¿Cómo afectan al diseño y la producción las tolerancias más estrechas de las piezas CNC?

La tolerancia es un margen permitido para las desviaciones de las dimensiones de una pieza 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 medición base, especialmente en lo que respecta a la dimensión de las piezas mecanizadas por CNC.

Para mitigar estas desviaciones, el mecanizado CNC utiliza tolerancias estándar. A menos que el diseñador indique lo contrario, las tolerancias para las piezas de plástico son de +/-.010′′ y de +/-.005′′ para las piezas de metal. No obstante, cuanto mayor sea la precisión requerida de la pieza, más estrecha será su tolerancia (como +/-.0004″).

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

Las tolerancias más estrechas resultan en mayores costes de producción

Los niveles de tolerancia afectan el tiempo de entrega del mecanizado y las herramientas para influir en sus costes. ¿Por qué? Las tolerancias más estrechas a menudo conducen más fácilmente a un aumento de la chatarra, al uso de herramientas de medición especiales y a utillajes adicionales. La búsqueda de tolerancias más estrechas también podría ralentizar el ritmo del mecanizado, aumentando en consecuencia los tiempos del ciclo de producción.

Así que, dependiendo del nivel de tolerancia requerido y de su geometría, buscar tolerancias más estrechas de las piezas podría duplicar el coste de diseño y producción en comparación con lograr niveles de tolerancia estándar.

Tres formas en que las tolerancias más estrictas aumentan el coste

Hay tres formas principales en que las tolerancias más estrechas para 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 la precisión necesarias, obtener estas herramientas aumentaría el coste de producción.

2. Realización de pruebas costosas

Una inspección exhaustiva es necesaria para las piezas CNC con tolerancias estrechas. Ya sea que las pruebas las realicen personas o se controlen automáticamente, esto implica más tiempo y trabajo. A veces, debido a las tolerancias estrechas, cada componente debe inspeccionarse, y cualquier pieza que esté fuera de especificación debe rechazarse, incluso si de otro modo fuera utilizable. En consecuencia, esta alta tasa de clasificación y rechazo también influye en el precio de las piezas, haciéndolo más alto.

3. Procesos adicionales

Las tolerancias más estrechas de las piezas CNC exigen con frecuencia más procesos, equipos y herramientas, lo que eleva los costes de producción. Por ejemplo, cuando se trata del acabado superficial necesario para el metal, los procesos secundarios como el lijado, el bruñido y el refinado son costosos y solo deben realizarse cuando sea necesario.

Las tolerancias más estrechas 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 repercutir en las tolerancias más estrechas.

Por ejemplo, un agujero puede mecanizarse con un conjunto de tolerancias utilizando una fresadora vertical y con otro conjunto de tolerancias al mandrinar el mismo agujero utilizando un torno, aumentando los plazos de entrega. Además, las tolerancias fundamentales en las máquinas CNC con distinto número 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 más operaciones antes de poder alcanzar una tolerancia estrecha. Si desea características de acabado pequeñas o extremadamente finas en sus productos, es posible que necesite someterlas a varias operaciones de mecanizado distintas. Los procedimientos de mecanizado distintos también producen diferentes rugosidades o características superficiales. El rectificado o el lapeado pueden ser necesarios para cumplir estándares de tolerancia aún más estrechos.

La estrechez de la tolerancia depende del material

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

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

Estabilidad térmica: 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 el calor, afectando 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 al número 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, el fresado de materiales más delicados requiere paciencia.

Complejidad y diseño en las piezas

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

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

Las tolerancias más estrechas repercuten en la inspección de las piezas

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

Por ejemplo, la vibración causada por el fresado puede dar lugar a marcas de vibración (chatter). 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 la marca. Estas marcas pueden ser perturbadoras, causando ruido y vibración en el ensamblaje (particularmente cuando se trata de tolerancias más estrechas).

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 resultar en un aumento de precio de dos a tres veces. Las tolerancias más estrechas requieren una fabricación más meticulosa y más pruebas para garantizar la precisión en todas las piezas.

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