Mecanizado y gestión de la producción en un proyecto de piezas de precisión

Con el avance de la tecnología, las capacidades de mecanizado de precisión de los procesos CNC se han mejorado, satisfaciendo con exactitud la demanda de componentes de alta precisión en las industrias aeroespacial, de dispositivos médicos y de equipos industriales.

Este artículo compartirá la experiencia de Sendot Technology en el mecanizado de componentes de alta precisión a través de una descripción detallada de todo el proceso, incluyendo la tecnología, los equipos, la puesta a punto y la medición, basándose en un caso de producción completado.

Antecedentes del producto

El producto de este caso es un componente de precisión para equipos industriales, con una cantidad de pedido de 1.000 piezas. Sus dimensiones son de aproximadamente 66×38×40 mm, y está fabricado con material AL2024, requiriendo un tratamiento superficial de pavonado negro.

Este producto muestra las características típicas de los componentes pequeños de precisión, con dimensiones estructurales completas y planos claros. Existe una comprensión clara de las tolerancias dimensionales entre las estructuras clave y las generales.

Requisitos de referencia y tolerancia 

Referencia

La referencia A es el eje de los orificios concéntricos con diámetros  ∅13 y ∅11, que tiene un requisito de perpendicularidad de 0,02 con la referencia B (plano). La referencia C es el eje del orificio ∅5, que también tiene un requisito de perpendicularidad de 0,02 con la referencia B.

Tolerancias dimensionales

• ∅13+0.018/0;
• ∅11+0.018/0;
• ∅5+0.012/0;
• ∅5+0.03/0.

Tolerancias geométricas

• La concentricidad de ∅13 y ∅11 es 0,01;
• El alabeo de la superficie inferior de ∅13 (superficie roja) respecto al cilindro ∅13 es 0,01;
• La simetría de la ranura pasante ∅5 respecto al centro del círculo ∅5 es 0,02.

Analizar los retos de mecanizado de las piezas de precisión

• Las referencias A, B y C están distribuidas en tres direcciones normales diferentes, con requisitos mutuos de tolerancia geométrica.
• Las dimensiones críticas están distribuidas en dos direcciones normales, implicando tanto tolerancias dimensionales como geométricas. Esto aumenta la dificultad de procesamiento en comparación con los componentes de precisión con un solo conjunto de dimensiones críticas en una única dirección normal.
• Los tres orificios de precisión (∅5, ∅11, ∅13) tienen todos tolerancias de grado H7, con la tolerancia de ∅5 siendo +0,012, requiriendo que la tolerancia se controle dentro de 8 μm durante el mecanizado. Esto supone un gran reto para el fresado general.
• Las tolerancias de ∅11 y ∅13 son +0,018, que no son excesivamente difíciles individualmente. La precisión puede lograrse utilizando una fresa para el acabado. Sin embargo, incorporar la redondez, el alabeo y el paralelismo, que son tolerancias geométricas, al control hace que el fresado de acabado sea un gran reto.

Comparar y determinar las soluciones de ruta de proceso

1. Fresado de 3 ejes y proceso con herramienta convencional

• Ventajas: La estructura de las piezas puede procesarse completamente, con menores costes y operaciones más sencillas.
• Desventajas: Es un reto garantizar de forma continua y estable las tolerancias geométricas y de diámetro de orificio.

2. Desbaste de 3 ejes, fresado de 5 ejes y proceso con herramienta especial

Ventajas del desbaste de 3 ejes

• Reduce la carga y el coste de procesamiento del fresado de 5 ejes, liberando la tensión de desbaste temprano.
• Disminuye el espesor de sujeción en el mecanizado de 5 ejes, acorta la longitud de carga de la herramienta y mejora la rigidez de la herramienta.

Ventajas del fresado de 5 ejes

• El fresado se realiza en el mismo proceso, reduciendo el número de operaciones.
• Garantiza la precisión geométrica entre las distintas direcciones normales.

