Dominando la tolerancia de mecanizado: Claves para fabricación de precisión

¿Qué es la tolerancia?

La tolerancia de mecanizado, también llamada precisión dimensional, es la cantidad aceptable de variación en el tamaño de una pieza. Esto se expresa como los límites de tamaño máximo y mínimo de la pieza. Si el tamaño de la pieza está dentro de estos límites, la pieza se considera dentro del rango de tolerancia. Sin embargo, si las dimensiones de las piezas exceden estos límites, las piezas exceden las tolerancias aceptables y se consideran inutilizables.

Con respecto al mecanizado CNC, las tolerancias se usan en dos contextos diferentes: en términos de máquina CNC y en términos de diseño de mecanizado CNC.

En máquina CNC, la tolerancia se refiere a la precisión dimensional que la máquina puede lograr al mecanizar piezas. Las máquinas CNC son muy precisas, y algunas máquinas pueden producir una precisión de ±0.0025 mm. Sin embargo, las tolerancias de diferentes máquinas CNC son diferentes y generalmente son especificadas por el fabricante. Por ejemplo, 0.02 mm es una tolerancia promedio típica. Los proveedores de mecanizado CNC pueden ajustar la tolerancia de la máquina para cumplir con la tolerancia especificada por el cliente.

En diseño y fabricación, la tolerancia es el rango aceptable de cambios dimensionales de la pieza, que aún permitirá la función completa de la pieza. La tolerancia es determinada por el diseñador y se basa en la función, aplicación y forma de la pieza.

Tipos de tolerancia

Tolerancia geométrica

No solo proporciona la dimensión y tolerancia de una pieza, sino que también especifica la característica geométrica exacta de la pieza a la que se aplica la tolerancia, como planicidad, redondez, cilindricidad, rectitud, perfil, etc. Es la tolerancia de la forma geométrica del elemento medido, es decir, la precisión de la forma geométrica. No hay error con respecto a la referencia, y es un error independiente.

Tolerancia dimensional

La tolerancia dimensional significa que en el proceso de fabricación de piezas, debido a factores como procesamiento o medición, siempre hay un cierto error en el tamaño real después de la finalización. Para asegurar la intercambiabilidad de piezas, el tamaño real de las piezas debe controlarse dentro del rango de variación permitido. Esta variación dimensional permitida se llama tolerancia dimensional.

El límite superior especifica la dimensión máxima aceptable mientras que el límite inferior especifica la dimensión mínima aceptable. Cualquier valor entre estos dos es aceptable. En el caso del mismo tamaño básico, cuanto menor sea la tolerancia dimensional, mayor será la precisión dimensional.

Tolerancia de orientación

La tolerancia de orientación es la cantidad total de cambio permitida en la dirección del elemento real de referencia relativo a la referencia, incluyendo paralelismo, perpendicularidad y angularidad.

El paralelismo (∥) se usa para controlar el requisito de que la dirección del elemento medido (plano o línea recta) en la pieza se desvíe del elemento de referencia (plano o línea recta) en 0°, es decir, se requiere que el elemento medido sea equidistante de la referencia.

La perpendicularidad (⊥) se usa para controlar el requisito de que la dirección del elemento medido (plano o línea recta) en la pieza se desvíe del elemento de referencia (plano o línea recta) en 90°, es decir, se requiere que el elemento medido sea 90° a la referencia.

La angularidad (∠) se usa para controlar el grado de desviación del elemento medido (plano o línea recta) del elemento de referencia (plano o línea recta) desde un ángulo dado (0°~90°) en la pieza, es decir, se requiere que el elemento medido forme un cierto ángulo con la referencia (excepto 90°).

Tolerancia de posición

La tolerancia de posición se refiere a la cantidad total de cambios permitidos por los elementos asociados a la posición de referencia. La zona de la zona de tolerancia de posicionamiento relativa al datum es fija. La zona de tolerancia de posicionamiento no solo controla el error de posición del elemento medido, sino que también controla el error de dirección y error de forma del elemento medido.

