Quizás ya lo hayas visto. El producto luce excelente en el archivo CAD, pero las piezas reales parecen chatarra. Esto se debe a que los plásticos tienen vida propia: se contraen, se relajan y se deforman. Los ingenieros que comprenden las tolerancias del moldeo por inyección pueden anticipar estos cambios y diseñar teniendo en cuenta su comportamiento.
La tolerancia es el lenguaje de la fabricación de precisión. No es una sugerencia. Cada decimal en un plano es una promesa que debe cumplirse durante un millón de ciclos y a lo largo de la vida útil de la pieza.
¿Qué son las tolerancias de moldeo por inyección?
La tolerancia de moldeo por inyección es la desviación aceptable de las dimensiones de una pieza. Se trata de un valor positivo o negativo que suele medirse en milímetros o pulgadas.
Por ejemplo, cuando un archivo CAD requiere un diámetro de 100 mm, una tolerancia de 0.05 mm nos indica si, con un diámetro de 100.05 mm o de 99.95 mm, la pieza seguirá encajando y funcionando correctamente.
Las tolerancias pueden ser estrictas o de alta precisión. En general, una tolerancia estricta es de aproximadamente ±0.05 mm. Esto es aceptable para el acoplamiento de elementos.
La tolerancia de alta precisión es de aproximadamente más o menos 0.025 mm. Este es un requisito para componentes aeroespaciales o médicos de importancia crítica.
Las tolerancias deben tener en cuenta:
- Variaciones en los lotes de material
- Cambios en las temperaturas del agua de refrigeración
- Desgaste de herramientas en las líneas de separación
Ningún proceso de fabricación es perfecto. Las dimensiones de una pieza siempre variarán, naturalmente, respecto al diseño original.
Cuanto más estricta sea la tolerancia, mayor será el coste de fabricación. Cuanto más amplia sea la tolerancia, menos fiable será el rendimiento de la pieza.
El objetivo del control de tolerancias en el moldeo por inyección es establecer los límites dimensionales más amplios posibles dentro de los cuales una pieza pueda funcionar con una eficiencia del 100 % y fabricarse rápidamente.
¿Por qué es tan importante la tolerancia?
El control de tolerancias garantiza que las piezas funcionen según lo previsto. En aplicaciones reales, las tolerancias afectan directamente a la seguridad, la eficiencia operativa y el coste total de propiedad.
Si un componente quirúrgico se desvía incluso unas décimas de milímetro, el procedimiento médico podría fracasar, poniendo en riesgo la vida del paciente. Si un clip de automóvil está demasiado flojo, podría provocar un cortocircuito eléctrico perjudicial.
Las fallas mecánicas frecuentes debidas a piezas mal ajustadas provocan costosos tiempos de inactividad y aumentan los costos de mantenimiento.
Cuando una pieza se fabrica con las tolerancias adecuadas, su rendimiento es mejor, dura más y su producción resulta más económica.
Tolerancias típicas para piezas moldeadas por inyección
| Sector industrial | Piezas de ejemplo | Tolerancia típica (mm) |
| Médical Scientific | Válvulas quirúrgicas y herramientas de dosificación | ± 0.01 – 0.05 |
| Electrónica | Microconectores y bandejas para tarjetas SIM | ± 0.02 – 0.05 |
| Aeroespacial | Carcasas y juntas de aviónica | ± 0.020 – 0.050 |
| Cosméticos | Mecanismos giratorios de lápiz labial | ± 0.030 – 0.080 |
| Motorium | Inyectores de combustible y sensores | ± 0.050 – 0.100 |
| Industrial | Engranajes y cojinetes de alta carga | ± 0.080 – 0.125 |
| Embalaje | Tapones de botella a prueba de fugas | ± 0.100 – 0.150 |
| Tecnología del consumidor | Fundas para teléfonos y carcasas para portátiles | ± 0.125 – 0.200 |
| Juguetes | Bloques de construcción y figuras de acción | ± 0.10 – 0.5 |
| Artículos para el hogar | Contenedores de almacenamiento y cestas para la ropa | ± 0.5 mm o más |
Por qué lo ajustado no siempre es mejor
Existe una idea errónea común en cuanto a las tolerancias. Se suele pensar que "al solicitar las tolerancias de moldeo por inyección más estrictas, podemos garantizar excelentes resultados en el producto".
Eso es como poner la cola en el camino del perro. No especifique una tolerancia más estricta que la dilatación o contracción térmica de la resina. Si lo hace, la pieza se desajustará con cada cambio de temperatura.
