): 18 grados, desde IT01 (el más preciso) hasta IT16 (el más burdo). La amplitud de la tolerancia depende del grado y de la dimensión nominal (tablas normalizadas).
• Posiciones de la tolerancia (letras): indican la posición del campo de tolerancia respecto a la línea cero (dimensión nominal). Por ejemplo, "H" significa que el límite inferior coincide con la nominal (agujero base), "h" es el análogo para ejes.
• Tipos de ajuste: con juego (holgado), incierto (transición) o con interferencia (aprieto), según la combinación de las posiciones de agujero y eje.

Ejemplo de designación: ⌀50H7 significa agujero con diámetro nominal 50 mm, posición H (límite inferior = nominal), grado IT7. La tolerancia para H7 en ⌀50 es +0,025/0 (según tablas). Un eje ⌀50g6 tiene límites -0,009/-0,025 (aproximadamente). Así, el ajuste H7/g6 es un ajuste con juego.

Implicaciones en montaje y funcionalidad

Una toler mal elegida puede provocar:

• Juego excesivo: vibraciones, desalineación, ruido.
• Interferencia indeseada: montaje imposible o daños por tensión.
• Costes elevados: tolerancias demasiado estrechas requieren procesos más caros (rectificado vs. torneado).

El diseñador debe equilibrar función y coste. Por ejemplo, en uniones atornilladas no críticas, se pueden usar tolerancias amplias (IT12), mientras que en guías lineales de precisión se requiere IT6 o mejor.

Regla de Oro: La tolerancia debe especificarse basándose en la función del componente, no en la capacidad de la máquina herramienta. El control metrológico posterior verificará el cumplimiento.