Cómo lograr y mantener tolerancias por debajo de 25 micrones

 

En mecanizado, la tolerancia se refiere a la variación permitida de un parámetro dentro de un rango específico. Este parámetro puede abarcar varias propiedades físicas medibles, como temperatura, humedad, niveles de ruido, estrés, radiación solar y velocidad, así como dimensiones físicas como mediciones espaciales.

 

Las tolerancias definen el rango aceptable de valores de parámetros reales. En ingeniería, las tolerancias pueden verse como los límites de control de errores. Las tolerancias suelen tener un límite superior, conocido como tamaño límite máximo, y un límite inferior, denominado tamaño límite mínimo.

 

 

Tolerancias de mecanizado CNC

 

El término "tolerancia" en el mecanizado CNC tiene dos interpretaciones: una se refiere a las tolerancias de las máquinas CNC y la otra se refiere a las tolerancias de diseño en el mecanizado CNC.

 

Las tolerancias de las máquinas CNC indican el nivel de precisión dimensional que una máquina puede alcanzar al procesar piezas. La precisión del mecanizado CNC es extremadamente alta, y algunas máquinas alcanzan una precisión de fabricación de ±{{0}}.0025 mm, que es aproximadamente una cuarta parte del grosor de un cabello humano. Sin embargo, diferentes máquinas tienen diferentes tolerancias, generalmente definidas por el fabricante de la máquina. Una tolerancia promedio comúnmente utilizada en el mercado es de 0,02 mm. Los proveedores de servicios de mecanizado CNC también informan a los clientes sobre las tolerancias de sus máquinas CNC disponibles.

 

 

Tolerancias de diseño y mecanizado

 

En contextos de diseño y mecanizado, las tolerancias se refieren al rango de variación permitido en las dimensiones de las piezas. Siempre que la pieza se encuentre dentro de este rango, puede cumplir con todos los requisitos funcionales. En este escenario, el diseñador de la pieza establece las tolerancias en función de la funcionalidad, el ajuste y la forma de la pieza. Las tolerancias de diseño y mecanizado son cruciales para el ajuste y montaje de piezas. Por ejemplo, los requisitos de tolerancia para los componentes de un motor eléctrico son significativamente más estrictos que los de una simple manija de puerta. Esto se debe a que las numerosas y complejas piezas de un motor deben encajar entre sí con precisión. Normalmente, las anotaciones de tolerancia correspondientes aparecerán junto a las dimensiones aplicables de la pieza.

 

Al comprender e implementar las tolerancias adecuadas, los fabricantes pueden mejorar la calidad y la funcionalidad de los componentes mecanizados, garantizando un ensamblaje y operación exitosos en diversas aplicaciones.

 

Lograr tolerancias entre 25 y 50 micrones es relativamente sencillo. Sin embargo, si el desgaste de la herramienta provoca cambios en la superficie de la pieza de trabajo, puede exceder los límites de tolerancia incluso antes de que la herramienta se desgaste. Esto plantea la cuestión de cómo mantener estas tolerancias durante tiradas de producción más grandes.

 

Las tolerancias por debajo de 25 micrones presentan mayores desafíos, ya que muchos procesos de mecanizado apuntan a mantener tolerancias más estrictas entre 5 y 12 micrones. Estas tolerancias más estrictas son aún más difíciles de lograr en la fabricación a granel. A continuación se ofrecen algunos consejos para gestionarlos:

 

 

 

Utilice el 80% de la banda de tolerancia

 

Debido a la naturaleza estricta de las tolerancias, es necesario realizar ajustes de tamaño durante la producción. A medida que las herramientas se desgastan, la superficie mecanizada puede expandirse (superficie exterior) o encogerse (superficie interior). Cuanto más estricta sea la tolerancia, más ajustes de tamaño serán necesarios.

 

Una regla general clave es utilizar el valor promedio de la banda de tolerancia como estándar al determinar inicialmente los tamaños y realizar ajustes relacionados con el desgaste de la herramienta. Al utilizar el valor promedio, se utiliza efectivamente sólo la mitad de la banda de tolerancia.Todas las dimensiones relevantes de las piezas mecanizadas caerán en el punto alto de la superficie exterior o en el punto bajo de la superficie interior. Debido a que las tolerancias son muy estrictas, es posible que los operadores necesiten realizar ajustes de tamaño después de procesar solo unas pocas piezas.

 

Si sus dimensiones están cerca del extremo inferior o superior de la banda de tolerancia (dependiendo de la superficie exterior o interior), puede ampliar el tiempo entre los ajustes necesarios. Recomiendo establecer el tamaño objetivo en alrededor del 10% del límite de tolerancia. Este enfoque puede efectivamente duplicar el tiempo entre ajustes de tamaño.

 

 

Minimizar el impacto de las variaciones térmicas

 

Este punto es especialmente relevante para los centros de torneado pero también afecta a los centros de mecanizado. A medida que la máquina se calienta, sus componentes pueden alargarse. Cuando la máquina está inactiva, estos componentes se contraen. Los cambios en el tamaño de los componentes pueden provocar variaciones en las dimensiones de mecanizado. Cuando se mantienen tolerancias estrictas, los cambios inducidos térmicamente pueden causar problemas importantes. Por ejemplo, ciertos centros de torneado pueden experimentar contracciones del diámetro exterior de hasta 25 micrones cuando los componentes alcanzan la temperatura operativa.

 

Un método común para reducir la variación térmica es ejecutar un programa de precalentamiento cuando la máquina se enciende por primera vez y siempre que permanezca inactiva durante más de unos pocos minutos. Esto puede implicar ejecutar el programa sin materias primas.

 

Las características térmicas varían entre los fabricantes de máquinas, y algunas máquinas funcionan significativamente mejor que otras. Si necesita que su máquina mantenga tolerancias estrictas, esta debería ser una consideración crucial al comprar equipos nuevos.

 

 

Considere el impacto de las herramientas de mano izquierda o derecha

 

La elección de las herramientas influye en la vida útil de la máquina. Esto es particularmente importante para la mayoría de las operaciones de mecanizado en bruto, donde el tipo de herramienta utilizada transfiere fuerzas a la bancada de la máquina. Para la mayoría de los centros de torneado de bancada inclinada, esto significa utilizar herramientas del lado izquierdo y hacer funcionar el husillo en la dirección opuesta (M04).

 

El uso de herramientas del lado derecho en dichas máquinas hará que el husillo gire hacia adelante (M03), alejando la herramienta de corte de su dirección de soporte debido a la acción de corte de la operación de mecanizado.

 

Esto a menudo aleja la torreta del carro transversal y éste de la plataforma, lo que genera una tensión significativa en las piezas móviles de la máquina y provoca un desgaste acelerado. Si bien las máquinas pueden inicialmente mantener las tolerancias fácilmente, con el tiempo se vuelve cada vez más difícil o imposible.

 

Siguiendo estas estrategias, los fabricantes pueden lograr y mantener mejor tolerancias por debajo de 25 μm, mejorando la calidad y la eficiencia de la producción.