Cómo influyen las estrictas tolerancias CNC en el diseño y la producción

La tolerancia es un grado permitido para las desviaciones de las dimensiones de las piezas en función de su forma, ajuste y función. Es el término utilizado para definir cuán exacta debe ser la medición de un componente. Define la cantidad de variación o desviación permitida en la medida base, especialmente en lo que respecta a la dimensión de las piezas mecanizadas CNC.

Para mitigar estas desviaciones, el mecanizado CNC utiliza tolerancias estándar. A menos que el diseñador indique lo contrario, las tolerancias para piezas hechas de plástico son +/-.010'' y +/-.005'' para piezas metálicas. Sin embargo, cuanto mayor sea la precisión requerida de la pieza, más estricta será su tolerancia (como +/-.0004″).

Una pregunta recurrente es si las tolerancias más estrictas de las piezas CNC afectan la producción y el diseño de las piezas. La respuesta es un rotundo ¡Sí! La mayor influencia en el diseño y la producción podría provenir de tolerancias estrictas.

Tolerancias más estrictas dan como resultado mayores costos de producción

Los niveles de tolerancia afectan el tiempo de respuesta del mecanizado y las herramientas para influir en sus costos. ¿Aquí está el por qué? Tolerancias más estrictas a menudo conducen más fácilmente a un aumento de desechos, al uso de herramientas de medición especiales y accesorios adicionales. La apuesta por tolerancias más estrictas también podría ralentizar la velocidad de mecanizado y, en consecuencia, aumentar los tiempos del ciclo de producción.

Por lo tanto, dependiendo del nivel de tolerancia requerido y su geometría, buscar tolerancias de pieza más estrictas podría duplicar el costo de diseño y producción en comparación con lograr niveles de tolerancia estándar.

Tres formas en que las tolerancias más estrictas aumentan el costo

Hay tres formas principales en las que unas tolerancias más estrictas en la fabricación de piezas podrían aumentar el coste de producción. Incluyen;

1. Uso de herramientas especializadas y costosas

Cuando se requieren herramientas especializadas para lograr la tolerancia y precisión requeridas, obtener estas herramientas aumentaría el costo de producción.

2. Realización de pruebas costosas

Es necesaria una inspección minuciosa para las piezas CNC con tolerancias estrictas. Ya sea que las pruebas las realicen humanos o se controlen automáticamente, esto implica más tiempo y trabajo. A veces, debido a tolerancias estrictas, se debe inspeccionar cada componente y cualquier pieza que esté fuera de las especificaciones debe rechazarse, incluso si de otro modo sería utilizable. En consecuencia, este alto índice de clasificación y rechazo también influye en el precio de las piezas, haciéndolas más altas.

3. Procesos adicionales

Las tolerancias más estrictas de las piezas CNC frecuentemente requieren más procesos, equipos y herramientas, lo que aumenta los costos de producción. Por ejemplo, cuando se trata del acabado superficial necesario para el metal, los procesos secundarios como lijado, bruñido y refinado son costosos y solo deben realizarse cuando sea necesario.

Las tolerancias más estrictas requieren una modificación del proceso de fabricación

Si selecciona tolerancias que son más estrictas que los estándares de la industria, el proceso de fabricación óptimo para sus piezas CNC puede cambiar. La razón es que la selección del proceso de producción puede afectar a tolerancias más estrictas.

Por ejemplo, se puede mecanizar un agujero con un conjunto de tolerancias utilizando una fresa vertical y otro conjunto de tolerancias al perforar el mismo agujero utilizando un torno, lo que aumenta los plazos de entrega. Además, las tolerancias fundamentales en máquinas CNC con diferentes números de ejes pueden diferir.

Además, los tipos de piezas que puede procesar una máquina CNC dependen de su tolerancia. En algunas circunstancias, la pieza necesitará más operaciones antes de que pueda alcanzar una tolerancia estricta. Si desea características de acabado pequeñas o extremadamente finas en sus productos, es posible que deba someterlos a varias operaciones de mecanizado distintas. Los distintos procedimientos de mecanizado también producen diferentes rugosidades o características de la superficie. Puede ser necesario esmerilar o lapear para cumplir con estándares de tolerancia aún más estrictos.

La estanqueidad de la tolerancia depende del material

La complejidad de fabricar un producto utilizando una tolerancia particular puede variar mucho según el material. Debido a que el material se flexiona mientras se corta, suele ser difícil mantener una tolerancia establecida para materiales más blandos como termoestables y termoplásticos.

El grado de tolerancia alcanzado con un determinado material puede depender de sus cualidades. Entre estas características se encuentran:

Estabilidad al calor :Los no metales, como los plásticos, suelen experimentar problemas de estabilidad térmica. Estos materiales se deforman durante el mecanizado CNC a medida que se acumula calor, lo que afecta la tolerancia de la pieza.

Abrasividad :Para algunos materiales de mecanizado CNC con alto contenido de carbono, como el acero al carbono y el titanio, su naturaleza abrasiva dificulta lograr una tolerancia específica manteniendo la precisión. Esta dificultad se debe principalmente a la cantidad de cambios de herramienta necesarios.

Dureza :En comparación con los materiales más blandos, los más duros como el aluminio, el acero inoxidable, el latón y el cobre son más sencillos de procesar con tolerancias precisas. La razón es que a medida que la máquina herramienta entra en contacto con materiales más blandos, es más fácil alterar la dimensión. Por lo tanto, fresar materiales más delicados requiere paciencia.

Complejidad y Diseño en Piezas

El diseño de piezas CNC es el elemento más crucial para controlar tolerancias estrictas. Hacer ajustes durante la fase de diseño no solo producirá tolerancias estrictas y constantes, sino que también mejorará la calidad, aumentará la satisfacción del cliente y reducirá los gastos.

El control de tolerancia puede verse afectado por la geometría de la pieza, las dimensiones generales y las especificaciones de espesor de pared. Las distintas tasas de contracción que pueden experimentar las paredes gruesas dentro de sus secciones gruesas hacen que sea difícil mantener tolerancias precisas debido a la contracción variable dentro de las diferentes secciones.

Inspección de piezas de impacto con tolerancias más estrictas

Es difícil y lleva más tiempo verificar tolerancias más estrictas. La razón es que se requieren mejores equipos de medición y técnicas de inspección. Además, como resultado, los costos de producción de piezas aumentarán.

Por ejemplo, la vibración causada por el fresado puede provocar marcas de vibración. Si bien es posible inspeccionar estas marcas visualmente, esto requiere herramientas de inspección sofisticadas para obtener datos precisos como la profundidad y la longitud de las marcas. Estas marcas pueden ser perjudiciales y provocar ruido y vibraciones en el conjunto (especialmente cuando se trata de tolerancias más estrictas).

Elija solo si es necesario

Muchas personas tienden a ser demasiado específicas al seleccionar una tolerancia. Seleccionar una tolerancia de 0,001 mm en lugar de 0,01 mm puede dar como resultado un aumento de precio de dos a tres veces. Tolerancias más estrictas requieren una fabricación más meticulosa y más pruebas para garantizar la precisión de las piezas.

En algunas situaciones son necesarias tolerancias más estrictas. Sin embargo, las tolerancias de las piezas deben determinarse principalmente por cómo funcionan juntas, sus usos, cómo se fabrican y qué tan sensibles son las características a la variación.