La guía completa de piezas mecanizadas

Las piezas mecanizadas están en todas partes, y es fácil ver por qué:el mecanizado CNC es adecuado para una variedad de metales y plásticos, y las piezas mecanizadas se pueden fabricar de forma rápida y económica sin necesidad de herramientas.

Con 3ERP, puede obtener piezas mecanizadas y prototipos a precios justos con plazos de entrega cortos, y tenemos experiencia trabajando con clientes de diversos sectores. Pero, ¿por qué elegir piezas mecanizadas en lugar de piezas moldeadas o impresas en 3D? A veces la elección es obvia, pero a veces es más difícil decidir. ¿Y cómo se diseñan realmente las piezas para el mecanizado, ya sea internamente o subcontratando a un fabricante?

Esta guía repasa los aspectos básicos de las piezas mecanizadas:qué son, por qué las empresas las necesitan, los mejores materiales de mecanizado, tolerancias típicas para piezas mecanizadas, cómo diseñar piezas mecanizadas y más.

¿Qué son las piezas mecanizadas?

Las piezas mecanizadas están en todas partes. Desde pequeños sujetadores de metal hasta componentes de motores de aviones, se han construido todo tipo de piezas mediante el proceso de mecanizado. Pero, ¿qué es exactamente el mecanizado y, por tanto, qué es una pieza mecanizada?

Cuando hablamos de piezas mecanizadas, nos referimos a algo más específico que los objetos construidos con maquinaria. Nos referimos específicamente a piezas fabricadas mediante corte máquinas como molinos , tornos y enrutadores . Todas estas máquinas funcionan de diferentes maneras, pero su propósito fundamental es el mismo:utilizar una herramienta de corte afilada. , cortan secciones de un bloque de material conocido como pieza de trabajo.

Incluso dentro de esa definición, las piezas mecanizadas se pueden formar de diferentes maneras. El proceso de mecanizado puede ser manual , mediante el cual un maquinista (un operador profesional calificado de equipos de mecanizado) maneja una máquina como un molino para cortar manualmente la pieza de trabajo en la forma deseada. O puede ser digital , en cuyo caso una máquina CNC motorizada corta automáticamente las piezas mecanizadas de acuerdo con las instrucciones de la computadora.

Hoy en día, las piezas mecanizadas más complejas o personalizadas se fabrican con máquinas CNC, pero los maquinistas aún realizan el mecanizado manual para ciertos trabajos, ya que puede ser más rápido que crear un diseño digital y programar la maquinaria digital.

Las piezas mecanizadas pueden ser de metal o plástico (a veces también de otros materiales), pero deben estar hechas de un material que pueda cortarse sin deformarse drásticamente.

A veces, las piezas se mecanizan después de construirse con otro proceso de fabricación. Por ejemplo, los artículos fundidos o moldeados pueden tener ciertos detalles o características mecanizadas en una etapa posterior. Estos pueden describirse como piezas parcialmente mecanizadas o piezas posmecanizadas.

¿Por qué utilizar piezas mecanizadas?

Hay muchas razones por las que las empresas, los diseñadores de productos, los departamentos de I+D y otros profesionales pueden utilizar piezas mecanizadas, y muchas de las ventajas específicas de las piezas mecanizadas se describen en la siguiente sección.

En resumen, las piezas mecanizadas tienen una excelente resistencia, ya que están construidas a partir de bloques sólidos de material y se pueden fabricar en una amplia gama de formas y espesores. Pueden tener características muy detalladas y pueden estar hechos de una amplia gama de materiales. Se pueden fabricar rápidamente pequeñas cantidades de piezas mecanizadas, ya que no requieren herramientas, y las tolerancias pueden ser muy estrechas si se reducen las velocidades de mecanizado.

Las empresas también pueden utilizar piezas mecanizadas porque el mecanizado es una técnica de fabricación comprobada que ha sido un estándar de la industria durante décadas. Por lo tanto, es probable que las piezas mecanizadas cumplan con los estándares y certificaciones específicos de la industria.

Ventajas de las piezas mecanizadas

Las piezas mecanizadas ofrecen ciertos beneficios que pueden no ser posibles, por ejemplo, con piezas moldeadas por inyección o piezas impresas en 3D. Algunas de las ventajas clave de las piezas mecanizadas se enumeran aquí.

