Soluciones esenciales de sujeción CNC que todo fabricante necesita

El mecanizado CNC es un método de fabricación tradicional que utiliza herramientas de corte y rotación para realizar una serie predeterminada de cortes en un bloque sólido de material. Las operaciones de corte se derivan de archivos de diseño digital, que pueden distribuirse a múltiples máquinas CNC simultáneamente, permitiendo a los fabricantes producir múltiples copias de una pieza de manera más expedita.

Si bien el mecanizado es un proceso versátil capaz de producir de manera fiable piezas altamente precisas y exactas —por eso se usa a menudo para crear componentes críticos de automoción, medicina y aeroespacial— la naturaleza inherente del proceso crea limitaciones a la geometría que es posible crear con mecanizado CNC. Elementos de diseño como esquinas internas afiladas, por ejemplo, son difíciles de crear con herramientas redondas y giratorias, mientras que características de socavado como colas de milano y ranuras en T son difíciles, si no imposibles, de alcanzar con herramientas estándar.

Otro problema potencial tiene que ver con la sujeción de la pieza, o cómo la pieza de trabajo se fija en su lugar durante el proceso de mecanizado. Si las piezas de trabajo son difíciles de agarrar o se agarran incorrectamente, la viabilidad de la pieza, el cronograma de producción y el coste por unidad pueden verse afectados negativamente.

Aquí está lo que los fabricantes necesitan saber para obtener el máximo provecho de sus soluciones de sujeción.

Los fundamentos de la sujeción CNC

Cómo se sujeta una pieza puede afectar significativamente una serie de factores logísticos, incluyendo trayectorias de herramienta viables, qué superficies de la pieza de trabajo serán mecanizables sin configuraciones adicionales, y la velocidad y fuerza permitidas de las herramientas de corte. Componentes básicos de sujeción como mordazas, tornillos de banco e incluso la mesa de la máquina pueden limitar la capacidad de las herramientas de corte para acceder a la pieza de trabajo, lo que puede llevar a más tiempo gastado configurando la pieza, en lugar de hacer funcionar el husillo.

Sin embargo, al igual que el mecanizado CNC de 5 ejes proporciona a las herramientas de corte y piezas de trabajo capacidades rotacionales adicionales durante la producción, las soluciones de sujeción de 5 ejes pueden mejorar dramáticamente la eficiencia de fabricación de piezas que requieren mecanizado en la mayoría o en todos los lados.

Usados en tándem, el mecanizado multi-eje y las soluciones de sujeción permiten que las piezas de trabajo se coloquen en una posición óptima, se agarren una vez, se mecanicen y luego se cambien rápidamente. Esto a menudo se logra a través de sistemas de cambio rápido de punto cero, que garantizan una colocación fiable de la pieza de trabajo mientras permiten que los componentes se transfieran eficientemente a otras máquinas para operaciones secundarias según sea necesario.

Cuando se implementan correctamente, los sistemas de sujeción CNC pueden mejorar la eficiencia de salida minimizando el tiempo requerido para configurar y cambiar piezas de trabajo. Las soluciones de sujeción ayudan a hacer los procesos de producción repetibles, lo que contribuye aún más a mejoras medibles en velocidad de producción y fiabilidad del proceso, así como en la precisión, exactitud y calidad de las piezas finales.

Desafíos comunes de sujeción CNC

Los desafíos más comunes de sujeción CNC surgen cuando los fabricantes intentan producir piezas con geometrías inusuales o piezas que son engorrosas y grandes.

Además de optimizar el diseño de la pieza para fabricabilidad (DFM), ¿cuál es la mejor manera de mantener piezas de trabajo inusuales, delicadas o de pared delgada estables y seguras durante el mecanizado? En muchos casos, se usa utillaje sacrificial para soportar piezas de trabajo con formas no estándar, y características de diseño integradas como agujeros para pasadores o bosses roscados a menudo pueden usarse para sujetar la pieza de trabajo en su lugar. Incluso incorporar tan solo 1/16" adicional de material en la parte inferior de una pieza de trabajo puede aumentar su capacidad de ser agarrada.

A veces, los fabricantes pueden necesitar adoptar soluciones más creativas, sin embargo. Los sacos de arena, por ejemplo, pueden usarse para reducir la vibración de la pieza de trabajo, mientras que ceras, arcillas y pegamentos especiales pueden ayudar a soportar secciones delicadas de la pieza de trabajo. Las ceras y arcillas, en particular, son bastante rígidas a temperatura ambiente y se vuelven fluidas cuando se exponen a temperaturas más altas, lo que es útil al retirarlas después de que el proceso de mecanizado se complete.

Las piezas voluminosas —como las usadas en aplicaciones aeroespaciales, de defensa, industriales o vehiculares— presentan otro desafío. Las opciones de sujeción especializadas y personalizadas son costosas y, considerando que algunos componentes grandes solo se producen en volúmenes relativamente limitados, puede que no valga la pena la inversión. Si se usan para grandes series de producción o se reutilizan para otras piezas, sin embargo, una solución de sujeción personalizada puede ofrecer un buen retorno de inversión.

