Mecanizado CNC Las tolerancias se refieren al rango aceptable de parámetros dimensionales y físicos, que pueden desviarse de su valor predefinido. Incluye principalmente dimensiones físicas como altura, ancho, grosor, profundidad y ángulos, pero no excluye parámetros físicos como temperatura, estrés y humedad.
La tolerancia es el error permisible al mecanizar las piezas con CNC. Expresamos las tolerancias en el límite superior, que se refiere a cuánta desviación positiva se permite.
Este artículo cubren las tolerancias de mecanizado típicas, varios tipos de tolerancia, factores influyentes, consejos de tolerancia y la relación entre las tolerancias y el acabado superficial.
Tolerancias típicas de mecanizado
Especificaciones técnicas de los componentes mecanizados
Las tolerancias de mecanizado se refieren a la desviación permitida de una dimensión específica en una pieza mecanizada. Las tolerancias pueden verse afectadas por varios factores, como el tipo de máquina, la tipo de corte tambiénl, el material que se está maquinandoy la complejidad de la pieza.
Las tolerancias típicas de mecanizado para procesos de fabricación comunes son:
-
- Torneado: ±0.005″ a ±0.015″
- Fresado: ±0.005″ a ±0.015″
- Taladrado: ±0.005″ a ±0.015″
- Molienda: ±0.001″ a ±0.005″
- Electroerosión por hilo: ±0.001″ a ±0.002″
Estas son pautas generales y las tolerancias pueden variar según los requisitos específicos del trabajo y el proceso de fabricación utilizado. Se pueden usar técnicas de precisión adicionales, como el superacabado, para aplicaciones con tolerancias muy estrictas para lograr tolerancias más estrictas.
Tolerancias de mecanizado CNC
Hay dos contextos de tolerancia en el mecanizado CNC, uno con el diseño y otro con las máquinas.
Tolerancias de diseño: El nivel permisible de precisión especificado en el diseño de la computadora.
Tolerancias de la máquina: Según el tipo de máquina CNC, también tienen su propia restricción y rango de precisión alcanzable durante el mecanizado. Generalmente, las máquinas CNC son capaces de mantener una tolerancia de ± 0.0025 mm(Fan J, 2021)
La tolerancia es crucial cuando las piezas se ensamblan más tarde para fabricar un producto específico. El uso de las piezas dicta qué tan precisas deben ser las tolerancias en los proyectos de mecanizado CNC. Los ingenieros de diseño fijaron las tolerancias en función de las funciones requeridas y el ajuste de las piezas. Por ejemplo, es posible que los utensilios de cocina no indiquen las estrictas tolerancias que tienen las piezas de defensa o de aeronaves.
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Tipos de tolerancias
Hay principalmente cuatro tipos de tolerancias utilizadas en piezas de máquinas CNC. Echemos un vistazo más de cerca a cada uno de ellos.
1. Tolerancias límite
Ejemplo de tolerancia límite
Las tolerancias límite son el rango de valores bidimensionales, donde la medición de las piezas mecanizadas por CNC debe estar dentro de ese rango. El número más alto indica la dimensión más permitida y el valor más bajo indica la dimensión más baja permitida.
Por ejemplo, si una pieza tiene una tolerancia límite (ancho) de 0.82-0.90 mm, el ancho aceptable está entre 0.82 y 0.90 mm. Esa parte es inaceptable si el ancho no cae por debajo del rango durante la fabricación.
2. Tolerancias unilaterales
Ejemplo de tolerancias unilaterales
Las tolerancias unilaterales dictan el rango de dimensiones permitidas en una sola dirección, que puede ser negativa o positiva. Por ejemplo, si una pieza tiene una tolerancia de diámetro en un agujero de 3 mm+ 0.007/ – 0.00, representa que el diámetro puede ir de 3 a 3.007 mm solamente.