1. Sin MOQ

Una de las principales ventajas de las piezas mecanizadas es la posibilidad de adquirirlas sin pedido mínimo.

Para las piezas moldeadas, es necesario fabricar herramientas de metal, un proceso que lleva mucho tiempo y normalmente cuesta decenas de miles de dólares. Sin embargo, las piezas mecanizadas se cortan directamente de una pieza de trabajo en bruto, lo que hace que sea rentable pedir cantidades muy pequeñas o incluso piezas únicas.

Por supuesto, requerir una gran cantidad de piezas (plásticas) podría significar que el moldeado es una mejor propuesta. Pero el mecanizado es prácticamente único al ofrecer piezas de alta calidad sin MOQ, lo que lo hace adecuado para empresas más pequeñas, pequeñas series de producción y creación de prototipos.

2. Buenos prototipos

Algunas empresas eligen encargar prototipos moldeados por inyección, pero normalmente solo las grandes empresas pueden permitírselo. El costo de las herramientas puede hacer que la creación de prototipos sea prohibitivamente costosa.

Las piezas mecanizadas son adecuadas y asequibles como prototipos porque se pueden fabricar como piezas únicas. El mecanizado también es mucho más rápido que el moldeado, lo que significa que los departamentos de I+D pueden iterar rápidamente varias versiones de una pieza y luego someterla a las pruebas o evaluaciones necesarias antes de pasar a la producción.

La versatilidad del material del mecanizado también significa que las empresas pueden, por ejemplo, pedir piezas mecanizadas en varias aleaciones metálicas o plásticos compuestos diferentes para ver cuál funciona mejor en las condiciones de prueba.

3. Libertad de diseño

Las piezas mecanizadas pueden tener una amplia variedad de formas y tamaños. Esto se debe a que el mecanizado CNC no está sujeto a restricciones de diseño de moldeado extremas, como paredes delgadas y estrechamiento; las piezas mecanizadas pueden ser gruesas y robustas, pero sus características también pueden ser finas y detalladas.

Aunque las piezas mecanizadas tienen algunas limitaciones cuando se trata, por ejemplo, de secciones internas y canales profundos, el mecanizado sigue representando uno de los procesos de fabricación con mayor flexibilidad geométrica.

Las piezas moldeadas, por otro lado, deben tener paredes delgadas y ajustarse a criterios de diseño más estrictos en general.

Incluso la impresión 3D, generalmente vista como una de las mejores técnicas de fabricación en términos de libertad de diseño, tiene limitaciones como evitar voladizos. (Y es posible que se necesiten estructuras de soporte extensas para diseños más complejos y extensos, que deben eliminarse con costosos pasos de procesamiento posterior).

4. Calidad

Las piezas mecanizadas se pueden fabricar con un estándar muy alto. Quizás lo más importante es que los clientes pueden especificar las tolerancias que debe cumplir el maquinista. Esto significa que el maquinista o el operador de la máquina pueden dedicar más tiempo a piezas con tolerancias estrechas y características individuales.

Si bien los moldes de inyección también se pueden fabricar con tolerancias estrictas, cada moldeo individual no se puede mantener con un estándar tan alto. Las molduras producidas hacia el final de la vida útil del molde pueden carecer de la definición de unidades anteriores.

5. Plazos de entrega

Las piezas mecanizadas se pueden fabricar más rápido que las piezas fabricadas mediante otros procesos de producción como el moldeado.

Esto se debe en parte a la ausencia de herramientas que requieran mucha mano de obra, pero el proceso de fabricación en sí también es muy eficiente:algunos de los centros de mecanizado más rápidos equipados con rieles de guía lineales tienen velocidades rápidas de alrededor de 4000 centímetros por minuto (aunque las piezas en realidad no deberían ser mecanizado a esas velocidades).

La naturaleza de un solo paso del mecanizado y la velocidad de los centros de mecanizado CNC se combinan para hacer que las piezas mecanizadas sean algunas de las más rápidas de fabricar (en volúmenes bajos), lo que reduce los plazos de entrega para una comercialización más corta y una creación de prototipos rápida y práctica.

