Reduzca costos en mecanizado CNC: Consejos expertos para piezas de precisión

El mecanizado CNC es un proceso de fabricación digital establecido que puede producir piezas de alta precisión con excelentes propiedades físicas directamente desde archivos CAD.

El costo de procesamiento de máquinas herramienta CNC puede variar mucho según el propósito para el que se use. Ya sea que esté creando un solo prototipo o preparándose para producción en masa, es necesario verificar el presupuesto general del proyecto antes de realizar un pedido.

El cálculo de los costos de mecanizado CNC parece muy complicado. Debemos considerar muchos factores; comparado con otros métodos de fabricación, la evaluación final del costo es más difícil.

Por lo tanto, primero analizamos qué factores afectan el procesamiento de mecanizado CNC. Luego proporcionamos algunas pautas factibles para estos factores, que han demostrado reducir el costo de las piezas de mecanizado CNC. Al ser consciente de estos factores temprano en el ciclo de desarrollo, puede minimizar costos sin tener que pagar un alto precio.

Costos de diseño

El mecanizado CNC mejora y se desarrolla cada año, por lo que se vuelve más complejo cada año. Como resultado, mantenerse al día con el desafío del diseño de piezas puede ser un desafío. Sin embargo, haciendo algunos ajustes relativamente simples al diseño de la pieza o selección de material, aún puede mejorar la función mientras reduce el costo de mecanizado de piezas. Consultar a un mecánico o ingeniero experimentado durante la fase de diseño puede aumentar el costo inicial del proyecto, pero ahorrará aún más a largo plazo.

Aquí hay una lista de consideraciones a tener en cuenta:

Tolerancia: Cuanto menor sea la tolerancia, mayor será el costo

Tamaño y profundidad de agujeros: Los agujeros profundos y pequeños son lentos de mecanizar con precisión y propensos a rotura de herramienta.

Diámetro interior: Cuanto menor sea el diámetro, menor será la fresa de extremo requerida para crearlo. Cuanto menor sea la fresa de extremo, más lenta será la velocidad de procesamiento. En el rango factible, aumente el diámetro del agujero tanto como sea posible.

Profundidad de corte: Al igual que los agujeros, las cavidades extra profundas requieren más tiempo para procesar y pueden requerir herramientas pedidas especialmente, aumentando costos.

Espesor de pared: Las paredes delgadas requieren cuidado extra. El mínimo absoluto recomendado es 1.0 mm para plásticos y 0.5 mm para metales.

Rebajes—Ciertas características, como ranuras para anillos tóricos o chavetas, pueden (y a menudo deben) mecanizarse con una herramienta hecha especialmente para rebajes.

Cómo optimizar el diseño y minimizar el costo

1. Agregar radio a los bordes verticales internos

Todas las herramientas de fresado CNC tienen forma cilíndrica, lo que produce un radio al cortar el borde de la cavidad.

Use una herramienta de diámetro menor para reducir el radio de la esquina. Esto significa que se requerirán múltiples pasadas a una velocidad más baja—las herramientas más pequeñas no pueden remover material tan rápido como una herramienta más grande en una pasada, lo que aumenta el tiempo de fresado y, por lo tanto, aumenta los costos del proyecto.

Para reducir costos, los expertos recomiendan que el radio de la esquina sea ligeramente mayor que el radio de la herramienta que se usará para mecanizar la cavidad. Esto puede reducir la carga en la herramienta y reducir aún más los costos de fabricación.

2. Limitar la profundidad de las cavidades

Mecanizar cavidades profundas afectará enormemente el costo de las piezas CNC, porque se necesita remover mucho material, lo que consume mucho tiempo.

La longitud de corte de las herramientas CNC es limitada: generalmente, cuando la profundidad de corte es de 2-3 veces el diámetro de la cavidad, funcionan mejor; diseñar una cavidad más profunda, debido a la necesidad de herramientas especiales o sistemas CNC multi-eje, conduce a costos aumentados.

3. Aumentar el espesor de paredes delgadas

Aumente el espesor de la pared delgada para reducir el tiempo de procesamiento. A menos que el peso sea el factor principal, las piezas sólidas gruesas serán más estables.

Las piezas delgadas son propensas a vibración. Para evitar deformación o agrietamiento al procesar paredes delgadas, es necesario realizar múltiples mecanizados a baja profundidad de corte, por lo que es difícil mecanizarlas con precisión.

