¿Te ha pasado que algunas piezas estaban mal colocadas o eran de muy baja calidad? Incorrecto Tolerancias de piezas CNC Esto significa que los errores no sólo son costosos sino que además requieren mucho tiempo para corregirse. Sin embargo, estos problemas pueden resolverse y obtener una mejor funcionalidad y ajuste comprendiendo y utilizando la tolerancia correcta.
Las tolerancias de las piezas de fabricación convencionales se definen como la variación aceptable de un tamaño de forma ideal. Las tolerancias correctas garantizan que las piezas se ensamblan de la manera correcta, agilizan el trabajo, reducen la cantidad de defectos y mejoran la efectividad de los productos finales.
En este artículo conocerás diversos Tolerancias de piezas de mecanizado CNC como tolerancias dimensionales, geométricas y de acabado superficial que afectan su proyecto de mecanizado.
Las tolerancias son el límite de tamaño permitido en el mecanizado CNC. En términos simples, es una gama de tamaños aceptables. En términos simples, es una gama de tamaños aceptables. Estas especificaciones definen parámetros estrictos según los cuales se debe diseñar una característica de una pieza para que funcione según se requiere y se ajuste a los requisitos de diseño. La tolerancia a las dimensiones, geometrías y acabados superficiales es crucial para la fabricación de un producto y su aplicación. Ahora, profundicemos en cada tipo.
Las tolerancias son de las siguientes categorías, a saber; Tolerancias geométricas y tolerancias dimensionales. Este último se refiere a la desviación aceptable del tamaño de características como la longitud, el ancho, la altura y el diámetro del producto. Estos se presentan principalmente en forma de valores máximos y valores mínimos. En otras palabras, especifica el rango dentro del cual debe caer la medición real de la característica.
● Dimensiones lineales: Estos incluyen tolerancias relacionadas con las dimensiones lineales de la pieza de trabajo, por ejemplo, las longitudes y los diámetros. Por ejemplo, en el diámetro de un agujero, una tolerancia de 10 mm + 0,05 mm significa que el agujero no debe ser inferior a 10 mm y podría ser tan grande como 10,05 mm.
● Dimensiones angulares: Posiciones de las dos superficies entre sí, como 90° entre dos superficies con una tolerancia de ± 0,5°.
● Circularidad y agotamiento circular: En aplicaciones tales como agujeros o superficies cilíndricas, se requiere control de redondez para el ajuste y el funcionamiento.
Por lo tanto, en los procesos de ensamblaje, debe haber tolerancias dimensionales correctas para alinearse con la correlación y el ajuste de las piezas y características. Un control estricto de las dimensiones significa que los componentes deben tener las holguras funcionales requeridas sin necesidad de ajustes adicionales.
Las tolerancias geométricas implican el control de la forma, orientación, posición y calidad general de las características de una pieza. Si bien las tolerancias dimensionales están relacionadas con la medición, las tolerancias geométricas se establecieron para controlar la forma y orientación de las características.
Tolerancias de forma:
Estos definen las tolerancias aceptables con respecto a la forma de una característica.
● Llanura: Define la superficie como coplanar con otra al sellar una superficie o unir dos componentes.
● Rectitud: Determina cuánto puede desviarse una línea de ser recta. Es útil para funciones como ejes y aristas.
● Circularidad: Especifica la tolerancia aceptable para un círculo verdadero en muchas secciones circulares o cilíndricas de un producto.
Tolerancias de orientación:
Estos definen la tolerancia del ángulo u orientación entre dos características.
● Perpendicularidad: Es útil comprobar que la superficie es perpendicular a la otra.
● Paralelismo: Describe dos puntos o aristas afirmando que dos superficies son paralelas entre sí en toda la longitud.
● Angularidad: Elemento geométrico que regula la orientación relativa de dos planos que no pretenden ser adyacentes ni paralelos.
Tolerancias de ubicación:
Estos se refieren a la cantidad de desviación permitida de una característica desde un punto de referencia o una línea.
● Tolerancia de posición: Se utiliza para posicionar una característica, por ejemplo, el centro de un agujero con respecto a un eje o un punto. Estos son necesarios para confirmar que los conjuntos, componentes o piezas encajen como deberían.
● Concentricidad: Define la orientación de dos elementos circulares entre sí para que sean concéntricos.
Tolerancias de descentramiento:
El descentramiento es una medida de la cantidad en la que una pieza giratoria se desvía de circular o recta. En particular, es importante para piezas como ejes o ruedas, que a su vez giran, y donde la concentricidad de los agujeros es crucial.