Se utiliza en componentes que requieren ajustes posteriores. Por ejemplo, en la fabricación de ejes se aplican tolerancias unilaterales. Aquí, si el diámetro del eje es ligeramente mayor que el tamaño del orificio, no encajará, por lo que solo usar tolerancias negativas ahorrará tiempo y desperdicio de material.
3. Tolerancias bilaterales
A diferencia de las tolerancias unilaterales, las tolerancias bilaterales permiten errores en los lados positivo y negativo con respecto a la dimensión base por el mismo valor. El valor base puede ser ligeramente superior o inferior al valor de la medida permitida.
Por ejemplo, la tolerancia bilateral de ± 0.005 mm dicta que el fabricante cree la pieza que solo puede ser 0.005 mm más corta o más larga que el valor establecido.
4. Tolerancias estándar
Las tolerancias estándar son las tolerancias más frecuentes utilizadas en el mecanizado CNC y otros métodos de fabricación de metales.
Permite que el producto funcione ampliamente. Las tolerancias estándar pueden variar según el tipo de requisitos. La norma más utilizada es la ISO 286-1:2010. Sin embargo, las tolerancias varían según el grado de las máquinas CNC. Es aplicable para crear orificios, roscas, tuberías, pasadores y otras funciones.
Tolerancias estándar
Las tolerancias estándar se definen para dimensiones angulares y lineales, porciones redondeadas, chaflanes y otros. Hay cuatro clases de tolerancias estándar fina, media, gruesa y muy gruesa.
Todos los rangos de tolerancia para cada dimensión se basan en los estándares de EN 20286, JIS B 0401, ISO 286, ISO 1829, ISO 2768, ANSI B4.1 y ANSI B4.2.
5. Dimensiones y tolerancias geométricas (GD&T)
Más que cualquier otro método de fabricación, el mecanizado CNC utiliza ampliamente GD&T. GD&T garantiza otras características de las dimensiones, como el posicionamiento, la planitud, la redondez y la concentricidad. Define todas las dimensiones físicas de la pieza que va a mecanizarse con CNC.
Ejemplo de GD&T
El sistema GD&T contiene varios símbolos que definen las propiedades geométricas de la pieza, como la línea de referencia, el modificador y las tolerancias. No define la desviación de la dimensión base pero dicta las tolerancias en las especificaciones. El uso de GD&T permite Fabricantes de mecanizado CNC para producir una variedad de características dentro de un rango de precisión específico.
- Posición verdadera: La verdadera posición de cualquier característica está determinada por la ubicación de la línea de referencia (línea de referencia). Por ejemplo, una coordenada (X, Y) podría describir la verdadera posición de un agujero. Se fija una línea de referencia al comienzo del proceso de tolerancia.
- Nivelación: La tolerancia de planitud se define por los dos planos paralelos dentro de la superficie de fresado. Es crucial durante el fresado porque la tensión de la fuerza de sujeción puede causar la deformación y afectar la planitud.
- Cilindricidad: Los dos cilindros concéntricos en los que debe estar el agujero mecanizado son los que caracterizan a los cilindros.
- Concentricidad: La protuberancia circular o escariado coaxial está asegurada por concentricidad. Por ejemplo, las ruedas de un automóvil siempre son concéntricas con el eje.
- Perpendicularidad: La perpendicularidad se mide por la desviación de la superficie horizontal a la superficie vertical adyacente dentro de una pieza mecanizada por CNC. La perpendicularidad también ayuda a regular la cuadratura.
Existen criterios adicionales a los mencionados anteriormente, tales como angularidad, rectitud, paralelismo y otros.
Factores a considerar al elegir tolerancias
Al seleccionar las tolerancias para su proyecto de mecanizado CNC, hay muchas cosas a considerar. La precisión y otros requisitos de las piezas determinarán las tolerancias requeridas.
Profundicemos más en algunos elementos clave que influyen en la elección de las tolerancias.
