Optimización del mecanizado CNC: Soluciones de diseño y fabricación para esquinas interiores agudas

Junto con la selección de materiales, el diseño es uno de los factores más críticos para determinar la calidad y funcionalidad de una pieza final. Independientemente del método de fabricación elegido, los equipos de producto deben adherirse a los principios de diseño para la fabricabilidad (DFM) durante las fases de diseño y prototipado de cualquier proyecto. Sin embargo, muchos equipos de producto encuentran el DFM particularmente desafiante al diseñar piezas para mecanizado CNC.

Aunque el mecanizado CNC es excelente para producir piezas con tolerancias ajustadas, es costoso lograr características internas agudas, especialmente ángulos rectos. Las brocas CNC son redondas, por lo que si un ingeniero intenta mecanizar un ángulo de 90° con una broca redonda, esta nunca podrá cortar un ángulo recto. La geometría de esquina inaccesible que queda atrás se llama radio de esquina interior (corner radius). Los radios de esquina interior afectan directamente a la mecanizabilidad de una pieza y también pueden afectar al coste y a los plazos de producción.

Afortunadamente, los diseñadores y los equipos de producto pueden sortear este problema con algunas soluciones de diseño efectivas para evitar características internas agudas. Si las características internas agudas son estrictamente necesarias, hay una serie de soluciones de fabricación que se pueden emplear. Aquí tiene lo que los equipos de producto necesitan saber.

Cómo evitar esquinas interiores agudas

La mejor opción de un diseñador es evitar el uso de esquinas interiores agudas por completo e incluir radios en todos los bordes internos. Los mecanizados utilizarán una fresa de extremo (end mill) con un radio ligeramente menor que el radio añadido al borde. Por ejemplo, si el radio de la pieza es de 0,25", se debe utilizar una fresa de 6 mm o 7/32". Esto garantiza que la máquina pueda funcionar a una velocidad razonable sin inducir tensión en la herramienta.

Otra opción es utilizar radios de esquina no estándar. Añadir al menos 0,02" a 0,05" a los radios de esquina internos da a la fresa suficiente espacio para girar ligeramente en la esquina sin detenerse por completo.

Además, los diseñadores pueden suavizar los radios de esquina interiores creando una trayectoria de herramienta redondeada con una herramienta más grande. Un utillaje mayor crea radios de esquina interiores más anchos y reduce el compromiso de la herramienta (tool engagement), lo que disminuye el tiempo de mecanizado, reduce costes y crea un acabado superficial más suave. Un radio de herramienta del 150 % es adecuado, pero un radio de herramienta del 200 % se considera generalmente ideal.

Soluciones de mecanizabilidad para esquinas agudas

Si un equipo de producto está utilizando un diseño que requiere esquinas interiores agudas, todavía tiene algunas soluciones disponibles. Algunos equipos eligen dejar los radios de esquina interior intactos, pero reducir su tamaño utilizando una broca con un diámetro menor. Este es un enfoque rápido y de coste relativamente bajo que no hace que el diseño original sea más difícil de mecanizar. Sin embargo, debe tenerse en cuenta que este enfoque no es adecuado para materiales CNC más gruesos.

La forma más común de acomodar esquinas agudas es utilizar un filete tipo «dog-bone» (hueso de perro) o «t-bone» (hueso en T). Estos filetes son tipos de entalladuras que extienden la forma de la esquina más allá del área de corte para que la broca pueda hacer una rotación completa y salir de la esquina, creando un ángulo de 90°, o retroceder ligeramente para crear una esquina aguda mientras sigue la trayectoria de la herramienta. Como sugieren los nombres, los filetes dog-bone parecen juguetes para morder y los filetes t-bone parecen la letra «T», con bordes redondeados.

Los filetes dog-bone y t-bone no son difíciles de incorporar en diseños CNC y no aumentan inherentemente los costes de mecanizado CNC. Sin embargo, los diseñadores deben recordar hacer el punto de entrada para el filete dog-bone un 15 % a 20 % más grande que el diámetro de la fresa.

Si el diseño no puede acomodar un filete dog-bone, la forma más simple de incluir esquinas interiores agudas es escuadrarlas manualmente usando una sierra de tracción (pull-saw), cincel estándar o cincel de esquina. Las brocas, cepilladoras y herramientas de mecanizado por descarga eléctrica (EDM) también pueden crear esquinas agudas, pero tienden a ser soluciones menos rentables.

También puede lograr ángulos rectos utilizando EDM por hilo (wire EDM). Técnicamente, no podrá lograr una esquina verdaderamente cuadrada; quedará un radio minúsculo de 0,005"-0,006" dejado por el hilo, pero muchos equipos de producto encuentran un radio tan pequeño aceptable. El mecanizado alrededor de esquinas agudas con EDM por hilo puede proporcionar un corte muy preciso y un excelente acabado superficial. Sin embargo, es importante tener en cuenta que las máquinas de EDM por hilo son muy lentas, especialmente en comparación con las herramientas de corte CNC.

Diseño para mecanizabilidad con Fast Radius

Para muchos equipos de producto, diseñar una pieza limpia y funcional es fácil; es diseñar para la fabricabilidad, y la mecanizabilidad específicamente, lo que resulta más desafiante. Optimizar un diseño para la fabricabilidad requiere práctica, experiencia y mucha experiencia técnica. ¿Cómo pueden los equipos de producto estar seguros de que su diseño resultará en una pieza funcional y bonita que no aumentará los costes de mecanizado CNC?

Diseñar para la mecanizabilidad se vuelve mucho más fácil con la ayuda de un socio de fabricación experimentado como Fast Radius. Tenemos las últimas tecnologías de diseño digital a nuestra disposición, y nuestro equipo de expertos en diseño e ingenieros puede ayudar a los equipos de producto de todas las formas y tamaños a optimizar su pieza. Contáctenos hoy: hagamos posibles cosas nuevas.

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