Las tolerancias del acabado superficial determinan la calidad de la superficie de la pieza CNC e indican la textura, suavidad y rugosidad. Estas tolerancias son cruciales para piezas que requieren un ajuste directo o un ajuste forzado, como en superficies de acoplamiento y fricción. Además, cuando la apariencia de los requisitos funcionales exige tolerancias estrictas, como en piezas desgastadas o corroídas.
● Ra (Promedio de rugosidad): Ra es el parámetro de textura superficial más utilizado. Se define como un valor medio aritmético de la altura del pico al valle del perfil de la superficie. Se prefiere un valor Ra más bajo ya que significa que la superficie tiene menos rugosidad superficial.
● Rz (Altura Máxima Promedio del Perfil): Rz es la media de la diferencia absoluta entre el pico máximo y el valle mínimo a lo largo de una longitud particular. Ofrece una mejor idea de la rugosidad de la superficie.
● Rt (Altura Total del Perfil): Rt se refiere a la altura total en una longitud de muestreo, que representa el pico más alto y el valle más bajo de rugosidad de la superficie.
Es deseable una mejor rugosidad de la superficie para una menor fricción y un contacto de desgaste superficial mínimo. Aunque podría preferirse una rugosidad superficial deficiente para aplicaciones como contactos adhesivos que necesitan un mejor agarre. El acabado superficial también puede afectar el comportamiento de corrosión y fatiga de la pieza. Ambos son cruciales para industrias como la aeroespacial y la automotriz.
Estos son los parámetros comunes que afectan las tolerancias de mecanizado CNC;
La elección del material para una pieza específica determina la facilidad con la que la pieza puede mecanizarse hasta la tolerancia requerida. Algunos materiales, como el acero o el aluminio, son más fáciles de mecanizar para obtener productos valiosos con una tolerancia fina que otros, como los plásticos y los compuestos. Porque tienden a hincharse o encogerse con los cambios de temperatura.
La precisión de la máquina CNC es un factor primordial. La mayor precisión de la máquina permite alcanzar una tolerancia más estricta. Por lo tanto, es importante emplear equipos probados y ajustados durante algún tiempo.
Las tolerancias requeridas no se pueden mantener porque la herramienta se desgasta. Por tal motivo, las herramientas deben inspeccionarse y calibrarse periódicamente, ya que estas dimensiones pueden cambiar cuando se usan durante mucho tiempo.
Descubramos algunos de los principales estándares de tolerancia CNC;
ISO, ASME y DIN son algunos estándares de tolerancia para piezas CNC. Los fabricantes deben cumplir ciertas tolerancias estándar. Por ejemplo, ISO 2768 es un estándar de tolerancias generales para productos industriales y especifica tolerancias para dimensiones y proporciones geométricas en ingeniería.
Los grados de tolerancia incluyen IT0, IT1 e IT2 y describen el grado de tolerancia a un nivel específico de precisión. Entre estas tres tolerancias, la IT0 es más precisa, pero no puede realizarse a un coste razonable. Dependiendo del grado del producto, el tamaño requerido se puede ajustar mediante una tolerancia particular.
Estas son las industrias comunes que utilizan tolerancias de mecanizado CNC para un ajuste y ensamblaje perfectos de las piezas;
Se espera que las piezas aeroespaciales cumplan con tolerancias pequeñas (en el rango de ±0,002 mm o mejores). Pequeñas desviaciones son fatales, especialmente en piezas como los álabes de las turbinas.
Las tolerancias automotrices dependen de la aplicación particular de la pieza. Se pueden utilizar componentes con tolerancias de alto rendimiento de ±0,1 mm, mientras que a piezas menos exigentes, como los paneles de la carrocería, se les pueden permitir tolerancias ligeramente mayores.
Los componentes médicos como implantes e instrumentos quirúrgicos deberían tener exigencias de un nivel de tolerancia aún mayor; aproximadamente ± 0,01 mm. Dado que estos se utilizan normalmente para realizar funciones médicas altamente sensibles.
En productos electrónicos como conectores y placas de circuitos, las dimensiones de ajuste y de interfaz a menudo se especifican con una tolerancia de precisión de ±0,02 mm a ± 0,1 mm.
Ejemplo común:
Las palas de turbinas aeroespaciales requieren alta precisión, exactitud dimensional y geometrías de 0,01 mm. Las piezas de carrocería de automóviles pueden fabricarse con tolerancias de 0,2 mm debido a diferencias en seguridad y funcionalidad.