La tolerancia de posición incluye tres tipos: concéntrico, simetría y posición.

La tolerancia de concéntrico se usa para controlar el error de coaxialidad del eje medido de la pieza de eje al eje de referencia.

La tolerancia de simetría se usa para controlar el error de coplanaridad (o colinealidad) del plano central medido (o eje) al plano central de referencia (o eje).

La tolerancia de posición se usa para controlar el error de posición del elemento medido (punto, línea, superficie) a la referencia. El error de posición se puede dividir en tres tipos: dada una dirección, dadas dos direcciones y cualquier dirección, esta última es la más usada.

Tolerancia de circularidad

Se puede dividir en circularidad y circularidad total.

Circularidad: se refiere a la diferencia máxima de lectura medida por el indicador en la dirección especificada cuando la superficie real medida gira alrededor del eje de referencia sin movimiento axial.

Circularidad total: se refiere a la rotación de la superficie real medida alrededor del eje de referencia sin movimiento axial, mientras el indicador se mueve paralelo o perpendicular al eje de referencia. La diferencia máxima de lectura medida por el indicador durante todo el proceso.

La importancia de la tolerancia

Aunque se pueden proporcionar tolerancias estándar para dimensiones sin tolerancia, muchos fabricantes no las usan. Muchos fabricantes no pueden comenzar a fabricar piezas hasta que el ingeniero define todas las funciones con tolerancias. Esto es porque el fabricante no tiene un marco de referencia para entender cómo una pieza interactuará con otras piezas.

Debido a la falta de información, los fabricantes no saben la importancia de dimensiones específicas para el diseño final. No hay forma de iniciar la producción.

Dependiendo de si se proporcionan tolerancias, puede haber las siguientes posibilidades:

Se proporcionan tolerancias: Después de proporcionar las tolerancias, el fabricante puede comenzar el procesamiento de piezas inmediatamente después de recibir el diseño y conocer los límites de tamaño requeridos. Esto puede minimizar costos y acortar el tiempo de respuesta.

No se proporcionan tolerancias y los fabricantes se niegan a producir: Algunos fabricantes no trabajarán en piezas sin proporcionar tolerancias para asegurar la satisfacción del cliente y reducir costos de re-producción. Aunque esto puede aumentar el tiempo de respuesta, puede ahorrar costos de reestructuración potenciales de los ingenieros.

No se proporciona tolerancia, y el fabricante continuará la producción: En este caso, el fabricante no entiende el límite inferior del diseño, por lo que se puede aplicar una tolerancia estándar de, por ejemplo, ±0.005" a la pieza. Esto significa que el diámetro puede ser 0.005 pulgadas menor que el diámetro especificado, o 0.005 pulgadas mayor que el diámetro especificado. Si el diámetro diseñado por el mecánico es 0.005 pulgadas menor que el diámetro requerido, la pieza no podrá instalarse en el eje y necesitará ser reajustada o incluso reproducida. Desperdicia enormemente el tiempo del diseñador y el proveedor y el costo, también puede causar retrasos en el proyecto.

Usar tolerancias correctamente significa que sus piezas encajarán ya sea un ajuste deslizante o un ajuste a presión. Si está fabricando piezas compatibles con otros componentes, absolutamente debe definir sus tolerancias. Incluso un pequeño error de medición o variación en el tamaño hará que su producto sea funcionalmente inútil o incompatible.

Si está usando tolerancias innecesariamente ajustadas, eso hace que la pieza sea más cara de producir. No hay razón para aplicar una tolerancia de +/- 0.0002 cuando una de +/- 0.002 funcionará bien.

Factores que afectan la tolerancia de mecanizado

Hay muchos factores a considerar al determinar tolerancias. Estos incluyen:

Materiales:

Los materiales se comportan de manera diferente bajo presión, y algunos materiales son más fáciles de procesar que otros. Al determinar tolerancias, estas propiedades de materiales deben considerarse.

Por ejemplo, debido a la abrasividad de los materiales, estos materiales afectarán las tolerancias de diseño cuando desgasten la máquina de corte.

