Domine las Tolerancias en Mecanizado CNC: Precisión, Coste y Directrices de Diseño

Las máquinas CNC pueden alcanzar niveles de precisión muy altos. Algunas máquinas logran precisiones de hasta ±0,0025 mm. Sin embargo, ejecutar el fresado de una pieza al nivel máximo de precisión de una máquina CNC es una tarea costosa y que requiere mucho tiempo. Aquí es donde entran las tolerancias de mecanizado. Dado que diferentes piezas requieren diferentes grados de precisión, es económico que un diseñador especifique la tolerancia exacta necesaria para esa pieza.

¿Qué son las tolerancias?

En resumen, las tolerancias son mediciones que indican el nivel de precisión requerido para una pieza que se desea fabricar. Específicamente, las tolerancias de mecanizado indican el grado de variación permitido en las dimensiones finales o en el valor medido de una pieza.

Los maquinistas miden las tolerancias de mecanizado mediante valores numéricos, generalmente precedidos por el símbolo ±. Por ejemplo, puede asignar una tolerancia de ±0,001" a una pieza que mide 2,550 pulgadas de longitud. Esto indicaría que la pieza fabricada tendría una longitud variable entre 2,549" y 2,551". Si una pieza de 1,5 pulgadas de altura necesita una tolerancia de ±0,005", la pieza final debe caer en el rango de 1,495" y 1,505" para pasar la inspección de calidad.

Las tolerancias de mecanizado especificadas indican a los fabricantes y servicios de mecanizado CNC qué grado de precisión usar al producir una pieza. Cuanto menor sea la tolerancia —en el mundo de la fabricación esto se llama tolerancia más ajustada—, mayor precisión se requerirá. Cuanto mayor sea la tolerancia —también llamada más laxa—, menos precisión necesitará.

Aspectos clave al elegir tolerancias

Uno de los puntos clave para determinar las tolerancias de mecanizado CNC adecuadas es averiguar en qué momento la función y el rendimiento de una pieza se verán afectados por una variación en su dimensión o tamaño. Algunos tipos de piezas, como componentes críticos en motores, requieren un alto grado de precisión y cualquier fallo en la forma geométrica podría tener graves consecuencias. Otros tipos de piezas podrían no requerir el mismo grado de precisión, y una desviación de fabricación ligeramente mayor no les afectará. Además de esto, aquí hay otros aspectos a tener en cuenta al elegir tolerancias:

1. ¿Cuándo se necesitan tolerancias ajustadas?

A menudo, las tolerancias de mecanizado pueden variar dentro de un mismo componente. Aunque no sea crítico que toda la estructura de una pieza cumpla con las tolerancias más estrictas, ciertas características de dicha pieza podrían requerirlas. La máxima precisión se requiere típicamente en puntos estructurales donde una pieza debe encajar o unirse con otros componentes, como agujeros.

Si una pieza necesita encajar con uno o varios componentes, debe tener tolerancias ajustadas. En estos casos, debe comunicar las tolerancias requeridas a los servicios de mecanizado CNC; de lo contrario, no tendrán indicación de la intención de diseño. En otras palabras, las tolerancias dan a su socio de mecanizado CNC una indicación de cómo debe funcionar su pieza.

También cabe destacar que las tolerancias de mecanizado más ajustadas pueden ser más costosas debido al desgaste causado por las herramientas de la máquina CNC. Si bien una herramienta nueva podría no tener problema para alcanzar tolerancias de ±0,001", si la misma herramienta debe producir múltiples versiones de la misma pieza, esta precisión puede volverse menos consistente. Si encarga 1.500 unidades de una pieza con tolerancia ±0,001", su servicio de mecanizado CNC puede tener que reemplazar la herramienta de mecanizado o ajustar la velocidad, lo que puede aumentar el tiempo y el coste de producción.

2. Altos costes por requisitos estrictos

Las tolerancias influyen directamente en la calidad de una pieza, pero también en su coste. El mecanizado de alta tolerancia suele ser más costoso porque hay que mecanizar las piezas más lentamente y a menudo con herramientas más caras. Las piezas con tolerancias más ajustadas también requieren una inspección de calidad CNC más exhaustiva, ya que el margen de error es mucho menor —hablamos de fracciones de milímetro. Otro factor que puede influir en el coste del mecanizado de alta tolerancia es la tasa de fallos, que tiende a ser mayor. El mecanizado de alta tolerancia puede incrementar los costes de producción y de inspección de calidad.

