Rectitud versus planitud: diferencias de GD&T que importan en el taller

Aproximadamente cada semana, llega a nuestro escritorio un dibujo con dos leyendas que parecen casi intercambiables: una línea recta corta dibujada sobre un eje y un pequeño paralelogramo dibujado sobre una cara. La rectitud y la planitud son tolerancias de forma. Ninguno necesita una referencia de dato. Ambos generalmente se verifican con un indicador de cuadrante y una placa de superficie. Y, sin embargo, hacen preguntas completamente diferentes sobre una pieza.

Los ingenieros que son nuevos en GD&T a menudo nos preguntan cuál usar. La respuesta corta es que la rectitud controla una línea o un eje, mientras que la planitud controla una superficie completa. La respuesta más larga es de lo que trata el resto de este artículo.

Así es como explicamos los dos avisos a los clientes y cómo se manifiesta la diferencia en piezas reales.

Lo que realmente controla la rectitud

La rectitud es un control bidimensional. Aplicado a una superficie plana, dice que cada elemento de línea individual en esa superficie debe estar entre dos líneas paralelas separadas por el valor de tolerancia. Aplicado a una característica de tamaño, como el vástago de un perno, una clavija o un eje óptico, controla la línea media derivada y la zona de tolerancia se convierte en un cilindro cuyo diámetro es igual al valor de tolerancia.

Dos propiedades hacen que la rectitud sea inusual:

• No se requiere ningún dato. La zona de tolerancia tiene libertad para trasladarse y rotar hasta que capture la característica real lo más estrechamente posible, por lo que el inspector mide solo la forma, no la orientación o la ubicación.
• Funciona en una dirección a la vez. Una superficie que mide bien a lo largo de su longitud aún se puede arquear, ahuecar o torcer a lo ancho, y una indicación de rectitud tomada en una sola dirección no captará eso.

Una indicación de rectitud de 0,02 mm en el vástago de un eje significa que la línea media derivada debe encajar dentro de un cilindro de 0,02 mm de diámetro en toda la longitud de la característica. Si el dibujo agrega el modificador de condición máxima del material junto a la tolerancia, el error permitido aumenta a medida que el diámetro real se aleja de la condición máxima del material. Esa tolerancia adicional es lo que permite que un eje ligeramente más pequeño se doble un poco más y aun así pase la inspección.

Donde la rectitud realmente gana su lugar es en las características largas y delgadas que se deslizan, giran o alinean algo más: varillas guía, husillos, pasadores eyectores, vástagos de válvulas y núcleos de ejes dentro de pequeñas cajas de engranajes y mecanismos giratorios.

Lo que realmente significa planitud

La planitud toma la misma idea y la extiende por toda una superficie. La zona de tolerancia son dos planos paralelos separados por el valor de tolerancia, y cada punto de la superficie controlada debe ubicarse entre ellos. Al igual que la rectitud, la planitud no necesita referencia y los dos planos pueden inclinarse libremente hasta capturar la superficie lo más firmemente posible.

Esa libertad es la parte importante. A una llamada de planitud no le importa cómo está orientada la superficie en el espacio. Sólo le importa que la superficie en sí no esté arqueada, abombada ni ondulada. Una cara perfectamente plana situada a tres grados de la parte inferior de la pieza sigue siendo plana.

La rectitud y la planitud se relacionan entre sí. Una superficie plana es automáticamente recta en todas las direcciones en las que se puede trazar una línea a través de ella. Lo contrario no es cierto. Imagínese una hoja de papel enrollada suavemente alrededor de un cilindro grande. Cada línea que recorre el rollo es perfectamente recta, pero la hoja en su conjunto es curva. Una llamada de rectitud aceptaría esa hoja. Una llamada de planicidad lo rechazaría.

La planicidad también es la descripción más precisa cuando una cara tiene que sellar, deslizarse o quedar al ras contra otra cara bajo carga. Una arandela que se balancea sobre una carcasa o un asiento de válvula que no cierra uniformemente es un problema de planitud, no de rectitud.

Rectitud versus planitud: la diferencia en una mesa

La distinción entre línea y superficie produce algunas consecuencias prácticas que sorprenden a la gente:

1. La planitud implica rectitud en todas las direcciones. Si una cara es plana dentro de 0,05 mm, cualquier línea dibujada en ella también será recta dentro de 0,05 mm.
2. La rectitud en una dirección no dice nada sobre la dirección perpendicular. Una pieza puede pasar una verificación de rectitud unidireccional y aún oscilar sobre una placa de superficie.
3. La rectitud del eje y la rectitud de la superficie se comportan de manera diferente, aunque se les llame con el mismo nombre y se impriman con el mismo tipo de rótulo.
4. Ninguna llamada controla la textura de la superficie, la ondulación en otra escala o la orientación de la entidad con respecto a una referencia. En su lugar, necesitan notas de acabado superficial, perfil, paralelismo o perpendicularidad.

Dónde pertenece cada leyenda en un dibujo real

En la práctica, las dos leyendas tienden a ubicarse en diferentes rincones de una impresión.