Para piezas metálicas, el espesor de pared diseñado debe ser mayor a 0.8 mm (cuanto más grueso, mejor). Para piezas plásticas, el espesor mínimo de pared debe mantenerse por encima de 1.5 mm. Al colocar agujeros o roscas muy cerca del borde de una pieza, a menudo se encontrarán paredes delgadas. Al colocar agujeros en su diseño, asegúrese de seguir también las pautas anteriores.

4. Limitar la longitud de roscas

Limite la longitud máxima de la rosca a 3 veces el diámetro del agujero. Para roscas en agujeros ciegos, es mejor aumentar el diámetro en al menos 1/2 en el fondo del agujero.

Especificar roscas más largas de lo necesario puede aumentar el costo de las piezas CNC, ya que puede requerir herramientas especiales.

5. Diseñar agujeros con tamaños estándar

El tamaño de broca estándar se usa al diseñar el agujero, y el agujero CNC puede mecanizarse rápida y precisamente con la broca estándar. Para tamaños no estándar, se debe usar una fresa de extremo para mecanizar el agujero, lo que aumenta costos.

Se recomienda limitar la profundidad de todos los agujeros a 4 veces el diámetro. Si hace agujeros más profundos (hasta 10 veces el diámetro), aumentará el costo debido a la dificultad de procesamiento.

6. Especificar tolerancias solo cuando sea necesario

Definir tolerancias estrictas aumentará el costo del CNC, porque no solo aumenta el tiempo de mecanizado, sino que también requiere inspección manual. Si no se define una tolerancia específica en el dibujo técnico, se usará la tolerancia estándar (±0.125 mm o superior) para mecanizar la pieza, lo cual es suficiente para la mayoría de características no críticas.

El punto decimal en la dimensión es importante. Especifican el nivel de precisión y el instrumento usado para medición. Por ejemplo, dos decimales indican que el mecánico puede usar un calibre vernier para medir, mientras que tres decimales indican que se debe usar un micrómetro o herramienta CMM equivalente. Para minimizar costos, evite agregar decimales extra a la dimensión.

7. Mantener el número de configuraciones de máquina al mínimo

Se recomienda diseñar piezas que puedan procesarse en la menor cantidad de configuraciones de máquina posible, preferiblemente en una sola configuración.

Rotar o reubicar piezas aumenta los costos de fabricación porque generalmente debe hacerse manualmente. Además, para geometrías complejas, pueden requerirse fijaciones personalizadas, lo que aumenta aún más los costos. Geometrías particularmente complejas pueden requerir un sistema CNC multi-eje, lo que aumenta aún más el precio.

Se puede considerar dividir la pieza en varias geometrías, que pueden mecanizarse CNC en una sola configuración y luego atornillarse o soldarse juntas. Esto también se aplica a piezas con bolsillos profundos.

8. Eliminar todo texto y letras

Agregar texto a la superficie de piezas mecanizadas CNC puede aumentar significativamente los costos debido a la necesidad de pasos de mecanizado adicionales y que consumen tiempo. Si el texto es necesario, prefiera grabado sobre letras en relieve, ya que estas últimas requieren la remoción de mucho más material.

9. Evitar (múltiples) acabados superficiales

El acabado superficial mejora la apariencia de las piezas mecanizadas CNC y mejora su resistencia a entornos hostiles, pero también aumenta costos.

Solicitar múltiples acabados superficiales diferentes en la misma pieza aumentará aún más el precio, así que intente elegir el acabado después del procesamiento, y solo requiera múltiples tratamientos superficiales cuando sea absolutamente necesario.

Costos de materiales

La elección de materiales para piezas de mecanizado afecta los costos de dos maneras: costos de materia prima y costos de procesabilidad del material. Algunos materiales son más caros como materias primas que otros, mientras que otros son más difíciles de fabricar que otros. Cuanto menor sea la procesabilidad del material, más caro será.

Si el material a usar es potencialmente peligroso, se deben tomar precauciones de seguridad adicionales, aumentando así los costos de producción. Lo siguiente presenta principalmente el costo de procesabilidad de materiales.

La maquinabilidad se refiere a la facilidad de cortar el material. Cuanto mayor sea la maquinabilidad, más rápido puede procesarse el material CNC y menor será el costo.

El cobre es un buen conductor eléctrico, especialmente el latón C360 es el metal más mecanizable, fácil de fresar y puede procesarse a alta velocidad, y podría tener justo las propiedades mecánicas, químicas o conductoras necesarias para su aplicación. Pero el cobre es mucho más caro que el aluminio. Aunque el aluminio es aproximadamente el 60% de la conductividad eléctrica del cobre, el ahorro de peso y costo puede hacerle reconsiderar el aluminio.

