Proceso de fabricación de ejes CNC personalizado

Un eje personalizado bien mecanizado es una manifestación de un trabajo de fabricación preciso mediante CNC (control numérico por computadora). A pesar de su forma cilíndrica aparentemente simple, los ejes se encuentran entre los componentes principales de mecanismos tan complejos como el tren motriz de un automóvil, que se compone de un motor, una transmisión, un eje de transmisión, ejes y un diferencial; todos ellos requieren ejes diseñados adecuadamente para transferir potencia y par a las ruedas. En casi todos los vehículos de combustión interna, el eje de transmisión también debe soportar el peso de todo el vehículo y al mismo tiempo actuar como puente entre el motor y los ejes. En cuanto al diferencial, sus ejes deben gestionar la entrega de potencia para permitir que algunas de las ruedas giren a diferentes velocidades en las curvas.

Teniendo en cuenta sus funciones complejas, la planificación meticulosa y la programación precisa son de suma importancia en el proceso de fabricación de ejes CNC. Cada paso del flujo de trabajo, desde el concepto de diseño inicial hasta el acabado de la superficie, requiere una atención casi obsesiva a los detalles.

Flujo de trabajo de fabricación de ejes personalizado

torneado CNC Es probablemente el método más común para producir ejes personalizados, pero también es posible utilizar procesos alternativos como el rectificado CNC o el más avanzado EDM (mecanizado por descarga eléctrica). Sin embargo, independientemente del método, el objetivo sigue siendo el mismo: fabricar ejes personalizados de acuerdo con la especificación predeterminada de la manera más eficiente. Cada método también sigue más o menos el mismo flujo de trabajo básico.

Diseño

El proceso de fabricación de ejes CNC comienza con la comprensión de las especificaciones, las aplicaciones previstas de los productos, las condiciones operativas y los requisitos para la aprobación, ya sea por parte del equipo de revisión interno o de una organización externa independiente (si es necesario). Una vez que todas las partes involucradas llegan a un acuerdo, el primer paso del flujo de trabajo gira en torno al diseño y la programación.

El maquinista debe determinar la dimensión, incluida la longitud y el diámetro, así como el material elegido. Como parte del paso de diseño, un equipo de ingeniería registra y verifica las especificaciones. En caso de que el cliente no proporcione ningún dibujo técnico, el fabricante deberá producir un archivo CAD (Diseño asistido por computadora) de los ejes personalizados a realizar. Dependiendo de los requisitos del proyecto, es posible que los diseñadores e ingenieros tengan que trabajar juntos para realizar pruebas de resistencia simuladas y análisis de fallas en una computadora.

Si todo está verificado y aprobado, el siguiente paso consiste en generar trayectorias de herramientas para la máquina CNC utilizando el software CAM (fabricación asistida por computadora). Las rutas son esencialmente instrucciones legibles por máquina que rigen cómo debe funcionar el CNC. Dichas instrucciones se componen de códigos geométricos para indicarle a la máquina cómo moverse en un sistema de coordenadas cartesianas (ejes X, Y y Z) y pueden incluir velocidad de rotación, orden de movimientos, punto de inicio, velocidad de avance, punto de parada, ángulo, espera. tiempo, etc. Luego, un maquinista cargará los códigos en el controlador CNC.

Configuración de la máquina CNC

Además de generar trayectorias de herramientas, el fabricante también debe configurar correctamente la máquina. Pocas cosas son más importantes que preparar el tipo de máquina adecuado, por ejemplo un torno o una fresadora, y las herramientas de corte. La pieza de trabajo (el material que se va a transformar en un eje) debe fijarse firmemente a los dispositivos de fijación adecuados. A menos que el fabricante utilice nuevas herramientas de corte, el maquinista debe asegurarse de que todas estén lo más afiladas posible o al menos lo suficientemente afiladas para dar forma a la pieza de trabajo.

Mecanizado

El torneado CNC es la opción estándar para la fabricación de ejes personalizados. Ya sea un maquinista o un proceso automatizado se asegura de que la pieza de trabajo esté fijada a la máquina. A medida que la pieza de trabajo gira a alta velocidad, las herramientas de corte sustraen/eliminan una porción determinada de material hasta lograr la forma deseada. Se pueden implementar sucesivamente una variedad de herramientas de corte especializadas que harán contacto con la pieza de trabajo desde muchos puntos y ángulos diferentes.

La mayor ventaja del torneado CNC en la fabricación de ejes es la alta eficiencia y precisión al trabajar en componentes cilíndricos. Y casi todos los ejes personalizados están elaborados a partir de una barra de metal ya cilíndrica. Los cortes de precisión sucesivos son naturalmente fáciles con el torneado CNC, ya que la máquina está diseñada para manejar cualquier pieza de trabajo de forma cilíndrica. Con trayectorias de herramientas precisas y herramientas de corte correctas, la máquina puede producir al menos un eje personalizado casi completo en una sola sesión. Se requiere un seguimiento constante durante todo el proceso de corte para garantizar la calidad.