3. Las tolerancias dependen del material

Debe considerar su elección de materiales al especificar tolerancias de mecanizado. Diferentes materiales tienen características individuales que pueden afectar el nivel de tolerancia alcanzable con ellos. Algunas de estas características incluyen:

• Dureza: Los materiales más blandos son más difíciles de mecanizar con tolerancias ajustadas. Esto se debe principalmente a su tendencia a cambiar de dimensiones cuando la herramienta de corte los toca. Por tanto, debe tener paciencia adicional al mecanizar estos materiales más blandos.
• Abrasividad: Los materiales rugosos y gruesos suelen ser duros para las herramientas de corte y pueden hacer que se desgasten más rápido. Estos materiales dificultan alcanzar tolerancias específicas porque los cambios en la herramienta resultan en menor precisión. Los materiales abrasivos suelen requerir que el técnico cambie la herramienta varias veces durante el proceso de mecanizado.
• Estabilidad térmica: Este es un problema que afecta principalmente a no metales. A medida que se acumula calor durante el mecanizado, estos materiales comienzan a perder su forma. Esto restringe los procesos que puede usar en ese material en particular.

4. Elección de métodos de fabricación

Cada máquina CNC difiere en términos de capacidad. Algunas máquinas pueden alcanzar tolerancias que otras solo pueden soñar. La tolerancia de la máquina CNC determina qué tipos de piezas puede manejar. En algunos casos, tendrá que realizar operaciones adicionales en la pieza antes de que pueda alcanzar la tolerancia fina que requiere.

5. Inspección

Necesitará bastante tiempo para inspeccionar piezas con tolerancias muy ajustadas. También puede necesitar emplear herramientas y equipos especializados para verificar la tolerancia de las piezas.

Cómo encontrar la tolerancia adecuada

A veces, elegir la tolerancia no es la parte difícil. Lo difícil es saber si es la correcta. Para diseñadores de productos o piezas, es imperativo determinar cuánto margen existe para las tolerancias de una pieza dada. Esto puede tener gran influencia en conocer la tolerancia correcta, el tiempo de entrega del proyecto y su coste. Un cliente que trabaja con un servicio de mecanizado CNC podría gastar inadvertidamente el doble de lo necesario pidiendo la "máxima calidad posible". El mecanizado CNC es por naturaleza un proceso de alta precisión, por lo que tolerancias más laxas suelen seguir estando muy cerca de las especificaciones originales. Aquí hay algunos consejos para ayudar en su proceso de decisión:

1. Considere el uso de su pieza

No todas las piezas necesitan diseñarse con tolerancia ajustada. El uso específico de su pieza a menudo determina el grado de precisión requerido al mecanizarla. Crear piezas que no se combinan con otras, por ejemplo, a menudo requiere menos precisión de fresado. Considerando cuánto más caro es lograr tolerancias ajustadas, si no las necesita, no las solicite.

2. Busque una empresa de mecanizado CNC de confianza

Una forma de que los clientes encuentren la tolerancia adecuada es encontrar un servicio de mecanizado CNC en el que confíen. Luego pueden discutir sus objetivos y especificaciones con un experto en fabricación y decidir las mejores tolerancias para su proyecto. En la mayoría de los casos, sin embargo, los ingenieros o diseñadores de piezas especificarán las tolerancias antes de enviar una solicitud de fabricación a un servicio de mecanizado CNC o empresa de prototipado rápido. Tener esta información lista para su servicio de mecanizado CNC puede ahorrar tiempo y costes en el lado de la producción.

También es importante tener en cuenta que si no pregunta ni especifica tolerancias al enviar una pieza para producción, la mayoría de los servicios de mecanizado CNC trabajarán automáticamente con su tolerancia estándar, generalmente alrededor de ±0,005 pulgadas (±0,127 mm). Esta es una desviación muy pequeña —imperceptible al ojo humano—, pero podría influir en cómo su pieza final encaja en un ensamblaje. Por ejemplo, si una pieza tiene un agujero demasiado pequeño, incluso en 0,005 pulgadas, encajar su pieza adjunta dentro del agujero puede ser más difícil de lo necesario.