La tolerancia óptima se basa en la libertad mecánica. Su geometría intuitiva permite un amplio rango de expansión y contracción, garantizando al mismo tiempo un rendimiento superior y una fiabilidad óptima en diversas condiciones de uso.
Tipos de tolerancias de moldeo por inyección
Tolerancias dimensionales
La tolerancia dimensional es la variación aceptable en la longitud, el ancho y el diámetro de la pieza que aún permite un funcionamiento óptimo.
Las dimensiones geométricas y las tolerancias permiten a los fabricantes controlar la deformación, la alineación y la redondez de las piezas diseñadas para encajar y funcionar en espacios 3D.
El plástico no se expande ni se contrae de manera uniforme, y por eso los diseñadores e ingenieros asignan diferentes tolerancias a los ejes X, Y y Z de las piezas mediante simulaciones de flujo de molde.
Las tolerancias dimensionales incluyen tolerancias comerciales y finas según lo estipulado por las normas ISO 20457 y DIN 12020-2 [1].
En ambos casos, la tolerancia permitida aumenta a medida que aumenta la dimensión nominal de la pieza.
| Grupo de Tolerancia Dimensional | Rangos de tolerancia (mm) | Aplicaciones de ejemplo |
| TG3 | 0.03- 0.15 | Microelectrónica, aeroespacial |
| TG4 | 0.04 – 0.20 | Sector médico, aeroespacial y electrónica de alta gama. |
| TG6 | 0.07- 0.57 | Artículos para el hogar, productos de consumo, embalajes, molduras para automóviles |
| TG9 | 0.50 – 1.50 | Industria pesada, construcción |
Las tolerancias dimensionales comerciales habituales en las aplicaciones de bienes de consumo tienen un rango estándar de más o menos 0.07–0.57 mm. Este rango se encuentra dentro de la norma TG6.
En el caso de tolerancias dimensionales precisas, requeridas en ensamblajes mecánicos complejos donde las piezas deben encajar a presión, el rango se sitúa entre 0.03 y 0.20 mm (TG4).
Tolerancias de rectitud y planitud
Las tolerancias de rectitud y planitud rigen la forma exterior de las piezas.
Cuando llevas el tiempo suficiente en este negocio, entiendes que la contracción diferencial es una parte inevitable del moldeo por inyección de plástico . La parte exterior de la pieza suele enfriarse más rápido que el núcleo, y a medida que este se enfría, ejerce presión sobre la superficie, provocando irregularidades en la planitud.
Sin embargo, una planitud uniforme es un requisito indispensable para la integridad del sellado, lo que evita fugas y garantiza un montaje fiable. Por lo tanto, se requiere una tolerancia precisa de rectitud y planitud.
Los rangos de rectitud y planitud permitidos están regidos por la longitud de la pieza, como se detalla en las normas ISO 1101 e ISO 20457 [2].
La variación admisible en rectitud y planitud aumenta a medida que aumenta la longitud de la superficie.
| Grupo de tolerancia de planitud/rectitud | Rango de tolerancia (mm) | Aplicaciones de ejemplo |
|---|---|---|
| TG3 | ± 0.05 – 0.10 | Aeroespacial, médico |
| TG4 | ± 0.20 – 0.40 | Automoción, electrónica |
| TG5 | ± 0.50 – 1.00 | Juguetes, envases de productos de consumo |
Tolerancias de diámetro y profundidad de los agujeros
Estas tolerancias controlan el tamaño y la profundidad de los orificios en una pieza moldeada y rigen la forma en que la pieza interactúa con los sujetadores, pasadores y canales de fluidos.
Las tolerancias de diámetro y profundidad oscilan entre ± 0.03 y 0.1 mm, dependiendo del tamaño nominal de la pieza.
Estas dimensiones también se rigen por la norma ISO 20457, pero son más difíciles de mantener debido a la forma en que el plástico fluye alrededor de un pasador central.
Si la temperatura fluctúa, las líneas de soldadura forman una zona plana. El plástico debe unirse correctamente para que el orificio se mantenga dentro de los límites de tolerancia.
Tolerancias de concentricidad y ovalidad
Al fabricar una tubería con pared interior y exterior, es fundamental que el espesor de la pared sea uniforme en toda su circunferencia. Esto se conoce como concentricidad, y estas tolerancias ayudan a minimizar las desviaciones.
