1. ENCAJE DE PIEZAS

1.1.Nociones fundamentales sobre el ajuste.

1.1.1. Medidas de ajuste.

Las piezas que con sus superficies de acoplamiento (superficies de ajuste) encajan dentro de otras (superficie exterior de una, superficie interior de otra) tienen que adaptarse entre sí.

El grado de adaptación (ajuste) queda fijado por la diferencia de cotas de las superficies de ajuste (figura 1a). Las cotas de las superficies de ajuste se llaman medidas de ajuste.

Figura 1. a) Encaje de dos piezas, b) Piezas encajadas, c) Piezas con superficies de ajuste cilíndricas, d) Piezas con ajuste plano, e) Piezas con ajuste cónico.

El espacio que queda entre las superficies de ajuste de las piezas acopladas se llama rendija de ajuste. Las superficies de las rendijas de ajuste o bien están comprimidas (fig. 1b), cuando la medida de ajuste exterior es mayor que la medida de ajuste interior, o se tocan con juego cuando la medida exterior es menor que la interior. En piezas con superficies de ajuste cilíndricas se habla de ajuste redondo (fig. 1c). Se designa con el nombre de ajuste plano aquel que se verifica entre pares de superficies de ajuste planas (Fig. 1 d). Ajuste cónico es el que se verifica entre superficies cónicas (fig. 1 e).

Pieza exterior es aquella cuya superficie de ajuste abraza a la contrapieza correspondiente. Pieza interior es aquella que es abrazada por la contrapieza.

En la fabricación en serie se construyen las piezas de ajuste que son iguales, de tal modo que puedan intercambiarse, mientras que en la fabricación aislada o individual, las piezas de ajuste, se ajustan una a una entre sí (fig 62.2 a y 62.2 b). En este caso no son intercambiables.

Figura 2. a) Piezas de ajuste fabricadas de modo intercambiable para ser emparejadas arbitrariamente, b) piezas fabricadas de modo que no son intercambiables para ser emparejadas mediante ajuste individual.

Las piezas de ajuste intercambiables se fabrican según medidas de ajuste de acuerdo con los límites prescritos. Para las medidas de ajuste de los distintos tipos de ajuste, los límites de medidas de las piezas están señalados de modo unificado mediante normas de ajuste.

1.1.2. Límites de medidas en los ajustes.

Las discrepancias de medidas deben permanecer en la fabricación de piezas, dentro de límites prescritos. Por esto es necesario dar en los planos datos inequívocos sobre las discrepancias admisibles. La cota del dibujo viene generalmente dada en milímetros completos y se designa como medida nominal.

Figura 3. Límites de medida para la fabricación de piezas de ajuste.

La limitación de la discrepancia de una medida viene dada mediante medidas límites o medidas de tolerancia. La medida máxima admisible no debe ser sobrepasada y de la mínima admisible no debe bajarse (fig. 3). Una medida real (porque la medida ha resultado así realmente en la fabricación) es utilizable o buena cuando se halla comprendida entre los límites exigidos.

Figura 4. Representación gráfica de los conceptos de límites. a) y b) De los límites de medidas. c) De la consignación en los dibujos.

Las medidas máxima y mínima se calculan partiendo de la medida nominal y las discrepancias de medida admitidas que vienen dadas por diferencias.

Ejemplo:

Medida nominal = 50 mm, discrepancia de medida hacia el lado mayor = 0,5 mm, discrepancia de medida hacia el lado menor = 0.5 mm. (fig. 4.b).

Uno de los modos de representar este límite de medidas es 50−0.5+0.5

El signo + se utiliza para las medidas que son mayores que la nominal y el signo - para aquellas medidas que son menores que la nominal.

La medida máxima todavía admisible se calcula, por lo tanto, mediante la suma 50+0.5 = 50.5 mm y la mínima por la diferencia 50-0,5 = 49,5 mm (Fig. 4.a).

Las siguientes medidas reales obtenidas por el constructor pueden considerarse como utilizables a partir de la máxima:

50.5 mm (medida máxima). 50.4, 50.3, 50.2, 50.1 (medidas utilizables). 50,0 (medida nominal). 49.9, 49.8, 49.7, 49.6 (medidas utilizables). 49.5 (medida mínima).

Los límites entre los cuales pueden hallarse comprendidas las medidas nominales se llaman límites de medida o tolerancias.

La magnitud de la tolerancia es la suma de las dos diferencias o discrepancias máximas: 0.5+0.5= 1 mm de tolerancia (Fig. 4.c).

Según sea la finura del ajuste pedido puede, mediante un escalonamiento más fino de las diferencias en centésimas o milésimas de milímetro, podrá obtenerse una mayor exactitud de ajuste de las piezas.

