Tolerancia de planitud en grandes conjuntos soldados mecanizados: qué especificar
La planitud es la característica que con más frecuencia se sobreespecifica en un plano de estructura pesada. También es una de las más caras, porque apretarla no añade un poco de costo: añade una pasada de acabado, un segundo alivio de tensiones, otra máquina, o las tres cosas.
Aquí se explica qué significa la tolerancia, qué es realmente alcanzable y cómo escribir una que le dé lo que necesita.
Qué es realmente la planitud
La planitud es una tolerancia de forma. Define una zona entre dos planos paralelos, y toda la superficie debe quedar dentro. No dice nada sobre la orientación ni la posición respecto a otra cosa: una superficie puede ser perfectamente plana y estar muy inclinada, y aun así cumplir.
Esa distinción importa, porque lo que a menudo se quiere no es planitud sino paralelismo entre dos planos de montaje, o coplanaridad entre varios apoyos separados. Especificar planitud cuando se quiere coplanaridad es una confusión común y cara: cuatro apoyos pueden ser cada uno perfectamente plano y aun así estar en cuatro planos distintos.
Si lo que importa es que cuatro patas apoyen en un mismo plano, escriba coplanaridad o use una indicación de perfil de superficie respecto a una referencia. Su fabricante se lo agradecerá y su cotización será menor.
Cifras realistas
Cifras redondeadas de la práctica en conjuntos soldados de acero al carbono:
| Condición | Planitud típica | Notas |
|---|---|---|
| En bruto de soldadura, sin alivio | 0.3–0.8 mm por 300 mm | Muy variable según la disposición de las uniones |
| En bruto de soldadura, con alivio de tensiones | 0.3–0.5 mm por 300 mm | Más constante, no más ajustada |
| Mecanizada, estándar | 0.05 mm/m | El valor habitual por defecto |
| Mecanizada, ajustada | 0.02 mm/m | Requiere una buena máquina y un segundo alivio |
| Mecanizada, precisión | Menos de 0.02 mm/m | Trabajo especializado, con temperatura controlada, caro |
Dos cosas a notar. Primero, el alivio de tensiones no mejora mucho la planitud en bruto de soldadura: hace que el mecanizado posterior se mantenga. Segundo, el paso de 0.05 a 0.02 mm/m no es un aumento de costo de 2.5×; es un cambio de proceso.
La tolerancia debe escalar con el tamaño
Una regla práctica: la planitud alcanzable escala aproximadamente con la raíz cuadrada de la dimensión característica. Si duplica la longitud de una superficie, debe esperar permitir unas 1.4× la tolerancia para la misma dificultad de fabricación.
Una planitud de 0.05 mm en un apoyo de 300 mm es rutina. Los mismos 0.05 mm a lo largo de 3 m son un problema de otro orden: el error propio de las guías de la máquina, el crecimiento térmico de la pieza durante el corte y la forma de soportarla pasan a ser dominantes.
Por eso la planitud suele especificarse por unidad de longitud (0.05 mm/m) y no como una sola cifra total. Si escribe un único valor total sobre una superficie larga, compruebe qué implica por metro antes de liberar el plano.
La secuencia que hace alcanzable la tolerancia
La planitud se compra en el proceso, no en el banco de inspección:
- Diseñar para la simetría. Una disposición de soldaduras equilibrada respecto al eje neutro se mueve mucho menos que una soldada por un solo lado. Véase el control de la distorsión por soldadura en chapa gruesa.
- Aliviar tensiones antes de mecanizar. Innegociable si quiere que la superficie se quede en su sitio, el alivio de tensiones en bancadas soldadas.
- Desbastar, aliviar de nuevo si es grueso y luego acabar. Quitar mucho metal libera tensiones. En secciones gruesas, un segundo alivio entre pasadas es lo que sostiene las cifras más ajustadas.
- Apoyar la pieza como se apoyará en servicio. Un bastidor de 4 m sujeto rígidamente a la mesa de una máquina puede mecanizarse perfectamente plano y recuperar forma al soltarlo. Los buenos talleres mecanizan sobre un apoyo de tres puntos que imita la cimentación.
- Dejar que alcance la temperatura. Una pieza traída de un patio frío y cortada de inmediato crecerá durante la operación.
Medirla, y acordar cómo
Una tolerancia cuya medición no se puede acordar no es una tolerancia. En superficies grandes, el método cambia el número:
- Regla y galga de espesores: rápido, tosco, válido para comprobaciones en bruto de soldadura
- Nivel de precisión y barrido: tradicional, bueno en guías de máquina, lento
- Láser tracker: la opción práctica por defecto para estructuras grandes; precisión típica de decenas de micras a lo largo de metros
- MMC de gran formato: la más precisa, limitada por el tamaño de la máquina, normalmente subcontratada
Especifique el método, el número de puntos y la condición de apoyo. «Planitud 0.05 mm/m, medida con láser tracker sobre apoyo de tres puntos, mínimo 25 puntos» es una tolerancia. «Tiene que ser plano» es una conversación. Más sobre los instrumentos en inspección dimensional de grandes estructuras.
La temperatura forma parte de la especificación
El acero se dilata aproximadamente 12 µm por metro y por °C. En una superficie de 4 m, una diferencia de 10 °C entre el suelo del taller y su planta supone unos 0.5 mm de cambio de longitud, y si la pieza se calienta de forma desigual, parte de eso aparece como error de forma.
Para cualquier cosa más ajustada que 0.05 mm/m, indique la temperatura de inspección (20 °C es la referencia habitual) y deje tiempo de estabilización. Sin eso, usted y el taller pueden medir la misma pieza el mismo día y discrepar.
Cuatro preguntas antes de liberar el plano
- ¿Quiero decir planitud, coplanaridad o paralelismo? Tienen costos distintos.
- ¿Esta superficie necesita mecanizarse? Una superficie granallada y rectificada es mucho más barata y a menudo basta para un montaje no crítico.
- ¿Puedo calzar en su lugar? Prever un paquete de calzos de 3 mm en el diseño es gratis. Mecanizar un segundo plano no lo es.
- ¿Qué cifra dio el cálculo? No la cifra del último plano. Las tolerancias heredadas son la fuente más común de costo de mecanizado evitable, véase qué determina el costo de las estructuras pesadas y los skids.
¿Tiene una estructura con una indicación de planitud de la que no está seguro si es realista o asequible? Envíe el plano y le diremos qué implica en términos de proceso, dentro de 24 horas hábiles.