La trabajabilidad del acero es 10 veces menor que la del aluminio, y el tiempo de procesamiento es al menos 2 veces mayor que el aluminio. Tenga en cuenta que diferentes grados de acero tienen diferentes propiedades de mecanizado. Por ejemplo, el índice de trabajabilidad del acero inoxidable 304 (la aleación de acero inoxidable más común) es 45%, mientras que el índice de trabajabilidad del acero inoxidable 303 (una aleación con composición química muy similar) es 78%, por lo que es más fácil de procesar. El acero inoxidable 17-4 PH es difícil de cortar. Si la alta resistencia y resistencia a la corrosión no son críticas, intente 316L o 304 en su lugar.

Si la dureza es una preocupación, el 4140 podría ser su primera elección, pero el 1018 es de muy bajo costo y logra un endurecimiento superficial admirable.

La maquinabilidad de los plásticos depende principalmente de su rigidez y propiedades térmicas. Algunos plásticos tienen excelente resistencia al desgaste, corrosión o química, otros funcionan bien bajo calor o llama, mientras que otros tienen excelentes propiedades de resistencia, impacto o eléctricas.

El POM (Delrin) es el plástico más fácil de procesar, seguido por ABS. PEEK y Nylon son otros plásticos de ingeniería comunes, que son difíciles de procesar. Generalmente, cuanto más blando el material, mayor el riesgo de inestabilidad dimensional y estiramiento durante el fresado.

Para piezas de mecanizado, muchos excelentes materiales pueden mecanizarse, cada uno con su propio conjunto único de propiedades, aplicaciones y costos. El precio de diferentes materiales en stock puede variar ampliamente pero generalmente se basa en disponibilidad general, por lo que es necesario elegir el material más adecuado según la situación real.

Costos de mano de obra

El mecánico involucrado en la fabricación de las piezas debe pagar por su trabajo. Dedica tiempo a configurar la máquina para operaciones CNC personalizadas y asegurar que todas las operaciones se realicen de manera que produzcan buenos resultados. Si las piezas son difíciles, más complejas y requieren un nivel más alto y la experiencia de un mecánico capacitado, entonces los costos de producción aumentarán. Estas habilidades y experiencia adicionales tienen un precio, porque se adquieren principalmente de la experiencia laboral en lugar de educación formal. Cuanto más intensiva en mano de obra sea la producción de una pieza, mayor será su precio.

El post-procesamiento de piezas, acabado o ensamblaje también requiere trabajo manual adicional, lo que también aumentará los costos de mano de obra. Por lo tanto, es una buena opción subcontratar algunas piezas de precisión a China, que tiene altas capacidades de fabricación y costos laborales no particularmente altos.

Costos de máquina

Los equipos modernos de mecanizado y fabricación son diferentes y muy caros. ¿Puede completarse una pieza con una máquina multi-eje o requiere múltiples máquinas? ¿Y cuántas máquinas y operaciones diferentes se necesitan? El tamaño y la función del equipo requerido aumentarán los factores que afectan el costo total.

Puede alquilar varios tipos diferentes de máquinas CNC para el proyecto. La que elija puede afectar el costo de su trabajo. Para máquinas de 3 ejes, incluyendo fresadoras CNC y tornos CNC, los costos operativos de máquinas multi-eje son relativamente más altos.

Cuando recibimos el proyecto, primero nuestros ingenieros revisarán el proceso de producción, luego elegirán el método de producción más económico, y finalmente obtendremos el tiempo de producción. Dado que diferentes procesos de producción tendrán diferentes tiempos de producción, a veces el precio de la pieza será muy alto.

Sin embargo, no se preocupe porque nuestros ingenieros son muy profesionales y los precios que cotizamos son precisos. Nuestros precios no son necesariamente los más baratos, pero deben ser los más adecuados a la misma calidad.

Finalmente, está la cantidad de piezas. Cuanto mayor sea el número de piezas, menor será el costo de cada unidad adicional. Esto significa que los pedidos grandes aumentan el costo final de las piezas, pero reducen el costo unitario. Si quiere hacer múltiples piezas idénticas, puede reutilizar la misma programación CAM y fijaciones, o puede cortar múltiples piezas del mismo stock a la vez.

SANS se especializa en la fabricación de piezas de precisión CNC personalizadas, sin MOQ. Se especializa en fabricar varios tipos, pedidos de pequeño volumen y prototipos. Puede darle cotización rápida y entrega.

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