1.1.3. Magnitud y posición de la tolerancia para piezas ajustadas.

Figura 5. Desplazamiento de la posición de la tolerancia en las medidas límites.

La magnitud y la posición de la tolerancia determinan el tipo de ajuste de dos piezas. La magnitud de la tolerancia determina la medida de las discrepancias admisibles y la correspondiente posición de la tolerancia, además del tipo de ajuste que se desea.

La posición de la tolerancia puede desplazarse de la posición de simetría con relación a la medida nominal hacia el lado positivo o hacia el negativo (fig. 5).

Para obtener un determinado ajuste, se varía sólo en una de las piezas la posición del campo de tolerancia, mientras que en la otra pieza mantiene la tolerancia siempre su posición.

Ejemplo de ajuste (Fig 6.):

Figura 6. a) Representación gráfica de una posición de tolerancia elegida, b) Representación de la comparación de las posiciones de tolerancia de piezas que han de ajustar, c) Representación

gráfica de la tolerancia de ajuste para acoplar las piezas.

Para una pieza exterior dada, de medida nominal 50 mm y tolerancia igual a +0,05 se quiere colocar el campo de tolerancia de la pieza interior correspondiente de tal modo que se tenga un ajuste forzado.

Para ambas piezas se da la magnitud de la tolerancia igual a 0,05 mm. El ajuste pedido debe tenerse también para el caso límite en que la pieza interior mínima coincida con la máxima pieza exterior.

La máxima pieza exterior mide 50,05 (medida máxima).

La mínima pieza exterior mide (50,00 (medida mínima).

Para obtener un ajuste forzado tendrá que ser la mínima pieza interior mayor que la medida 50,05 de la pieza exterior. Si se toma por lo tanto como diferencia o discrepancia inferior de la pieza interior el valor + 0,07 mm = (0,07 + 0,05) (Fig 6.a).

En esta pieza el campo de tolerancia está alejado 0,07 del límite de la medida nominal cuya magnitud de tolerancia es 0,05. Las medidas de tolerancia de ambas piezas son:

Pieza interior = 50+0,07=50,07=medida mínima+0,12=50,12=medidamáxima

Pieza exterior = 500=50,00=medidamínima+0,05=50,05=medidamáxima

Para comprobación del problema de ajuste se forman los casos límite de emparejamiento a base de las medidas máximas y mínimas de las piezas. Esto produce los siguientes emparejamientos:

a. Máxima pieza interior con una pieza exterior mínima: 50,12 emparejada con 50,00 da una diferencia de medida de 0,12 mm, diferencia en la cual la pieza interior es mayor que l exterior.

b. Mínima pieza interior emparejada con la pieza exterior máxima = 50,07, emparejada con 50,05 da una diferencia de 0,02 mm en que la pieza interior es superior a la exterior (Fig. 6.c).

Con esto se deduce que en los casos límite de emparejamiento la pieza interior es siempre mayor que la exterior, en una cierta medida.

Si se calcula con las medidas medias que se hallan situadas entre la máxima y la mínima, se tiene:

Pieza interior = 50,095Pieza exterior = 50, 025 0,07 mm de diferencia de medidas.

Esta diferencia de medidas se designa como “aprieto”.

1.1.4. Símbolos para representar posición y magnitud de tolerancias.

El dato numérico de las discrepancias está sustituido en los ajustes normalizados mediante símbolos porque por medio de ellos queda más aclarada la posición de la tolerancia respecto a la línea cero. La línea cero es una línea de referencia que corresponde a la medida nominal. Pueden también apreciarse mejor con ello las distintas clases de ajuste. Otra ventaja es la facilidad de escritura.

Para la posición de tolerancia se utilizan como símbolos las letras del alfabeto.

Las piezas interiores se distinguen por el empleo de letras minúsculas y las exteriores, por el de letras mayúsculas.

Nótese que: Eje = letra minúscula, agujero = letra mayúscula.

Figura 7. Tolerancia fundamental de las calidades 1-16 (representación para el campo de medidas nominales 40-50 ɸ). Calidad: 5-12 para ajustes, calidad 1-5 para calibres, calidad 12-16 para las

tolerancias bastas de fabricación.

Figura 8. Ejemplo de designación de un ajuste y de su consignación en los dibujos.

1.1.5. Tolerancias fundamentales DIN 7151.

La magnitud de la tolerancia está fijada en escalones de calidad (1-16) mediante tolerancias fundamentales (Fig. 7). La magnitud de la tolerancia viene dada por el número del escalón de calidad. Ambos símbolos se añaden a la medida nominal de la pieza de ajuste. Por los símbolos se puede, sin más, conocer de qué caso de ajustes de piezas se trata (Fig. 8).