Tipos comunes de tolerancias en mecanizado CNC

1. Tolerancias estándar

Los maquinistas usan tolerancias de mecanizado estándar para las piezas más fabricadas. Existen tolerancias estándar para piezas como roscas, pasadores, tuberías, etc. Algunos servicios de fresado ofrecen tolerancias típicas de ±0,1 mm. Los maquinistas suelen aplicar estas tolerancias cuando el cliente no especifica niveles de tolerancia. Estas tolerancias típicas se pueden encontrar en una tabla de tolerancias de mecanizado CNC. El rango de tolerancias estándar suele establecerse por diversos organismos de normalización internacionales como la Organización Internacional de Normalización (ISO), la Sociedad Americana de Ingenieros Mecánicos (ASME) y el Instituto Nacional de Estándares Estadounidense (ANSI).

2. Tolerancias bilaterales

Cuando se usa tolerancia bilateral, la desviación de la dimensión dada puede ser negativa o positiva. Esto significa que puede ser un poco más grande o un poco más pequeño. Un ejemplo de tolerancia bilateral es ±0,06 mm. Esto indica que la pieza mecanizada puede ser 0,06 mm más corta o más larga que la medición especificada. Las tolerancias bilaterales se usan principalmente para dimensiones exteriores.

3. Dimensionamiento y tolerancias geométricas (GD&T)

El dimensionamiento y tolerancias geométricas son mucho más exhaustivos que otros sistemas de tolerancias de mecanizado. Es un tipo de tolerancia de mecanizado CNC que destaca las mediciones y desviaciones permitidas. También describe características geométricas específicas para la pieza mecanizada, como qué tan plana debe ser, su concéntricas y su posición real. El GD&T se usa a menudo para piezas que tienen dimensiones extremadamente precisas.

4. Tolerancias unilaterales

Las tolerancias unilaterales admiten desviaciones en una sola dirección. La desviación es solo positiva o solo negativa. Un ejemplo de tal tolerancia es +0,00/-0,06 mm. Esto significa que la pieza terminada puede ser como máximo 0,06 mm más pequeña, pero no debe exceder la medición especificada. Generalmente se implementa tolerancia unilateral al diseñar una pieza que entra en otra. La pieza no debe ser más grande que la medición especificada, ya que eso significaría que no podrá entrar en su posición.

5. Tolerancias límite

Una tolerancia límite es un tipo de tolerancia de mecanizado CNC expresada como un rango de valores, donde la pieza está bien siempre que la medición caiga dentro de ese rango. 13 – 13,5 mm, por ejemplo, es una tolerancia límite que indica que la pieza debe tener una medición que caiga entre el límite superior e inferior (13 mm es el límite superior y 13,5 mm el inferior).

RapidDirect: Su socio profesional en servicios de mecanizado CNC

En RapidDirect, ofrecemos una gama de tolerancias de mecanizado CNC para satisfacer las necesidades de nuestros clientes. Nuestras tolerancias estándar para mecanizado de metales cumplen con DIN-2768-1-fino, mientras que para plásticos es DIN-2768-1-medio; una tabla de tolerancias de mecanizado CNC se puede encontrar aquí. Una tolerancia estándar para un servicio de mecanizado CNC es típicamente ±0,005". Las tolerancias de mecanizado más ajustadas posibles están en el rango de ±0,001", aproximadamente el ancho de un cabello humano.

Nuestra amplia instalación de fabricación en Shenzhen, China, también alberga una serie de máquinas CNC de 3, 4 y 6 ejes. También ofrecemos diferentes acabados superficiales para nuestras piezas mecanizadas CNC. Además del mecanizado CNC, ofrecemos diferentes capacidades de fabricación a nuestros clientes en todo el mundo.

Nuestros servicios de mecanizado CNC también cubren inspección de calidad, certificaciones de materiales e inspecciones dimensionales completas con informes. El proceso de inspección dimensional CNC completo, que se basa en herramientas de metrología y medición de vanguardia, es fundamental para garantizar que los prototipos o piezas finales cumplan con las especificaciones y tolerancias exactas solicitadas por el cliente. En otras palabras, verificaremos y reverificaremos que se cumplan sus tolerancias especificadas y, si no es así, trabajaremos con usted para entregar una pieza que cumpla sus requisitos.

Si tiene alguna pregunta sobre tolerancias de piezas para mecanizado CNC o quiere saber más sobre los servicios de mecanizado CNC de RapidDirect, no dude en ponerse en contacto con un miembro de nuestro equipo de fabricación.