La ovalidad se refiere a la perfección de la forma redonda de la pieza. Por ejemplo, si la tapa de una botella de plástico es demasiado ovalada, no encajará correctamente. Las tolerancias de ovalidad buscan mejorar la uniformidad del radio evitando irregularidades durante el enfriamiento.
| Tipo de tolerancia | Grupo de Tolerancia (ISO 20457) | Tolerancia típica | Aplicaciones de ejemplo |
| Circularidad (Ovalidad) | TG4 | ±0.03 mm | Impulsores de alta velocidad o álabes de turbina. |
| TG6 | ±0.15 mm | Un tapón de botella de plástico o un conector de tubo estándar | |
| Concentricidad | TG4 | ±0.05 mm | Jeringas médicas de doble dosis o conjuntos de engranajes. |
| TG6 | ±0.20 mm | Compartimentos para pilas o simples cuerpos de bolígrafo. |
Tolerancias y acumulación de tolerancias
Puede que sea más fácil lograr y mantener tolerancias individuales en el moldeo por inyección. Pero el verdadero desafío comienza cuando varias piezas se ensamblan.
Pequeñas desviaciones aceptables pueden acumularse y convertirse en grandes errores inaceptables. Esto se conoce como acumulación de tolerancias y es una de las principales causas de fallos en los productos.
¿La solución? Realizar un análisis riguroso de acumulación de tolerancias, ya sea en el peor de los casos o mediante análisis estadístico, antes de la fabricación de las herramientas. Estos análisis de escenarios revelan las tolerancias óptimas para cada pieza, necesarias para prevenir fallos relacionados con la acumulación de tolerancias.
Las normas ASME Y14.5 e ISO 1101 [3] exigen que la tolerancia de apilamiento tenga en cuenta tanto las variaciones dimensionales como geométricas (de forma/posición).
Factores que afectan las tolerancias de moldeo por inyección
| Factor | Cómo afecta a la tolerancia | |
| Diseño de la Pieza | espesor de pared | Las paredes uniformes dan como resultado tolerancias estables. |
| Ángulos de salida: | Los ángulos de desmoldeo amplios eliminan el riesgo de deformación de la superficie de la pieza durante la eyección. | |
| Complejidad de la pieza | Las piezas complejas son más difíciles de tolerar debido a los puntos muertos. | |
| Selección de Materiales | Cristalino vs. amorfo | Es más difícil mantener la tolerancia con los plásticos cristalinos (como el nailon) porque se encogen mucho más que los plásticos amorfos (como el ABS). |
| Tasas de contracción de plásticos cristalinos (%) | PEEK 1.2 – 1.5 POM (Acetal) 1.8 – 3.5 PA 66 (Nylon 6/6) 0.7 – 3.0 PP 1.0 – 3.0 HDPE 1.5 – 4.0 | |
| Tasas de contracción de plásticos amorfos (%) | PC 0.5 – 0.8 ABS 0.4 – 1.6 PMMA 0.1- 1.0 PS 0.1 – 0.8 PVC 0.1 – 0.6 | |
| Deformación: | Las diferentes zonas de una pieza se contraen a velocidades diferentes. | |
| Expansión térmica | Los plásticos se expanden y contraen cuando fluctúa la temperatura de procesamiento o de funcionamiento, lo que modifica las tolerancias. | |
| Consideraciones de Herramental | Calidad de las herramientas | Una herramienta de Clase 101 ofrece mayor estabilidad térmica. |
| Precisión de herramientas | Los moldes deben mecanizarse con tolerancias más estrictas que las piezas reales. | |
| Discrepancias en la línea de separación | Puede producirse una ligera desalineación en el punto donde se unen las dos mitades del molde. | |
| Control del Proceso | Mantener los parámetros de inyección | Separe la presión de empaquetado de la presión de llenado para minimizar el estiramiento. Mantenga una temperatura de fusión y una temperatura de enfriamiento estables para lograr consistencia dimensional. |
| Interacción entre múltiples componentes y tolerancias | Si tienes dos o más piezas que encajan entre sí, las tolerancias individuales se multiplican. |
Notas importantes
1. Utilice un espesor de pared uniforme. Si un lado de la pieza mide 3 mm y el otro 5 mm, el resultado de la tolerancia será desfavorable.
2. Utilice un ángulo de desmoldeo de 1 a 3 grados (dependiendo del acabado de la superficie) para lograr superficies de piezas sin juntas.
3. Tras la eyección, debe esperar 24 horas antes de medir la tolerancia de la pieza. El plástico libera la tensión a la que se sometió durante el moldeo mediante contracción o deformación.