1. Tipo de material
El tipo de material seleccionado para el mecanizado CNC afecta las tolerancias alcanzables. Las diferentes propiedades, como la dureza, la densidad, la abrasividad, la estabilidad térmica y la maquinabilidad, afectan la capacidad de respuesta cuando las herramientas aplican tensión a la pieza de trabajo durante el mecanizado. Estas características del material determinan qué tan difícil es mecanizar y el rango de tolerancias que se puede lograr.
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2. Rendimiento requerido
Algunos componentes, como el ajuste, la industria aeroespacial y la defensa, deben ser extremadamente exactos.
Por lo tanto, las tolerancias también dependen de los requisitos de la pieza en particular. Es posible que algunos componentes, como los utensilios de cocina, los marcos de las ventanas y las manijas de las puertas, no requieran tolerancias estrictas.
3. Costo
Si necesita tolerancias estrictas, se requerirá la máquina CNC avanzada, configuraciones ajustadas y varias configuraciones de herramientas. Por lo tanto, se consumirá más tiempo para crear piezas más precisas, lo que resultará en un alto costo del producto final.
Aumento de costos con tolerancia estricta
Normalmente, los costes de producción aumentan cuando hay una tolerancia de más de 0.1 mm. Por lo tanto, una tolerancia más estricta da como resultado costos de producción más altos.
4. Recursos disponibles para la inspección
La selección de tolerancias también depende de la tecnología o los recursos disponibles para la inspección. Se requerirá un equipo de inspección más avanzado para verificar las tolerancias estrictas (desviación leve). Al definir la tolerancia, se debe considerar el método de inspección para crear las piezas que se encuentran dentro del rango predefinido.
Tolerancias y Acabados Superficiales
Tolerancias de impactos de rugosidad superficial alta, lo que afecta la precisión deseada. Debe corregir la rugosidad antes de tolerar las características en cualquier parte. Lo mejor es establecer al menos 63 µ de rugosidad para superficies planas o perpendiculares y 125 µ para superficies curvas.
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Consejos de tolerancia para piezas de mecanizado CNC
La tolerancia es el proceso de dimensionar las piezas con errores permisibles. Tener ideas sobre consejos de diseño ayuda a minimizar el error con las tolerancias. Analicemos algunos de los consejos de diseño.
- Es posible que no sea necesario tolerar todas las características presentes en su diseño. Por lo tanto, defina qué características son críticas y deben tolerarse. Por ejemplo, tolerar un compañero o una interferencia es más esencial que cualquier otra característica.
- Evite mantener tolerancias estrechas en partes innecesarias, ya que no es necesario hacerlo para todas las funciones. La tolerancia innecesaria aumentó el tiempo y el costo de mecanizado.
- Al diseñar las piezas, tenga en cuenta la capacidad de tolerancia de las máquinas CNC. Puede suceder que a veces diseñes las piezas con una tolerancia estrecha y eso no se puede lograr con la máquina CNC disponible.
- Tenga en cuenta el tipo de material que va a la máquina. El tipo de material también influye en el rango de tolerancias aceptables. Por ejemplo, es difícil mantener tolerancias estrechas con materiales blandos.
Cómo lograr tolerancias de mecanizado CNC más estrictas
- Utilice herramientas de alta calidad: elegir las herramientas adecuadas para el trabajo es crucial para lograr tolerancias estrictas en el mecanizado CNC. Las herramientas de alta calidad con bordes afilados y geometría precisa producirán cortes más limpios y reducirán el riesgo de desviación de la herramienta.
- Sujeción adecuada: la forma en que se sujeta la pieza de trabajo durante el proceso de mecanizado puede tener un gran impacto en la tolerancia final. Asegúrese de que la pieza de trabajo esté correctamente sujeta o asegurada para que no se mueva durante el mecanizado.
- Condiciones de corte óptimas: las condiciones de corte adecuadas, como la velocidad y la velocidad de avance, pueden ayudar a reducir los errores y lograr tolerancias más estrictas. Trabaje con su operador de máquina CNC para determinar las mejores condiciones de corte para cada trabajo.