6. Alteraciones

Debido a que las piezas mecanizadas CNC se fabrican a partir de un archivo CAD digital, es posible realizar cambios en ese diseño digital hasta el momento de la fabricación.

Esto es útil durante la I+D y la creación de prototipos, cuando los ingenieros pueden querer realizar ajustes fraccionarios en la pieza mecanizada o crear varias versiones. También reduce la posibilidad de desperdicio, ya que es menos probable que se fabriquen piezas defectuosas.

Esta es una ventaja significativa para las piezas mecanizadas sobre las piezas moldeadas:las herramientas no se pueden cambiar fácilmente y sería una gran pérdida de dinero crear un nuevo molde si se requiere una modificación de última hora.

7. Fuerza

Las piezas mecanizadas se cortan a partir de piezas sólidas de material conocidas como piezas brutas, que normalmente se han fundido o extruido. Esto los hace muy fuertes en comparación con, por ejemplo, las piezas impresas en 3D, que pueden ser mucho más débiles a lo largo de un eje donde se construye una capa sobre la siguiente.

Muchas piezas mecanizadas también son más resistentes que sus equivalentes moldeadas, ya que las piezas moldeadas deben tener paredes delgadas y, por lo tanto, están limitadas en términos de rendimiento mecánico.

8. Acabado superficial

Las piezas mecanizadas evitan los problemas de calidad de la superficie asociados con el moldeado, como las líneas de flujo, el chorro y las rebabas en la línea de partición. Con una cantidad moderada de posprocesamiento, las piezas mecanizadas se pueden llevar a un nivel muy alto en términos de acabado superficial.

El mecanizado también proporciona un acabado superficial muy superior al de la impresión 3D, incluso antes de que se haya llevado a cabo ningún procesamiento posterior. La impresión 3D, especialmente la impresión FDM, puede dejar líneas de capa visibles en la superficie de la pieza que deben alisarse mediante lijado o tratamiento químico. Las piezas mecanizadas no tienen estas líneas de capa.

Cómo diseñar piezas mecanizadas

Siempre es mejor emplear el diseño para la fabricación (DfM ) principios:diseñar las piezas en función del proceso de fabricación que se vaya a utilizar. Las piezas para mecanizar deben diseñarse de forma diferente, por ejemplo, a las piezas para impresión 3D.

Afortunadamente, las piezas mecanizadas no son especialmente difíciles de diseñar, siempre y cuando se sigan ciertas reglas. Estas reglas se describen a continuación.

Socavaduras

Las socavaduras son cortes en la pieza de trabajo que no se pueden ejecutar con herramientas de corte estándar (porque una sección de la pieza la obstruye). Requieren herramientas de corte especiales, por ejemplo, en forma de T, y consideraciones de diseño especiales.

Dado que las herramientas de corte se fabrican en tamaños estándar, las dimensiones de la muesca deben estar en milímetros enteros para que coincidan con la herramienta. (Para cortes estándar, esto no importa, ya que la herramienta puede moverse hacia adelante y hacia atrás en pequeños incrementos).

El ancho de la muesca puede oscilar entre 3 y 40 mm, según la herramienta de corte, con una profundidad de muesca de hasta el doble del ancho.

Si se pueden evitar por completo las socavaduras, las piezas mecanizadas se pueden hacer mucho más rápido y con menos esfuerzo.

Espesor de pared

A diferencia de las piezas moldeadas, que se deforman si las paredes son demasiado gruesas, las piezas mecanizadas no pueden soportar paredes especialmente finas. Los diseñadores deben evitar las paredes delgadas o usar un proceso como el moldeo por inyección si las paredes delgadas son parte integral del diseño.

Al mecanizar, el grosor de la pared debe ser de un mínimo de 0,8 mm (metal) o 1,5 mm (plástico).

Salientes

Al igual que con las paredes delgadas, las secciones altas que sobresalen son difíciles de mecanizar, ya que las vibraciones de la herramienta de corte pueden dañar la sección o resultar en una menor precisión.

Una característica sobresaliente debe tener una altura no mayor a cuatro veces su ancho.