Piezas que hallan de ajustarse con asiento forzado tienen en la pieza interior diferencia positiva. Cuanto más fuerte haya de ser el ajuste, tanto mayor tendrá que ser la diferencia de medidas (aprieto) de las piezas.

El campo de tolerancia de una de las piezas del ajuste se extiende de acuerdo con esto más hacia el lado positivo. Aprieto es la diferencia de medida entre las superficies de ajuste de la pieza interior y las de la pieza exterior, siendo la primera pieza mayor que la segunda.

Se obtienen ajustes sueltos o flojos, mediante diferencia negativa de la pieza interior. La pieza interior es entonces siempre menor que la exterior que la rodea.

Se llama juego a la diferencia de medida entre las superficies de ajuste de la pieza exterior y las de la pieza interior, siendo la pieza exterior mayor que la interior.

Los ajustes de aprieto o forzados tienen por esto diferencias positivas para la pieza interior, mientras que para ajustes sueltos la pieza interior tiene diferencias negativas. Se han tomado estos dos casos de ajuste como punto de partida para la elección del símbolo.

Figura 9. Comparación de la posición de tolerancia del eje “a” y “z”

Figura 10. Posición de tolerancia del eje “h” (Diferencia superior = cero)

Figura 11. Orden de sucesión para los símbolos de las posiciones de tolerancia entre “a” y “z”.

Se designa con a (como letra inicial del alfabeto) la posición de tolerancia para la cual el campo de tolerancia está en el lado “menos” y en la posición más alejada de cero. Se designa con z (como la letra última del alfabeto) la pieza cuya posición de tolerancia está del lado positivo, la más alejada de cero (Fig. 9).

Una pieza designada con a es por lo tanto en la graduación de las piezas de ajuste para la misma medida nominal, la pieza más pequeña, mientras que la designada por z será la mayor de la serie de las piezas de ajuste.

Entre las piezas a y z se hallan piezas con distintas posiciones de tolerancia para los restantes casos de ajuste.

En el recorrido de este escalonamiento hay que hacer resaltar una pieza, cuyo campo de tolerancia tiene la diferencia superior dispuesta sobre la línea cero (diferencia superior = 0), Esta pieza lleva el símbolo h (Fig. 10).

Todas las piezas con símbolo comprendido entre a y h son por esta razón menores que la medida nominal, mientras que las piezas entre h y z son mayores que esa medida nominal (Fig. 11).

Ejemplo: Acoplar con ajuste correcto la tapa de un soporte y la parte inferior de este (Fig. 12).

En el soporte partido, la mitad superior se oprime contra la inferior mediante dos pares de superficies de ajuste planas manteniéndose con ello en posición correcta.

El par de superficies de ajuste de la tapa es la pieza interior que está dispuesta entre el par de superficies de la parte inferior del cojinete que constituye la pieza exterior. Las piezas de ajuste están mecanizadas de acuerdo con normas de ajuste.

Figura 12. a) ejemplo de ajuste: tapa de soporte y caja de soporte, b) plano de acoplamiento.

1.1.6. Tipos de soportes partidos.

Muchas veces son necesarios soportes partidos para el montaje de ejes (Fig. 13). En estos soportes se acopla la parte superior sobre la inferior mediante ajuste plano. Las superficies de ajuste tienen frecuentemente que soportar presiones laterales para descargar a los tornillos.

Figura 13. Soporte Vertical partido.

Figura 14. Ejemplos de ajuste. a) En el soporte vertical partido, b) en soporte de suspensión partido, c) en el soporte partido de un cojinete de bolas.

En estos soportes hay que ejecutar y acoplar primeramente el ajuste plano entre la parte superior y la inferior, con el objetivo de poder mecanizar el taladro del soporte ya acoplado. Procediendo de este modo en el mecanizado es como se consigue la posición correcta del taladro. El eje del taladro se halla situado entonces en el plano de división y es paralelo a las superficies del ajuste plano.

Con esto las piezas del soporte desmontadas vuelven a su correcta posición en el montaje. Según sea la finura del ajuste, así resultará la exactitud de posición de las piezas del soporte.

1.1.7. Medidas de ajuste de piezas.

Las medidas de ajuste para el ajuste plano de las piezas del soporte vienen dadas con H8/h8. La pieza interior = h8 se caracteriza con letras minúsculas y la exterior = H8 con mayúsculas.

Para la medida nominal 100, la magnitud de la tolerancia para la calidad 8, vale 0,054. Para la pieza interior (tapa de soporte) resultan para su medida de ajuste 100 h8 las siguientes diferencias:

Diferencia superior = 0,000 Diferencia inferior = -0,054 Medida máxima = 100 ± 0= 100,000 mm. Medida mínima = 100 – 0,54 = 99,946 mm.

