Tolerancia de ingeniería

La tolerancia de ingeniería es el límite o los límites de variación permitidos en:

1. una dimensión física ;
2. un valor medido o una propiedad física de un material, objeto manufacturado , sistema o servicio;
3. otros valores medidos (como temperatura, humedad, etc.);
4. en ingeniería y seguridad , una distancia o espacio físico (tolerancia), como en un camión , tren o barco debajo de un puente , así como un tren en un túnel (ver gálibo de estructura y gálibo de carga );
5. En ingeniería mecánica , el espacio entre un perno y una tuerca o un agujero, etc.

Las dimensiones, propiedades o condiciones pueden presentar cierta variación sin afectar significativamente el funcionamiento de sistemas, máquinas, estructuras, etc. Una variación que exceda la tolerancia (por ejemplo, una temperatura demasiado alta o demasiado baja) se considera no conforme, rechazada o que excede la tolerancia.

Una preocupación fundamental es determinar el grado de tolerancia permitido sin afectar otros factores ni el resultado del proceso. Esto se puede lograr mediante principios científicos, conocimientos de ingeniería y experiencia profesional. La investigación experimental resulta muy útil para analizar los efectos de las tolerancias: diseño de experimentos , evaluaciones de ingeniería formales, etc.

Un buen conjunto de tolerancias de ingeniería en una especificación no implica, por sí solo, que se cumplirán dichas tolerancias. La producción real de cualquier producto (o el funcionamiento de cualquier sistema) conlleva cierta variación inherente en la entrada y la salida. El error de medición y la incertidumbre estadística también están presentes en todas las mediciones. Con una distribución normal , las colas de los valores medidos pueden extenderse mucho más allá de más y menos tres desviaciones estándar con respecto al promedio del proceso. Partes apreciables de una (o ambas) colas podrían extenderse más allá de la tolerancia especificada.

La capacidad de procesamiento de los sistemas, materiales y productos debe ser compatible con las tolerancias de ingeniería especificadas. Es necesario contar con controles de proceso y un sistema de gestión de calidad eficaz , como la Gestión de Calidad Total (GCT) , para mantener la producción real dentro de las tolerancias deseadas. Se utiliza un índice de capacidad de proceso para indicar la relación entre las tolerancias y la producción real medida.

La elección de las tolerancias también se ve afectada por el plan de muestreo estadístico previsto y sus características, como el Nivel de Calidad Aceptable. Esto plantea la cuestión de si las tolerancias deben ser extremadamente estrictas (alta confianza en una conformidad del 100 %) o si, en ocasiones, puede ser aceptable un pequeño porcentaje de desviaciones.

Genichi Taguchi y otros han sugerido que la tolerancia tradicional de dos lados es análoga a las porterías en un partido de fútbol : implica que todos los datos dentro de esas tolerancias son igualmente aceptables. La alternativa es que el mejor producto tenga una medición que se ajuste con precisión al valor objetivo. Existe una pérdida creciente que es función de la desviación o variabilidad respecto al valor objetivo de cualquier parámetro de diseño. Cuanto mayor sea la desviación respecto al valor objetivo, mayor será la pérdida. Esto se describe como la función de pérdida de Taguchi o función de pérdida de calidad , y es el principio clave de un sistema alternativo llamado tolerancia inercial .

El trabajo de investigación y desarrollo realizado por M. Pillet y sus colegas ^{[ 1 ]} en la Universidad de Savoy ha dado como resultado la adopción específica por parte de la industria. ^{[ 2 ]} Recientemente, la publicación de la norma francesa NFX 04-008 ha permitido una mayor consideración por parte de la comunidad manufacturera.

La tolerancia dimensional está relacionada con el ajuste en ingeniería mecánica, pero es diferente. El ajuste es la holgura o interferencia prevista entre dos piezas. Las tolerancias se asignan a las piezas con fines de fabricación, como límites para una construcción aceptable. Ninguna máquina puede mantener las dimensiones con precisión al valor nominal, por lo que debe haber grados de variación aceptables. Si una pieza se fabrica, pero tiene dimensiones fuera de tolerancia, no es una pieza utilizable según la intención del diseño. Las tolerancias se pueden aplicar a cualquier dimensión. Los términos comúnmente utilizados son:

Tamaño básico

El diámetro nominal del eje (o perno) y del orificio. En general, este es el mismo para ambos componentes.

