Dominando las Tolerancias en Chapa Metálica: Perspectivas Prácticas para Fabricación de Precisión

Al elegir un fabricante para sus piezas de chapa metálica, el término tolerancia a menudo surge. Todos quieren que sus piezas sean réplicas exactas de sus modelos, pero en verdad, siempre tiene que haber algo de margen en la definición de perfección. Esa variación es lo que todos llamamos tolerancia. Aunque el término se usa todo el tiempo, la realidad de las tolerancias de fabricación puede volverse bastante complicada dependiendo del proceso en cuestión. Esta publicación comparará mecanizado, impresión 3D y procesos de chapa metálica y cómo afectan las tolerancias alcanzables.

Fabricación de Chapa Metálica vs. Mecanizado vs. Impresión 3D

El mecanizado y la impresión 3D son métodos de fabricación altamente precisos, removiendo o añadiendo (respectivamente) material con precisión para producir una geometría final. La chapa metálica es un método de fabricación ligeramente menos preciso que depende del corte, doblado y estiramiento de láminas delgadas de metal para producir una geometría final. Las tolerancias más laxas logradas por el método de chapa metálica son un producto de los procesos altamente variables usados para lograr una geometría.

El mecanizado proporciona el marco de referencia más entendido para tolerancias de fabricación. A menudo vemos bloques de tolerancia de mecanizado en planos de chapa metálica, como este a la derecha.

En la escuela de ingeniería, enseñan que ±0,005 pulg. (0,127 mm) para tres cifras significativas es la tolerancia base. Esto es posible porque hay una máquina creando características independientemente de las características ya creadas. No importa si taladró un agujero en un lugar, la posición y tamaño del siguiente agujero será determinado solely por la máquina que hace el corte.

La impresión 3D también es un método de fabricación preciso aunque el nivel real de precisión está determinado por los materiales y procesos usados. Tenga en cuenta, como el mecanizado, la impresión 3D crea características en una pieza independientemente de las características que vinieron antes. Continuará añadiendo material a los lugares necesarios y mantendrá un alto nivel de precisión (asumiendo que su diseño soporta apropiadamente la pieza durante la fabricación). Aquí en Protolabs, las tolerancias de impresión 3D varían de ±0,002 pulg. a ±0,012 pulg. (±0,051 mm a 0,305 mm).

En cierto sentido, la chapa metálica camina una línea entre fabricación y bienes artesanales. Doblamos y estiramos material para lograr una geometría final. No estamos añadiendo y removiendo metal con una sola máquina altamente precisa. De hecho, la fabricación de chapa metálica requiere casi una docena de máquinas, dependiendo de las características requeridas. Incluso la pieza formada más básica requiere una máquina de corte y una de doblado, cada una con sus propias tolerancias y limitaciones.

Tolerancias de Chapa Metálica de Protolabs

Dividimos las tolerancias en dos categorías.

• Tolerancias en una superficie
• Tolerancias a través de múltiples superficies

Las tolerancias en una superficie son mucho más ajustadas que aquellas a través de múltiples superficies. Al observar una sola superficie, la mayoría de las características se crean usando una máquina, un láser o punzonadora. Como el mecanizado y la impresión 3D, esto nos permite mantener tolerancias más ajustadas. Es cuando introducimos dobleces a la geometría que las cosas se vuelven un poco menos claras.

Tolerancias en Una Superficie

Consulte la tabla a continuación para tolerancias estándar para cada sección marcada de la pieza.

*El herraje se considera pernos, tuercas, separadores u otros productos de auto-fijación.

Tolerancias en Múltiples Superficies

Consulte la tabla a continuación para tolerancias estándar para cada sección marcada de la pieza.

*No acumulativo.

Una caja de chapa metálica con una tapa básica puede verse simple en diseño, pero hay matices a considerar para asegurar un ajuste adecuado.

La Lucha del Apilamiento

Usemos esta caja y tapa como caso de estudio de tolerancias en chapa metálica. Esto nos permitirá analizar las implicaciones de la fabricación de chapa metálica en tolerancias alcanzables. Este ensamblaje es engañoso en su simplicidad. A medida que hacemos una inmersión profunda en el diseño, eche un vistazo a los matices involucrados en diseñar buenas piezas de chapa metálica.

Primero, mire la tapa verde. Esta pieza tiene cuatro bridas formadas hacia arriba desde la sección central. Esta sección central tiene cuatro agujeros usados para montar la tapa a la caja rosa debajo. Estos cuatro agujeros son cortados por láser y su posición y tamaño es controlado estrechamente por un proceso controlado por computadora. Estos agujeros serán ubicados precisamente y libres del impacto del ángulo de doblez circundante y tolerancias lineales.

Con la tapa de chapa metálica removida, se revelan características adicionales que ayudan a crear una caja bien diseñada con tapa.

La situación es ligeramente diferente para los agujeros en nuestra caja rosa. A diferencia de los agujeros en la tapa, que están todos en la misma superficie, los agujeros en la caja están en cuatro superficies diferentes cada una separada por cuatro dobleces. Cruzar los cuatro dobleces, medir agujero-a-agujero, nos da una tolerancia lineal de ±0,030 pulg. (±0,762 mm) y una tolerancia angular de apilamiento de 1° por doblez. Esto significa que la ubicación de estos agujeros no está casi tan estrechamente controlada como en la tapa. Es crítico mantener esto en mente cuando está diseñando componentes de chapa metálica.

Entonces, ¿qué puede hacer para superar esto? Podría abrir los agujeros en la tapa para permitir desalineación de agujeros de montaje o usar herrajes flotantes en la caja que permitan desalineación entre la tapa y la caja. Combine ambos enfoques y habrá trivializado efectivamente las tolerancias de apilamiento vistas en la caja. Termina con un ensamblaje funcional que se acopla de forma fiable y impresionará a su cliente con su destreza en diseño de chapa metálica.

Conclusiones sobre Tolerancias

Fabricamos componentes de chapa metálica de precisión. Sin embargo, la precisión no es la misma en todos los métodos de fabricación. Un diseñador no puede esperar mantener tolerancias de mecanizado en su pieza de chapa metálica. Si entiende esto, y es cuidadoso sobre directrices de diseño y su enfoque a la chapa metálica, usted también puede lograr grandes cosas con sus piezas.