Cavidades, agujeros y roscas

Al diseñar piezas mecanizadas, es importante recordar que los agujeros y las cavidades dependen de las herramientas de corte.

Las cavidades y las cavidades se pueden mecanizar en una pieza con una profundidad de cuatro veces el ancho de la cavidad. Las cavidades más profundas necesariamente terminarán con filetes (bordes redondeados en lugar de afilados) debido al diámetro requerido de la herramienta de corte.

Los agujeros, que se hacen con brocas, también deben tener una profundidad de no más de cuatro veces el ancho de la broca. Y los diámetros de los orificios deben, en la medida de lo posible, corresponder a los tamaños de broca estándar.

Las roscas, que se utilizan para incorporar sujetadores como tornillos, no necesitan ser más profundas que tres veces el diámetro.

Escala

Las piezas mecanizadas CNC tienen un tamaño limitado porque se fabrican dentro de la envolvente de construcción de la máquina. Las piezas fresadas no deben medir más de 400 x 250 x 150 mm; las piezas torneadas no deben medir más de Ø 500 mm x 1000 mm.

Las dimensiones más grandes son posibles con máquinas más grandes, pero esto debe discutirse con el maquinista antes de la fabricación.

Materiales de piezas mecanizadas

Las piezas mecanizadas se pueden fabricar con muchos materiales diferentes, incluidos metales y plásticos.

Sin embargo, algunos materiales son más fáciles de mecanizar que otros. Los materiales muy duros son difíciles de penetrar con una herramienta de corte y pueden hacer que la herramienta vibre más (lo que reduce la calidad). Los materiales muy blandos y los materiales con un punto de fusión muy bajo pueden deformarse al entrar en contacto con la herramienta de corte.

Los materiales de piezas mecanizadas más comunes se enumeran a continuación. También se pueden mecanizar otros materiales previa solicitud al fabricante.

Metal : Aluminio, acero, acero inoxidable (17-4, Inconel 625 y 718), magnesio, titanio, zinc, latón, bronce, cobre.

Plástico : ABS, PC, ABS+PC, PP, PS, POM, PMMA (acrílico), PAGF30, PCGF30, teflón, DHPE, HDPE, PPS, PEEK. (Menos común:PA GF50, PPS GF50.)

Acabados superficiales de piezas mecanizadas

Las piezas mecanizadas pueden tratarse después del mecanizado para modificar la textura y el aspecto de su superficie. Los acabados pueden ser funcionales o cosméticos.

Mecanizado : No se ha añadido ningún acabado superficial. Esto es adecuado para muchos componentes funcionales internos no estéticos.

Granallado : El proceso de granallado consiste en disparar medios abrasivos en la pieza mecanizada, dejándola con una apariencia mate. El proceso se puede ajustar para dar un nivel específico de rugosidad. Puede que no sea adecuado para detalles finos, ya que el granallado elimina material y, por lo tanto, afecta la geometría de las piezas mecanizadas.

Anodizado : El proceso de pasivación electrolítica de la anodización es adecuado para las piezas mecanizadas de aluminio y crea un revestimiento colorido resistente a los arañazos. La anodización tipo II crea un acabado resistente a la corrosión; El tipo III es más grueso y crea resistencia al desgaste además de resistencia a la corrosión.

Recubrimiento en polvo : Durante el proceso de recubrimiento, se rocía pintura en polvo (en el color elegido por el diseñador) sobre la pieza mecanizada, que luego se cuece en un horno. Esto crea una capa fuerte, resistente al desgaste y a la corrosión que es más duradera que los revestimientos de pintura estándar.

Tolerancias de piezas mecanizadas

Las piezas mecanizadas se pueden fabricar con tolerancias estrictas, lo que puede ser necesario para piezas mecánicas críticas que interactúan con otros componentes. Se pueden elegir tolerancias más flexibles para prototipos y piezas no mecánicas.