4. Utilice un diseño con margen de seguridad para el acero para lograr tolerancias precisas. Deje un poco de metal adicional en las cavidades del molde. Si la pieza resulta demasiado pequeña, puede eliminar el exceso de acero mediante rectificado.
5. En cualquier ensamblaje, se busca que todas las piezas estén hechas de los mismos grupos de materiales para que se expandan y contraigan al mismo ritmo.
6. Para el moldeo por inserción o el sobremoldeo, utilice tolerancias extremadamente ajustadas para la primera pieza para que la segunda pieza no presente rebabas.
Normas y reglas internacionales de tolerancia
ISO 20457:2018
La norma ISO 20457:2018 es la norma de tolerancia más reciente, que sustituyó a las normas DIN 16901 y DIN 16742.
La norma ISO 20457:2018 agrupa la precisión de la producción en grupos de tolerancia.
Los grupos de tolerancia de la norma ISO 20457:2018 que se aplican específicamente al moldeo por inyección incluyen:
- TG1 a TG3 para piezas de extrema precisión
- TG4 para piezas de alta precisión
- TG5 es la base (estándar) de las aplicaciones de precisión.
- TG6 (para piezas gruesas) donde se aceptan tolerancias amplias.
- TG7 a TG9 (para piezas muy gruesas) donde la tasa de contracción es alta o impredecible.
Para obtener más detalles, consulte nuestras tablas iniciales en “Tipos de tolerancias de moldeo por inyección”.
DIN 16901
La norma DIN 16901 ha sido retirada. Sin embargo, sigue siendo una norma alemana de referencia que se centra en las tolerancias generales. Esta norma proporciona una forma muy sencilla de asignar materiales a categorías de tolerancia específicas, conocidas como series.
La serie 3 es para aplicaciones de tolerancia de ultraprecisión, la serie 2 es para precisión, mientras que la serie 1 es para tolerancias comerciales estándar. Esta norma utiliza un segundo desglose que proporciona las desviaciones numéricas permisibles reales en mm y rangos nominales [4].
| Rango nominal (mm) (de tamaños de piezas) | Tipo A (± mm) | Tipo B (± mm) |
| 0 – 1 | 0.18 | 0.08 |
| 1 – 3 | 0.19 | 0.09 |
| 3 – 6 | 0.20 | 0.10 |
| 30 – 40 | 0.30 | 0.20 |
| 90 – 120 | 0.51 | 0.41 |
| 315 – 400 | 1.30 | 1.20 |
Las variaciones de tipo B se aplican a las piezas de la mitad única del bloque de acero, mientras que las variaciones de tipo A se aplican a las piezas móviles del molde.
ISO 8062,
La norma ISO 8062-1:2007 define los términos que deben utilizarse para el cálculo de tolerancias, concretamente las especificaciones geométricas del producto en cuanto a planitud y redondez de las piezas.
La norma ISO 8062-3:2007 enumera las tolerancias dimensionales (DCTG) y geométricas (GCT) necesarias para las piezas moldeadas.
Según esta norma, las tolerancias de moldeo por inyección varían desde DCTG 4 hasta DCTG 8 para una precisión estándar.
Las tolerancias de alta precisión para componentes críticos abarcan desde DCTG 1 hasta DCTG 3. Estos rangos están influenciados por la tasa de contracción de cada material.
Métodos y herramientas para la medición de tolerancias
Las tolerancias de moldeo por inyección se miden utilizando máquinas de medición por coordenadas (CMM) y comparadores ópticos.
Una máquina de medición por coordenadas (CMM) utiliza una sonda para mapear la superficie de la pieza en 3D con una precisión submicrométrica.
Estos métodos también pueden combinarse con sistemas de visión automatizada. Estos sistemas fotografían las piezas a medida que salen del molde y transmiten las imágenes a soluciones de aprendizaje automático e inteligencia artificial que comprueban y verifican las dimensiones al instante.
Mejores prácticas para lograr tolerancias estrictas en el moldeo por inyección
Diseño para Manufactura (DFM):
Comience a definir las tolerancias en la etapa inicial del diseño. Una conversación de 20 minutos sobre tolerancias durante el DFM puede ahorrarle decenas de miles de dólares en modificaciones de piezas posteriormente.
El objetivo principal del DFM en materia de tolerancias es encontrar la variación óptima en la que la pieza sea lo más holgada posible para una producción rápida y rentable, y a la vez lo más ajustada posible para un ajuste y rendimiento fiables.
Durante el DFM, esto se hace mediante:
- Optimización de la uniformidad del espesor de la pared
- Elegir resinas que ofrezcan mayor estabilidad dimensional
- Utilizar la colocación de las compuertas y las líneas de separación para minimizar las líneas de soldadura y asegurar un llenado uniforme de la cavidad.