Ventajas de la herramienta especial

• Se asigna una herramienta de acabado dedicada para cada dimensión de precisión;
• Se utiliza una fresa de acabado ∅4 para la ranura pasante ∅5.0+0.03, con una estabilidad de tolerancia de aproximadamente 0,015 mm.
• Se dispone un escariador dedicado para el orificio ∅5+0.012 debido a su pequeño diámetro, que no puede mandrinarse normalmente, con una estabilidad de tolerancia de aproximadamente 4 μm.
• Se utilizan herramientas de mandrinado especiales para los orificios de precisión ∅11 y ∅13, con estabilidades de tolerancia que alcanzan 1,5 μm.

Tras una optimización continua y amplias discusiones por parte del departamento de Ingeniería de Sendot Technology, finalmente elegimos la ruta de proceso 2 como la solución de producción más adecuada.

¿Cómo garantizar el mejor resultado para las piezas mecanizadas de precisión?

Selección del equipo

Tras determinar una ruta de proceso razonable, seleccionar la maquinaria adecuada es crucial. Sendot Technology dispone de múltiples máquinas de 5 ejes, y para este caso se eligió la máquina de interpolación de 5 ejes Beijing Jingdiao JDGR300, muy adecuada para procesar componentes de precisión de pequeño tamaño como este. Esta máquina tiene las siguientes características:

• Instalada en un taller con temperatura controlada y equipada con una regla óptica de alta precisión. Puede lograr de forma estable el posicionamiento axial y el corte a nivel de micrómetro (μm).
• Mesa giratoria tipo cuna de eje AC con una precisión de posicionamiento de 6″ y una precisión de posicionamiento repetido de 4″.
• Equipada con una sonda Renishaw en máquina para la medición antes de retirar el producto de la máquina, garantizando que las dimensiones cumplan las normas.

Verificar la estabilidad del tratamiento superficial

Los procesos razonables y los equipos avanzados sientan las bases del mecanizado de componentes de alta precisión. Sin embargo, lograr una alta precisión también requiere flujos de trabajo rigurosos y un control de calidad científico.

En este caso, las tolerancias dimensionales de los tres orificios de precisión son +0,012 y +0,018 mm (12 μm y 18 μm). Además, estas tolerancias son para el tamaño del producto terminado tras la oxidación. Para garantizar una entrega precisa, es necesario considerar los siguientes factores:

• El impacto del espesor de la película de óxido en las tolerancias dimensionales.
• Los errores de medición y las fluctuaciones en los valores de medición antes y después de la oxidación.

Por lo tanto, durante el proceso de puesta a punto, Sendot Technology ajustó los distintos factores al centro de las tolerancias correspondientes tras una cuidadosa consideración. Además, se realizó una comparación de los datos de medición por CMM antes y después de la oxidación para captar las variables que afectan a la variación.

Equipo de medición y resultados

Empleamos una máquina de medición por coordenadas Zeiss para pruebas estrictas:

• La pieza de precisión terminada se fijó en la mesa de medición, y todas las mediciones de datos se completaron en una sola pasada utilizando una sonda giratoria automática.
• Se utilizó una sonda extendida para medir la tolerancia dimensional geométrica de la concentricidad de 0,01 entre los orificios ∅11 y ∅13 en la misma dirección normal. Mejora la precisión de medición en comparación con el método de medir con la sonda girada 180°.

Conclusión

La capacidad de producción por lotes de componentes de alta precisión requiere no solo equipos avanzados de mecanizado y medición, sino también un entorno con temperatura controlada y un equipo técnico experimentado que lo respalde.

Sendot Technology sigue desarrollando un proceso de desarrollo de proyectos científico y completo, un sistema estricto de revisión de procesos y una preparación precisa de la documentación de ingeniería para lograr una entrega de alta calidad. ¡Simplemente contáctenos para iniciar su proyecto hoy mismo!