- Usar equipo bien mantenido: Mantener su máquina CNC en buenas condiciones es esencial para lograr tolerancias estrictas. El mantenimiento regular y la calibración de la máquina pueden ayudar a garantizar que funcione de la mejor manera.
- Minimice la desviación de la herramienta: la desviación de la herramienta puede causar desviaciones significativas en la pieza final, por lo que es importante minimizar esto tanto como sea posible. Esto se puede lograr reduciendo las fuerzas de corte, utilizando herramientas de alta calidad o ajustando la trayectoria de la herramienta.
- Control de temperatura: mantener la pieza de trabajo y la herramienta a una temperatura constante puede ayudar a reducir los errores y mejorar la precisión de la pieza final. Esto se puede lograr utilizando refrigerante, controlando el entorno o reduciendo el tiempo de mecanizado.
- Utilice software de simulación: el software de simulación puede ayudar a predecir el comportamiento del proceso de corte, lo que le permite realizar ajustes antes de mecanizar la pieza. Esto puede ayudar a identificar posibles problemas y mejorar la precisión de la pieza final.
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Conclusión
Las tolerancias son un factor crucial en todos los tipos de mecanizado CNC. Define la desviación máxima permisible en dimensiones y otras propiedades físicas. La selección de tolerancias en cualquier proyecto de mecanizado depende de la capacidad de las máquinas, la precisión deseada y el tipo de material.
Una máquina CNC simple puede lograr las tolerancias requeridas en muchos casos, aunque las tolerancias más estrictas requieren una maquinaria y una configuración de herramientas más avanzadas. En Prolean tenemos Equipo CNC multieje de última generación para ofrecer la alta precisión requerida para todas las tolerancias. Además, nuestros expertos del departamento de control de calidad siguen de cerca cada paso del proceso e inspeccionan el producto fabricado. Si nos va a enviar el diseño, le recomendamos que especifique todas las tolerancias. Entregaremos las piezas precisas en su puerta en unos pocos días.
FAQ’s
¿Qué se entiende por tolerancias?
La desviación máxima permitida del valor base de cualquier dimensión o propiedad física se conoce como tolerancia. Por ejemplo, en ancho 6 ± 0.05 mm, el valor base es 6 mm, mientras que la tolerancia está representada por 0.05 mm. Establece que solo se permiten valores entre 5.95 y 6.05 mm.
¿Cuáles son los tipos comunes de tolerancias?
La fabricación suele emplear cinco tipos diferentes de tolerancias: dimensionamiento y tolerancias límite, unilateral, bilateral, estándar y geométrica (GD&T). Sin embargo, GD&T es el más utilizado para proyectos de mecanizado CNC.
¿Qué variables influyen en la elección de las tolerancias?
La elección de las tolerancias está influenciada por varias variables, incluido el tipo de materia prima, los requisitos de uso final, el costo y la disponibilidad de recursos de inspección..
¿Todas las piezas necesitan tolerancias estrictas?
No es necesario que todas las piezas mecanizadas por CNC tengan tolerancias exactas. Depende de la necesidad y la funcionalidad del componente y las características específicas. Por ejemplo, un eje requiere tolerancias excepcionalmente estrictas, pero la manija de una puerta no.
Me encantó cómo presentas todas las tolerancias que ofrecen las diversas técnicas de mecanizado CNC.
Gracias por sus amables palabras
¿Cómo se puede cambiar el costo si cambio la tolerancia de +-0.009 a 0.006 mientras mecanizo piezas de aluminio?
Reducir la tolerancia de ±0.009 a ±0.006 en el mecanizado de piezas de aluminio probablemente aumentará el costo. Tolerancias más estrictas requieren maquinaria más precisa, velocidades de mecanizado potencialmente más lentas, cambios de herramientas más frecuentes y mayores medidas de control de calidad, todo lo cual contribuye a mayores costos de producción. El aumento exacto del costo dependería de los procesos de mecanizado específicos y del equipo utilizado.
Sin embargo, en Prolean, nuestro costo solo podría cambiar del 5 al 15 %.