Ya sea que un taller elija invertir en soluciones de sujeción especializadas o automatizadas para piezas más grandes o use una combinación de mandrinos manuales, mordazas y otras soluciones estándar para mantener la pieza de trabajo estable, el objetivo debe ser minimizar el número total de operaciones de corte y reposicionamientos para maximizar el tiempo de funcionamiento del husillo. Limitar el número de operaciones de corte también minimiza la oportunidad de error humano, mejora la fiabilidad del proceso y típicamente mejora la precisión del mecanizado.

Además del tamaño, la forma de las piezas voluminosas debe tenerse en cuenta. Los componentes inherentemente asimétricos, como las palas de turbina, requieren movimientos complejos y amplios del husillo y la herramienta. Estos tipos de piezas desafiantes requieren soluciones de sujeción que puedan sujetar rígidamente una pieza en la posición correcta, mientras también permiten los claros requeridos por la herramienta de corte y la máquina.

Elegir la mejor solución de sujeción

La solución de sujeción más adecuada para una pieza particular estará determinada por algunos factores, incluyendo el volumen de producción, la forma de la pieza, las dimensiones de la pieza, el material y los requisitos de tolerancia, así como la frecuencia de cambio.

El mecanizado de alto volumen tiene diferentes requisitos fundamentales que los trabajos más pequeños: depende de procesos repetibles de manera fiable que produzcan piezas de calidad consistente durante plazos extendidos, lo que típicamente requiere soluciones de sujeción especializadas. Los mandrinos de longitud muerta son una solución común, ya que son capaces de proporcionar tanto alta precisión de posicionamiento para operaciones de mecanizado secundario como fuerza de sujeción aumentada, lo que es útil para asegurar fundiciones o forjados durante operaciones de desbaste.

En contraste, los trabajos de mecanizado CNC de bajo volumen típicamente pueden confiar en herramientas de sujeción tradicionales. Los mandrinos de pinza, que emplean mangas deslizantes, pueden agarrar eficazmente piezas de trabajo redondas, hexagonales y cuadradas y barras sin perder fuerza de sujeción —una preocupación significativa al trabajar con rotación y fuerza centrífuga. Los mandrinos de tres mordazas también se emplean comúnmente, ya que proporcionan un agarre superior al mecanizar piezas de trabajo redondas, mientras que los mandrinos de dos mordazas (o mandrinos de cuatro mordazas 2+2) son excelentes para trabajar piezas cuadradas.

Sin embargo, estas soluciones de sujeción tradicionales a menudo introducen consideraciones adicionales. Los tornillos de banco aumentan el número de pasos involucrados por operación y pueden interferir con el acceso de máquinas multi-eje a la pieza de trabajo, mientras que los tornillos de banco imponen restricciones en el tamaño y tipo de pieza de trabajo que puede ser agarrada.

La sujeción es clave para la eficiencia de producción

Los fabricantes confían en el mecanizado CNC para producir piezas precisas y repetibles. Sin embargo, esta precisión solo es posible si las piezas de trabajo se mantienen en una ubicación definida con una orientación conocida. Además, la repetibilidad del mecanizado CNC requiere que la configuración de mecanizado pueda reproducirse económicamente a lo largo de la producción. Por lo tanto, además de asegurar la pieza de trabajo contra la fuerza centrífuga, la gravedad y las fuerzas de corte de la herramienta, las soluciones de sujeción más efectivas y estratégicas deberían ayudar a reducir los costes laborales mientras minimizan los cambios de herramienta y configuración.

Las soluciones de sujeción modulares que permiten cambios rápidos entre piezas de trabajo y herramientas de corte sin interrumpir la producción, la integración de tecnologías de Industria 4.0 y la automatización mejorada son algunos de los desarrollos tecnológicos preparados para agilizar el mundo del mecanizado CNC. Estas características probablemente ayudarán a los fabricantes a lograr más con menos mano de obra, proporcionando mayor flexibilidad y capacidad de producción, así como una consistencia mejorada en los cambios entre piezas y trabajos distintos.

Sin embargo, las máquinas CNC son inversiones considerables, por lo que a menudo es más rentable externalizar el mecanizado CNC a un socio de fabricación de confianza que traer los servicios de mecanizado internamente.

La buena noticia es que Fast Radius es parte de la vanguardia del mecanizado CNC bajo demanda. Nuestro equipo de ingenieros, diseñadores, tecnólogos y operadores experimentados tienen décadas de experiencia en agilizar el proceso de mecanizado CNC mientras ahorran tiempo y dinero a los clientes. Trabajamos estrechamente con los clientes en cada etapa de producción, ayudando a seleccionar el método de producción ideal y soluciones de sujeción para cada trabajo, y entregando productos de alta calidad a un precio competitivo. Contáctenos hoy para comenzar.

Para obtener más información sobre mecanizado CNC y nuestras otras capacidades de fabricación, visite el centro de aprendizaje de Fast Radius.