- Relajación de las dimensiones no críticas a tolerancias estándar.
EzraMade
Diseño para moldeo por inyección: una guía práctica de DFM
Comprender el medio ambiente
Al definir las tolerancias, tenga en cuenta el entorno de uso de la pieza. El plástico tiene un alto coeficiente de dilatación térmica, por lo que su pieza podría ensamblarse perfectamente en un laboratorio a 60 °C, pero fallar en un almacén a 110 °C.
- Aplique siempre el coeficiente de dilatación térmica del material a la acumulación de tolerancias.
- Si va a trabajar con resinas que absorben humedad, como el nailon, utilice un molde de mayor tamaño.
- Simule y anticipe cómo los rayos UV, los productos químicos y los agentes de limpieza pueden afectar la rectitud, planitud o redondez dimensional de la pieza.
Análisis de flujo de molde
Esta es la parte previa al corte del acero. El análisis del flujo del molde utiliza un software que permite visualizar cómo el plástico llenará el molde y dónde pueden aparecer líneas de soldadura, deformaciones u otros problemas.
Utilice el análisis de flujo de molde para ajustar las tolerancias en el mundo virtual antes de gastar un solo centavo en acero real:
- Cambiar la ubicación de la puerta
- Ajuste la ubicación del canal de refrigeración
- Dimensiones de la cavidad del molde del interruptor
- Añade rejillas de ventilación donde parezca que se comprime el aire.
Automatización
El uso de la robótica elimina el error humano, de modo que cada ciclo es idéntico. Esto genera una consistencia extrema para márgenes de tolerancia muy ajustados en industrias críticas como la médica y la aeroespacial.
La robótica puede implementarse en el control de procesos de circuito cerrado para ajustar automáticamente la presión y la temperatura según los límites de tolerancia establecidos. También puede ser útil para la extracción precisa de piezas y la inspección visual integrada.
Mantenimiento programado y controles de calidad
Mantener el molde y la máquina en buen estado evita la desviación de las tolerancias. Limpie manualmente la cavidad del molde y elimine los residuos de resina de las ventilaciones para evitar la acumulación de presión de respaldo.
Sustituya periódicamente las juntas y las juntas tóricas para evitar caídas de presión y picos de temperatura, que perjudican la consistencia dimensional.
Revise periódicamente si hay erosión en las compuertas y las líneas de separación para asegurarse de que el acero no se haya desgastado. Asimismo, verifique que los termopares de la máquina reflejen con precisión la temperatura para evitar variaciones en la viscosidad.
Conclusión
La tolerancia implica mucho más que evitar desviaciones dimensionales. La mejor tolerancia no es necesariamente la más estricta. Y este valor no es solo una cifra en un archivo CAD. Es un valor que promete dos cosas que casi siempre entran en conflicto: una fabricación sencilla y un rendimiento óptimo de la pieza. Se obtiene con esfuerzo, asegurando que el diseño, la metalurgia, la ciencia de los materiales y la física del procesamiento se mantengan siempre alineados en cada ciclo.
Preguntas frecuentes
La tolerancia más estricta que se puede lograr en el moldeo por inyección suele ser de alrededor de ±0.01 mm (0.0004 pulgadas) en condiciones de fabricación altamente controladas.
El diseño de acero seguro maximiza el uso de metal y reduce el de plástico. Si bien es fácil extraer metal de la cavidad del molde, resulta difícil añadirlo. Por lo tanto, la cavidad del molde se fabrica intencionadamente un poco más pequeña, de modo que la pieza moldeada resulta ligeramente mayor. De esta manera, los ingenieros pueden retirar acero del molde gradualmente hasta alcanzar las dimensiones finales deseadas.
El plástico se resiste. La pieza acabará liberando la tensión o presión aplicada durante el moldeo, lo que puede manifestarse como una contracción o deformación posterior al moldeo. Por lo tanto, los ingenieros deben esperar entre 24 y 48 horas después del moldeo antes de medir las tolerancias para evitar falsos positivos.
Fuentes:
- SCRIBD: Descripción general de las tolerancias según la norma DIN ISO 20457 TG6
- ISO/DIS 20457(en): Piezas moldeadas de plástico: tolerancias y condiciones de aceptación
- Revista trimestral de CMM: Diferencias clave entre ASME e ISO GD&T
- Casa del Molde: Tolerancias para plásticos DIN.16901-130