			Estándar de tolerancia
Palanca de tolerancia			Rango de dimensiones generales
Especificaciones	<<3,>0.5	<<6,>3	<<30,>6	<<120,>30	<<400,>120	<<1000,>400	<<2000, >1000
F	±0.05	±0.05	±0.1	±0,15	±0.2	±0.3	±0.5
M	±0.1	±0.1	±0.2	±0.3	±0.5	±0.8	±1.2
C	±0.2	±0.3	±0.5	±0.8	±1.2	±2	±3
V	–	±0.5	±1	±1.5	±2.5	±4	±6

Aplicaciones de piezas mecanizadas

Las piezas mecanizadas se utilizan prácticamente en todas las industrias, desde la aeroespacial hasta la médica. A continuación, se enumeran algunas piezas populares cotidianas e independientes del sector, seguidas de aplicaciones en industrias específicas.

Piezas mecanizadas comunes:

• Sujetadores
• Cuerpos de válvula
• Rótulas
• Engranajes
• Ejes
• Viviendas
• Corchetes
• Rodillos

Aeroespacial

Las piezas aeroespaciales mecanizables incluyen prototipos de componentes de motores, paneles de combustible, componentes de trenes de aterrizaje y soportes de motores.

Automoción

Las piezas mecanizadas de automóviles incluyen componentes de prueba de funcionamiento, como sistemas de iluminación, motor, transmisión y dirección, así como piezas personalizadas únicas.

Médico

Las piezas mecanizadas de titanio y acero inoxidable incluyen implantes, dispositivos médicos y herramientas quirúrgicas como escalpelos.

Productos de consumo

Las piezas mecanizadas se encuentran en artículos para el hogar y electrodomésticos. Los equipos deportivos también pueden mecanizarse con CNC, mientras que muchos componentes de metal y plástico mecanizados se encuentran en la electrónica de consumo. Se pueden mecanizar elementos como carcasas de portátiles, conectores y enchufes.

Cómo subcontratar piezas mecanizadas

Las empresas de hardware grandes y pequeñas a menudo subcontratan sus necesidades de mecanizado CNC a un especialista. Incluso para prototipos, a menudo tiene sentido utilizar una empresa de mecanizado CNC de terceros en lugar de una solución interna, debido al espacio de la fábrica y la habilidad humana necesaria para operar el equipo de mecanizado.

Elegir un fabricante para fabricar piezas mecanizadas puede parecer desalentador, pero centrarse en los siguientes factores y prácticas puede simplificarlo.

• Certificaciones :Las certificaciones ISO en particular son una buena guía para identificar empresas de mecanizado competentes, aunque no le informarán sobre el alcance de las capacidades de una empresa.
• Boca a boca :Hable con otras empresas de hardware que hayan contratado fabricantes en la región y descubra sus experiencias en la subcontratación de piezas mecanizadas.
• Solicitar información :Una vez que haya establecido contacto con una empresa, siga haciendo preguntas hasta que esté satisfecho de que saben cómo ejecutar su proyecto. Si no pueden darle una respuesta clara, probablemente no sean un socio adecuado para la subcontratación.
• Visita a fábricas :Si es posible, visite a su posible socio de subcontratación para ver cómo mecanizan las piezas. En algunos casos, es posible contratar a un agente de fabricación para organizar visitas a varios sitios en una región determinada.
• RfQs :Envíe una RfQ a varias empresas de mecanizado preseleccionadas para tener una idea de quién puede ofrecer el mejor precio.

Cuando se trata de organizar la fabricación de piezas mecanizadas subcontratadas, puede ser útil observar los siguientes consejos.

• Siga las directrices de DfM :asegúrese de que el diseño de su pieza digital siga las pautas de mecanizado:sin paredes delgadas, orificios de profundidad limitada, etc.
• Usar estándares universales :Envíe un dibujo técnico completo con sus archivos digitales para eliminar la ambigüedad y utilice estándares universales para evitar errores de comunicación.
• NDA :Firme un acuerdo de confidencialidad cuando subcontrate piezas mecanizadas. Esto impide legalmente que el fabricante divulgue o reutilice sus diseños.
• Tenga en cuenta los tiempos de envío :Las piezas subcontratadas tardan más en llegar que las piezas internas, así que tenga en cuenta los tiempos de envío si trabaja con plazos ajustados.
• Preparar para el pago :Para los primeros pedidos, los fabricantes probablemente requerirán el pago por adelantado, aunque es posible que pueda realizar pedidos a crédito para pedidos posteriores.