La rectitud suele aparecer en

• Varillas guía, husillos y émbolos que deben discurrir fielmente en toda su longitud.
• Tacos, pasadores cónicos y pasadores de posicionamiento que fijan la posición de un accesorio o una placa.
• Núcleos de eje, ejes escalonados y ejes ópticos en pequeños conjuntos rotativos.
• Pernos largos y varillas roscadas donde al doblarse desalinearían la junta.

La planitud suele aparecer en

• Caras de sellado en cuerpos de válvulas, racores y componentes hidráulicos.
• Caras de arandelas, caras de apoyo de tuercas y caras de apoyo de cabeza de perno que distribuyen la carga de sujeción de manera uniforme.
• Caras de bridas, caras de extremo de engranajes, almohadillas de montaje y placas de cubierta que se atornillan y no deben tener fugas.
• Cualquier cara que se deslice contra otra cara, como una placa de desgaste o una cubierta deslizante.

Un tornillo de cabeza hueca hexagonal es un buen ejemplo de que ambas leyendas se encuentran en la misma pieza. El vástago puede tener una indicación de rectitud del eje para que no se atasque en un orificio de paso, mientras que la parte inferior de la cabeza puede tener una indicación de planitud para que la carga de sujeción se distribuya uniformemente en lugar de concentrarse en un borde.

Cómo medimos ambos en el taller

Ninguna tolerancia es difícil de controlar, pero ambas son fáciles de controlar mal.

Medición de rectitud

Para una línea en una superficie, la pieza se asienta sobre una placa de superficie y un indicador de cuadrante recorre la característica. La diferencia entre las lecturas más alta y más baja, tomada a lo largo de esa única línea, es el error de rectitud. Para un eje, la pieza se apoya en bloques en V o entre centros, se gira y se barre a lo largo de su longitud. La dirección de los puntos altos importa tanto como su tamaño, porque a lo que realmente se refiere la llamada es a la línea media derivada y no a la superficie que puedes tocar.

Medición de planitud

En una placa de superficie, un medidor o indicador de altura recorre una cuadrícula a lo largo de la cara, y la diferencia entre las lecturas más alta y más baja es el error de planitud. Para caras traslapadas o finas, una fuente de luz óptica plana y monocromática muestran bandas de interferencia que mapean la forma de la superficie en segundos. Para caras complejas o interrumpidas, un escaneo de cuadrícula CMM suele ser la ruta práctica.

Cualquiera que sea el método utilizado, tres cosas deciden si el número significa algo. Apoye la pieza tal como se asienta en el conjunto, porque el soporte de tres puntos evita el balanceo que infla cada lectura. Deje que la pieza y el calibre alcancen la misma temperatura, ya que una cara de acero de 100 mm crece aproximadamente 0,0012 mm por cada grado Celsius. Y limpie la superficie, porque una sola viruta en una placa de superficie mide fácilmente varios micrómetros de altura. Mantener esas variables bajo control es la mayor parte del trabajo de precisión dimensional, y lo cubrimos con más detalle en nuestra nota sobre Cómo mantenemos la precisión dimensional bajo control .

La tolerancia excesiva cuesta más que la tolerancia insuficiente

Si hay un hábito que rechazamos, es la leyenda de planitud o rectitud copiada de un dibujo anterior en una pieza que nunca la necesitó.

Ajustar la planitud de 0,05 mm a 0,01 mm en la cara de una arandela no solo cambia un número en una hoja de cálculo. Cambia el proceso. Esto significa lapeado o pulido fino, rectificado más frecuente de las ruedas, estaciones de inspección adicionales, clasificación y una mayor tasa de desechos. Lo mismo ocurre con la rectitud de un eje: una indicación de eje de 0,01 mm en un vástago de 200 mm normalmente convierte una operación de torneado en una operación de rectificado.

Algunas reglas generales que utilizamos cuando revisamos una impresión con un cliente:

• Pregunte qué hace realmente la función. Las caras de sellado, deslizamiento y ubicación obtienen una mención de planitud. Los rostros cosméticos rara vez lo hacen.
• Mantenga la tolerancia tan generosa como lo permita la función. Si el conjunto tolera una variación de 0,1 mm, una indicación de planitud de 0,05 mm ya es dos veces más estricta de lo necesario.
• Utilice rectitud para ejes y líneas, planitud para áreas. Mezclarlos es la razón más común por la que se rechaza una parte por algo que nunca importó.
• Recuerde que la planitud implica rectitud. Poner ambos en la misma cara suele ser redundante.

El trabajo personalizado es donde esta conversación más importa, porque cada sujetador no estándar o pieza mecanizada Comienza con un dibujo y una decisión sobre lo que realmente hay que controlar.

La rectitud y la planitud no son rótulos que compitan entre sí. Describen dos formas diferentes de error: una línea que se desvió y una superficie que abandonó su plano. Una vez que esa distinción es clara, las decisiones sobre los sorteos se vuelven más fáciles y la inspección se acorta, porque nadie tiene que discutir sobre qué zona de tolerancia se aplica.

Si una impresión que tiene en su escritorio parece ambigua o una tolerancia parece más estricta de lo que necesita el trabajo, envíela. Preferimos hablarlo antes de que vuelen los chips que clasificar las piezas después.