Cómo las Tolerancias CNC Estrictas Influyen en el Diseño y la Producción

La tolerancia es una extensión permitida para desviaciones en las dimensiones de la pieza basadas en su forma, ajuste y función. Es el término usado para definir qué tan exacta debe ser la medición de un componente. Define la cantidad de variación o desviación permitida en la medición base, especialmente en cuanto a la dimensión de piezas mecanizadas CNC.

Para mitigar estas desviaciones, el mecanizado CNC usa tolerancias estándar. A menos que el diseñador indique lo contrario, las tolerancias para piezas hechas de plástico son +/- 0,25 mm y +/- 0,13 mm para piezas metálicas. No obstante, cuanto mayor sea la precisión de la pieza requerida, más estricta será su tolerancia (como +/- 0,01 mm).

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

Las Tolerancias Más Estrictas Resultan en Costes de Producción Más Altos

Los niveles de tolerancia afectan el tiempo de respuesta del mecanizado y las herramientas para influir en sus costes. ¿Por qué? Las tolerancias más estrictas a menudo conducen a mayor desperdicio, el uso de herramientas de medición especiales y sujetadores adicionales. La puja por tolerancias más estrictas también podría ralentizar la tasa de mecanizado, aumentando consecuentemente los tiempos de ciclo de producción.

Así, dependiendo del nivel de tolerancia requerido y su geometría, buscar tolerancias de pieza más estrictas podría duplicar el coste de diseño y producción comparado con alcanzar niveles de tolerancia estándar.

Tres Formas en que Tolerancias Más Estrictas Aumentan el Coste

Hay tres formas principales en que tolerancias más estrictas para fabricar piezas podrían aumentar el coste de producción. Incluyen:

1. Uso de Utillaje Especializado y Costoso

Cuando se requiere utillaje especializado para lograr la tolerancia y precisión requeridas, obtener este utillaje aumentaría el coste de producción.

2. Realización de Pruebas Costosas

Una inspección exhaustiva es necesaria para piezas CNC con tolerancias estrictas. Ya sea que la prueba la realicen humanos o de forma automática controlada, esto implica más tiempo y trabajo. A veces, debido a tolerancias estrictas, cada componente debe inspeccionarse, y cualquier pieza fuera de especificación debe rechazarse, incluso si de otro modo sería utilizable. Consecuentemente, esta alta tasa de clasificación y rechazo también influye en el precio de las piezas, haciéndolas más altas.

3. Procesos Adicionales

Las tolerancias de piezas CNC más estrictas frecuentemente requieren más procesos, equipos y herramientas, lo que eleva los costes de producción. Por ejemplo, cuando se trata del acabado superficial necesario para metal, 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 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 impactar tolerancias más estrictas.

Por ejemplo, un agujero puede mecanizarse con un conjunto de tolerancias usando una fresadora vertical y otro conjunto de tolerancias al mandrinar el mismo agujero usando un torno, aumentando los plazos de entrega. Además, las tolerancias fundamentales en máquinas CNC con diferentes conteos de ejes pueden diferir.

Adicionalmente, los tipos de piezas que una máquina CNC puede procesar dependen de su tolerancia. En algunas circunstancias, la pieza necesitará operaciones adicionales antes de poder alcanzar tolerancia estricta. Si quiere características de acabado extremadamente finas o pequeñas en sus productos, podría necesitar someterlos a varias operaciones de mecanizado distintas. Los procedimientos de mecanizado distintos también producen rugosidad superficial o características variables. El rectificado o lapeado puede ser necesario para cumplir estándares de tolerancia aún más estrictos.

La Estrictez de la Tolerancia Depende del Material

La complejidad de fabricar un producto usando una tolerancia particular puede variar enormemente dependiendo del material. Debido a la flexión del material al ser cortado, mantener una tolerancia establecida para materiales más blandos como termoestables y termoplásticos es típicamente difícil.

El grado de tolerancia logrado con un material dado puede depender de sus cualidades. Entre estas características están:

Estabilidad Térmica: Los no metales como los plásticos típicamente experimentan problemas con la estabilidad térmica. Estos materiales se deforman durante el mecanizado CNC a medida que se acumula calor, afectando la tolerancia de la pieza.

Abrasividad: Para algunos materiales de mecanizado CNC con alto contenido de carbono, como acero al carbono y titanio, su naturaleza abrasiva hace difícil lograr tolerancia específica mientras se mantiene la precisión. Esta dificultad se debe principalmente al número de cambios de herramienta necesarios.

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

Complejidad y Diseño en Piezas

El diseño de pieza CNC es el elemento más crucial en el control de tolerancias estrictas. Hacer ajustes durante la fase de diseño no solo producirá tolerancias estrictas consistentes, sino que también mejorará la calidad, aumentará la satisfacción del cliente y reducirá gastos.

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

Las Tolerancias Más Estrictas Impactan la Inspección de Piezas

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, los costes de producción de piezas aumentarán como resultado.

Por ejemplo, la vibración causada por el fresado puede resultar en marcas de chatter. Aunque es posible inspeccionar estas marcas visualmente, esto requiere herramientas de inspección sofisticadas para obtener datos precisos como profundidad y longitud de la marca. Estas marcas pueden ser disruptivas, causando ruido y vibración en el ensamblaje (particularmente cuando se trata de tolerancias más estrictas).

Elija Solo Si Es Necesario

Muchos individuos se inclinan por ser demasiado específicos al seleccionar una tolerancia. Seleccionar una tolerancia de 0,001 mm en lugar de 0,01 mm puede resultar en un aumento de precio de dos a tres veces. Las tolerancias más estrictas requieren fabricación más meticulosa y más pruebas para garantizar la precisión en todas las piezas.

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