Refinamiento

Se encuentran disponibles varios métodos de acabado (para ejes personalizados), como anodizado, pasivación y granallado. El objetivo principal del acabado de superficies es mejorar la apariencia física, pero al mismo tiempo mejora la funcionalidad al suavizar los bordes ásperos y eliminar cualquier material sobrante del proceso de corte. Aparte de eso, el acabado también implica una verificación final para garantizar que el eje fabricado tenga la precisión de las dimensiones requeridas, hasta el más mínimo milímetro.

Métodos de fabricación de ejes CNC

El método preferido suele ser el torneado CNC, pero no es la única opción a disposición del fabricante. De hecho, es probable que un eje personalizado con un diseño complejo se produzca utilizando algunos procesos diferentes para lograr un acabado superficial de calidad y una tolerancia estricta. Algunos de los métodos de fabricación de ejes más comunes incluyen:

Torneado CNC

Siempre que la pieza de trabajo tenga forma cilíndrica, torneado CNC es la técnica de fabricación sustractiva ideal. Durante el proceso, una barra de pieza de trabajo sólida se fija a los mandriles y se hace girar a alta velocidad mientras herramientas de corte especializadas eliminan con precisión los materiales innecesarios. La rotación a alta velocidad garantiza que cada corte se realice uniformemente en toda la circunferencia de la pieza de trabajo cilíndrica. El torneado CNC es una máquina eficiente para lograr el diámetro especificado y un acabado suave de una sola vez. También es la opción preferible para la producción de gran volumen.

Rectificado CNC

Si el torneado CNC corta un volumen considerable de material de la pieza de trabajo, el rectificado CNC elimina los materiales utilizando una rueda abrasiva. Aparte de eso, los procesos básicos de ambos métodos son esencialmente los mismos. También son igualmente fiables en términos de calidad, aunque el rectificado se queda un poco atrás en cuanto a velocidad de producción. En la mayoría de los casos, el rectificado CNC se utiliza para la tarea de acabado superficial de un eje ya mecanizado.

Perforación CNC

Algunos ejes son más que una simple barra cilíndrica de metal, sino que están equipados con orificios y ranuras para que puedan instalarse en engranajes y otros componentes giratorios. Perforación Crea ranuras de diferentes profundidades y anchos para acomodar engranajes de diferentes dimensiones también. El eje mecanizado o las herramientas de perforación pueden girar y moverse según los ángulos, las formas y la posición de las ranuras.

Fresado CNC

Cuando un eje mecanizado necesita tener chaveteros, estrías o partes planas en determinadas posiciones, fresado CNC es la opción preferida para fabricar las funciones. Las herramientas de corte/fresado giran a alta velocidad y eliminan materiales del eje para producir la forma deseada. Durante el proceso, el eje puede permanecer estacionario o moverse e inclinarse ligeramente para ajustar la posición.

electroerosión

No hay herramientas de corte, perforación y fresado en EDM. Dentro del sistema, la pieza de trabajo está asegurada y conectada a un terminal positivo (ánodo), mientras que la herramienta de "conformación" está conectada a un cátodo. Cuando se colocan uno cerca del otro, la corriente eléctrica producida crea chispas. El calor extremo generado por las chispas puede derretir y evaporar los materiales de la pieza de trabajo. La electroerosión se utiliza con mayor frecuencia cuando el eje mecanizado requiere cortes pequeños e intrincados.

Según los tipos y el uso previsto, se puede fabricar un eje personalizado utilizando dos o más métodos de mecanizado. El análisis metalúrgico puede determinar qué métodos funcionan mejor para ciertos materiales.

Tipos y aplicaciones comunes de ejes personalizados

La idea principal detrás de la fabricación personalizada es producir todos los diferentes tipos de ejes para una variedad de propósitos específicos. Entre los tipos más comunes y sus aplicaciones se encuentran los siguientes.

Ejes huecos

Como sugiere el nombre, los ejes huecos son esencialmente tubos cilíndricos que permiten el paso de aire, agua, aceite, cables y otros componentes/objetos. Gracias al vacío en el centro, son más ligeros en comparación con sus homólogos macizos del mismo diámetro y longitud. Las aplicaciones típicas incluyen dispositivos médicos, sistemas transportadores, sistemas de plomería y bombas. Si se fabrican con materiales de alta resistencia, los ejes huecos podrían usarse para construir componentes para automóviles y aviones de alto rendimiento para ayudar a reducir el peso.