Dureza y rigidez: Generalmente, cuanto más blando es un material, más difícil es mantener una tolerancia especificada debido a la flexión del material durante el corte. Plásticos como Nylon, HDPE y PEEK pueden no mantener tolerancias tan ajustadas como acero o aluminio sin consideraciones especiales de herramientas.

Estabilidad térmica: Algunos materiales no metálicos, especialmente plásticos, se deforman cuando se calientan. Esto limita los tipos aceptables de procesos de mecanizado y afecta las tolerancias de las piezas.

También es importante considerar qué material usar al elegir ciertos procesos de procesamiento, porque algunos materiales no son compatibles con ciertas operaciones de procesamiento, como EDC no puede procesar materiales no conductores.

 

Tipo de procesamiento:

Además de los materiales usados, la máquina usada para producir la pieza y el tipo de procesamiento afectarán enormemente las tolerancias posibles de la pieza terminada. Las imágenes de la derecha son algunas máquinas de procesamiento comunes y sus tolerancias en Mecanizado SANS.

Recubrimiento y acabados:

Cualquier proceso de recubrimiento o acabado debe tenerse en cuenta al determinar dimensiones y tolerancias de piezas. Aunque el recubrimiento y acabado agregan pequeñas cantidades de material a la superficie de una pieza, estas pequeñas cantidades aún alteran las dimensiones del producto final y deben tenerse en cuenta antes de la producción.

Cómo mantener tolerancias ajustadas

1. Encontrar un lugar de trabajo adecuado

Al buscar un taller, no puede solo enfocarse en la comunidad. También necesita considerar en qué piso quiere estar. La primera planta (primer piso) es la única opción. En el segundo piso, tercer piso o incluso pisos más altos de talleres CNC, cuando la máquina CNC está funcionando, sentirá la vibración, y es casi imposible fabricar piezas CNC de precisión en un taller que tiembla.

2. Usar máquinas herramienta CNC de alta calidad

La tolerancia de la máquina es uno de los factores más importantes para asegurar la calidad de las piezas. Si la tolerancia de la máquina es ±0.02 mm, ¿cómo asegurar que la tolerancia sea ±0.01 mm?

3. Usar herramientas de corte correctas y afiladas

La calidad y nitidez de las herramientas de corte juegan un papel importante en lograr tolerancias ajustadas. Las herramientas desafiladas no solo consumirán la energía de su máquina, sino que también le impedirán obtener precisión y exactitud.

4. Ingenieros experimentados:

Los ingenieros experimentados saben cómo modificar el diseño para un procesamiento simple y preciso, produciendo así mejores resultados. Los ingenieros experimentados saben inmediatamente cuál es el mejor método para fabricar piezas después de tener los archivos CAD y tolerancias requeridos.

5. Operadores bien capacitados

Los operadores de máquinas calificados saben cómo seleccionar herramientas de corte, programar maquinaria, y realizar operaciones de mecanizado manual y torno. También saben cómo reconocer la calidad de las herramientas de corte y cambiar parámetros si es necesario. También es importante que un buen operador sepa cómo proteger las piezas durante y después del procesamiento.

6. Departamento fuerte de control de calidad:

Un buen control de calidad no aumenta automáticamente las tolerancias, pero puede asegurar que las piezas que exceden las tolerancias aceptables no se envíen a los clientes por error.

7. Buena comunicación:

Una buena comunicación con clientes y empleados puede lograr mejores resultados en la tienda. El departamento de producción debe entender con precisión las necesidades del cliente y comunicar las posibilidades reales al cliente, lo cual es muy importante.

Mecanizado SANS se especializa en fabricación de piezas mecanizadas CNC personalizadas por más de 10 años. Basamos nuestras operaciones en los estándares de calidad más estrictos e inspeccionamos todas las piezas individualmente antes del envío para asegurar que nuestras piezas superen las expectativas. Si tiene proyectos relacionados, puede enviar dibujo a nosotros para cotización detallada.