La pieza exterior (parte inferior del soporte) tiene con la medida de ajuste 100 H8 las siguientes diferencias:

Diferencia superior = + 0,054 Diferencia inferior = ± 0 Medida máxima = 100 + 0,054 = 100,054 mm. Medida mínima = 100 ± 0 = 100, 000 mm.

Con las medidas máxima y mínima de las piezas se puede calcular el cuadro de ajustes de la figura 15.

Figura 15. Medidas del ajuste plano.

La pieza interior mayor emparejada con la pieza exterior más pequeña = 100,000 emparejada con 100,00 da una diferencia de medidas igual a 0,000 mm.La pieza interior y la exterior tienen las mismas medidas, de modo que no existe hueco libre alguno en la rendija de junta.

La pieza interior menor = 99,946 emparejada con la pieza exterior máxima 100,054 da una diferencia de medida de 0,108 mm en que la pieza interior es menor que la exterior (Fig. 16). Se tiene con esto como resultado un ajuste que se traduce en un ligero asiento de deslizamiento.

Figura 16. Tolerancia de ajuste de las piezas.

1.2.Verificación de las piezas de ajuste.

1.2.1. Medición de las medidas de ajuste con pálmeres o micrómetros.

Las medidas reales de las piezas pueden medirse con un pálmer o micrómetro.

Los micrómetros tienen unas exactitud de medida de 0,01 mm cuando se lee en el tambor graduado (paso del husillo de medida = 0,5 mm, tambor de medida = 50 divisiones).

Las medidas de verificación hay que redondearlas a las centésimas de milímetro: 100,054 = 100,05 99,946 = 99,95

Figura 17. Medición con micrómetro, medida límite = 99,946 redondeda a 99,95, las medidas utilizables están comprendidas entre 99,95 y 100,00

Figura 18. Medición con micrómetro para interiores.

Figura 19. Medición con micrómetro de arco para interiores.

El micrómetro para exteriores tiene superficies de medición planas y paralelas con las cuales toca las superficies a medir. Cuando se miden superficies paralelas, las superficies de medida del

micrómetro tienen que tocar completamente a las superficies de ajuste, con el objetivo de que aquellas adopten la posición conveniente sin ladearse (fig. 17).

La medida de ajuste de la pieza exterior se determina con el micrómetro de interiores (Fig 18). Este micrómetro se dispone con sus extremos entre las superficies a medir. La superficie fija se mantiene a tope y la móvil se desatornilla hasta que haga contacto.

Las superficies de medida son abombadas con objeto de poder medir con este micrómetro de interiores superficies cilíndricas. Para medir un par de superficies se hace oscilar el micrómetro hacia ambos lados alrededor del extremo fijo con objeto de encontrar la verdadera distancia o medida entre las dos superficies que hace pareja. En lugar de micrómetros de interiores se pueden usar también micrómetros para exteriores provistos de picos de medición como se ve en la figura 19.

1.2.2. Indicaciones para la medición con micrómetros.

a. Mantener las superficies de medida del instrumento y de la pieza bien limpias durante la medición.

b. Hacer la medición sin ladear el instrumento.c. Medir aplicando un esfuerzo correcto.d. Mantener alejados del instrumento y la pieza el calor de la mano o cualquiera otro calor

extraño.e. Cuando se trata de mediciones grandes manejar el instrumento con especial

meticulosidad.f. Usar el instrumento cuidadosamente y retirarlo del mismo modo.

1.3.Grupos y sistemas de ajuste.

Las superficies cilíndricas son fáciles de mecanizar y de verificar y pueden ajustarse y acoplarse bien.

Para las piezas ajustadas con asiento forzado es característico el apriete o prensado que se provoca entre las piezas. Se habla por esto también de ajuste prensado. La magnitud del prensado puede ser variable. Las piezas pueden, según el modo de ser ajustadas, ir montadas con asiento prensado, forzado y de arrastre.

En las piezas cuyas superficies de ajuste deben ser móviles la una respecto a la otra es necesario que la rendija de junta tenga una determinada anchura, llamada “juego”, llamándose al acoplamiento, ajuste de juego o también ajuste de piezas con asiento de juego.

Según la magnitud del juego se podrán emparejar piezas con movimiento ligero de una en otra, con movimiento de una en otra y con movimiento muy apretado de una en otra.

Situado entre los grupos de ajustes de apriete y los ajustes con juego se halla el grupo de los ajustes de transición. En éstos y según sea la coincidencia de las piezas de ajuste se presentan juego o apriete.

Tabla 1. Resumen de ajustes.