Ejes estriados

Una característica distintiva de los ejes estriados es que presentan ranuras longitudinales o cortes a lo largo de su longitud. Las ranuras se ajustan al engranaje, la polea o cualquier otro componente correspondiente para formar una conexión resistente y garantizar una transferencia suave de los movimientos de rotación. Este tipo de ensamblaje se observa en aplicaciones que requieren un posicionamiento preciso, como transmisiones y acoplamientos de engranajes de automóviles.

Ejes roscados

Algunos ejes requieren roscas externas o internas para formar una conexión fuerte con otros componentes mecánicos como pernos o tornillos. Los ejes roscados se utilizan en aplicaciones que requieren una conexión y desconexión fácil pero segura de varias piezas.

Ejes cónicos

Los ejes cónicos, que se ven más comúnmente en sistemas de poleas, cubos de ruedas y engranajes de automóviles, presentan una reducción gradual de su diámetro a lo largo de su longitud. La diferencia de diámetro entre un extremo y el otro garantiza un montaje seguro cuando los puntos conectados de un mecanismo (unidos por el eje) son de diferentes tamaños.

Ejes con llave

La ranura en un eje con chaveta corresponde a una chaveta (o diente) de otros componentes, lo que evita que el eje se salga de su posición o gire de forma independiente. Suele encontrarse en mecanismos con ruedas dentadas, engranajes y poleas. Los ejes con chaveta se utilizan a menudo para aplicaciones en las que se requiere mantener una conexión firme entre los componentes en mecanismos de alto par, por ejemplo, bombas y motores.

Material del eje CNC

El aluminio y el acero inoxidable son probablemente los materiales más comunes para la fabricación de ejes CNC, pero otros metales o incluso aleaciones también sirven para ciertos fines.

Titanio

Es un excelente material de elección para ejes de precisión que se utilizarán en aplicaciones de servicio pesado. Gracias a su excelente propiedad resistente a la corrosión y su excepcional relación resistencia-peso, los ejes de titanio se utilizan con mayor frecuencia en automóviles de alto rendimiento y en la industria aeroespacial.

Acero inoxidable

Posiblemente el material más utilizado para la fabricación de ejes CNC, el acero inoxidable es un metal confiable en todos los aspectos con buena resistencia a la corrosión, durabilidad y resistencia. El material viene en una variedad de grados y calidades diseñadas para una amplia gama de aplicaciones, desde procesamiento químico y dispositivos médicos hasta el sector automotriz y entornos marinos.

Acero carbono

El acero al carbono de grado 1045 es un material ejemplar; Lo suficientemente suave para un mecanizado eficiente, pero puede soportar el tratamiento térmico para aumentar la dureza. Puede que el acero al carbono no sea tan resistente a la corrosión como el acero inoxidable, pero aun así es un material excepcional para ejes de motores o bombas.

Aluminio

El aluminio, un metal ligero y resistente a la corrosión, es relativamente blando y, por tanto, muy mecanizable. Es el material de eje ideal cuando la reducción de peso es crucial para las aplicaciones previstas.

Aleación de acero

Lo primero es lo primero: el acero aleado y el acero aleado son dos cosas diferentes. La composición del acero aleado tiene aproximadamente un 5% de elementos de aleación que pueden incluir cromo, níquel, tungsteno, vanadio y manganeso. Si la resistencia a la corrosión y la maquinabilidad son indispensables, pocos materiales son mejores que el acero de aleación 4340 o 4140.

Aleaciones de níquel

Con una resistencia excepcional a la corrosión y una resistencia notable, la aleación de níquel es el material adecuado para ejes de precisión que se utilizarán en aplicaciones de alta temperatura y turbinas de servicio pesado.

El rendimiento final del eje se ve muy afectado por al menos tres factores diferentes, incluido el peso, la resistencia a la corrosión y la resistencia a la tracción. La dureza también influye, pero la mayoría de los metales generalmente son lo suficientemente duros para cada aplicación, aunque algunos son más maleables/mecanizables que otros. Si bien el titanio y el acero al carbono son superiores al aluminio y al acero inoxidable en términos de reducción de peso y resistencia/durabilidad, también son más caros.

Notas finales

La fabricación de ejes CNC implica una serie de procesos orientados a los detalles, desde el concepto de diseño inicial hasta el acabado de superficies y el control de calidad. Por lo tanto, es mejor tener una buena comprensión de los requisitos del proyecto, las condiciones de trabajo y las aplicaciones previstas del eje terminado en primer lugar, porque en última instancia afectarán la elección del material, el método de mecanizado y la calidad general del producto terminado. Tenga en cuenta que cada material tiene sus puntos fuertes y débiles, al igual que cada método de mecanizado. Como tal, la regla general es obtener un buen equilibrio entre calidad y presupuesto.