Desviación inferior

La diferencia entre el tamaño mínimo posible del componente y el tamaño básico.

Desviación superior

La diferencia entre el tamaño máximo posible del componente y el tamaño básico.

Desviación fundamental

La diferencia mínima de tamaño entre un componente y el tamaño básico.

Esto es idéntico a la desviación superior para ejes y la desviación inferior para agujeros. ^{[ 3 ]} Si la desviación fundamental es mayor que cero, el perno siempre será más pequeño que el tamaño básico y el agujero siempre será más ancho. La desviación fundamental es una forma de holgura , no de tolerancia.

Grado de tolerancia internacional

Se trata de una medida estandarizada de la diferencia máxima de tamaño entre el componente y el tamaño básico (véase más abajo).

Por ejemplo, si un eje con un diámetro nominal de 10 mm debe tener un ajuste deslizante dentro de un orificio, el eje podría especificarse con un rango de tolerancia de 9,964 a 10 mm (es decir, una desviación fundamental cero, pero una desviación inferior de 0,036 mm) y el orificio podría especificarse con un rango de tolerancia de 10,04 mm a 10,076 mm ( desviación fundamental de 0,04 mm y desviación superior de 0,076 mm). Esto proporcionaría un ajuste de holgura de entre 0,04 mm (eje más grande acoplado con el orificio más pequeño, denominado Condición de Máxima Material - MMC) y 0,112 mm (eje más pequeño acoplado con el orificio más grande, Condición de Mínima Material - LMC). En este caso, el tamaño del rango de tolerancia para el eje y el orificio se elige igual (0,036 mm), lo que significa que ambos componentes tienen el mismo grado de tolerancia internacional, pero esto no tiene por qué ser así en general.          

Cuando no se proporcionan otras tolerancias, la industria del mecanizado utiliza las siguientes tolerancias estándar : ^{[ 4 ] [ 5 ]}

Una especificación eléctrica podría requerir una resistencia con un valor nominal de 100 Ω ( ohmios ), pero también indicará una tolerancia como "±1 %". Esto significa que cualquier resistencia con un valor entre 99 y 101  Ω es aceptable. Para componentes críticos, se podría especificar que la resistencia real debe mantenerse dentro de la tolerancia en un rango de temperatura determinado, durante una vida útil específica, etc.

Muchos resistores y capacitores estándar disponibles comercialmente, así como algunos inductores pequeños , suelen estar marcados con bandas de color para indicar su valor y tolerancia. Los componentes de alta precisión con valores no estándar pueden tener información numérica impresa.

Una tolerancia baja significa que el componente puede presentar una pequeña desviación respecto al valor nominal cuando es nuevo, en condiciones normales de funcionamiento y a temperatura ambiente. Una tolerancia alta implica que el componente tendrá un rango más amplio de valores posibles.

Los términos suelen confundirse, pero a veces se mantiene una diferencia. Véase Asignación (ingeniería) §  Confusión entre los conceptos de ingeniería de asignación y tolerancia .

En ingeniería civil , la holgura se refiere a la diferencia entre el gálibo de carga y el gálibo estructural en el caso de vagones de ferrocarril o tranvías , o la diferencia entre el tamaño de cualquier vehículo y el ancho/alto de las puertas, el ancho/alto de un paso elevado o el diámetro de un túnel , así como la altura libre bajo un puente , el ancho de una esclusa o el diámetro de un túnel en el caso de embarcaciones . Además, existe la diferencia entre el calado profundo y el lecho del río o del mar de una vía fluvial .

• Pyzdek, T., "Manual de ingeniería de calidad", 2003, ISBN 0-8247-4614-7
• Godfrey, AB, "Manual de calidad de Juran", 1999, ISBN 0-0703-4003-X
• Norma ASTM D4356: Práctica estándar para establecer tolerancias consistentes en los métodos de ensayo.

• Límites y ajustes de diseño de ingeniería de tolerancias
• Cálculo en línea de ajustes
• Índice de páginas sobre tolerancias/límites de agujeros y ejes ISO