Los factores comunes incluyen;
La geometría aporta un gran aspecto del juego de roles en tolerancias estrictas. Es por eso que es difícil producir con precisión piezas de paredes delgadas, agujeros profundos u otras características pequeñas. Los diseñadores deben evitar incluir características que sean difíciles de mecanizar o propensas a distorsionarse. Es interesante observar que la aplicación de diseños simples y simétricos puede dar lugar a tolerancias más estables.
Se recomienda a los diseñadores consultar a los maquinistas desde la etapa de diseño para ayudarlos a saber si una pieza se puede fabricar dentro de los límites de tolerancia especificados. Es útil considerar abiertamente las cuestiones del proceso de mecanizado, la selección de materiales y las herramientas necesarias en la fabricación para abordar el diseño para la capacidad de fabricación (DFM). Además, permite identificar posibles problemas antes de que se conviertan en fuentes importantes de gastos.
La acumulación de tolerancia es una tolerancia combinada o acumulada de cada componente agregado en un conjunto. En particular, este enfoque se utiliza cuando se unen entre sí diferentes componentes que tienen valores de tolerancia individuales. Porque la diferencia acumulativa bien puede crear una compensación y un mal funcionamiento. Por ejemplo, cada pieza de un conjunto puede tener una tolerancia de ±0,1 mm, pero el resultado final podría ser de ±0,3 mm o más.
Para reducir la tolerancia a la acumulación, los diseñadores deben centrarse en la dimensión crítica que tiene un impacto en el funcionamiento del conjunto. Los efectos se pueden minimizar empleando tolerancias en el peor de los casos o utilizando un control de tolerancia selectivamente más estricto en características críticas. Además, características como los orificios de autoubicación o los pasadores de alineación también pueden reducir los errores de posición en los ensamblajes.
Las máquinas CNC actuales ofrecen mejores controles y sistemas precisos para lograr tolerancias exactas o más cercanas. Por ejemplo, las máquinas CNC de múltiples ejes permiten la creación de piezas complejas con mucha más precisión de lo esperado si se utilizara un solo eje. El software CNC también contribuye igualmente. Herramientas como los sistemas CAD/CAM permiten la simulación y la generación de trayectorias de herramientas para lograr la tolerancia deseada.
La automatización ha mejorado enormemente la posibilidad de lograr una mayor tolerancia en la producción. Los brazos robóticos y otras máquinas CNC computarizadas minimizan los errores y hacen que la operación sea más precisa para un uso repetido. Estos equipos incluyen escáneres láser y máquinas de medición de coordenadas (MMC). Estos proporcionan retroalimentación sobre las dimensiones de las características de la pieza en tiempo real, para facilitar las comunicaciones que confirman si la pieza está dentro de la tolerancia requerida antes de enviarla a otras estaciones para su posterior procesamiento.
Sin embargo, es un desafío lograr tolerancias estrechas. Por cuestiones como variaciones en el material, degradación de la herramienta o máquina y factores ambientales como la temperatura. Las geometrías complejas también pueden ser problemáticas, así como los ensamblajes de varias piezas donde la tolerancia total se suma al ajuste final.
Para mejorar la precisión de la tolerancia de piezas CNC, los fabricantes pueden:
● Utilice maquinaria óptima, bien mantenida y eficiente en lugar de maquinaria local barata.
● Los instrumentos de medición correspondientes deben elegirse cuidadosamente.
● Seleccione trayectorias de herramientas y estrategias de corte que reduzcan o eliminen la deflexión de la herramienta.
● Implementar tecnologías CNC de alta tecnología y software de simulación y optimización.
● Realizar inspecciones de calidad rutinarias e incorporar las respuestas al proceso productivo.
Para encontrar la tolerancia adecuada para el mecanizado CNC, siga estos pasos:
● Conozca el propósito de la pieza: Considere la función de su pieza y el uso previsto. Ciertas secciones requieren mayor precisión en su fabricación.
● Verifique el diseño: Mira el diseño de la pieza. Debe mantener especificaciones detalladas en el archivo CAD.
● Considere el material: Algunos materiales pueden someterse a tolerancias más estrictas que otros. Entonces, considere las propiedades y capacidades de los materiales.
● Conozca la capacidad de la máquina: La tolerancia de corte depende de la máquina CNC utilizada, y las diferentes máquinas ofrecen distintos niveles de capacidad.
● Costo y precisión del equilibrio: Las tolerancias más estrictas cuestan más. Decide lo que necesitas.
● Prototipos de prueba: Construya prototipos con una variedad de niveles de tolerancia para asegurarse de que se ensamblarán y funcionarán correctamente.
En general, si reduce la variación y simplifica su diseño, el rendimiento del producto puede aumentar al reducir los gastos de fabricación. Para lograr especificaciones exactas de las piezas, se necesita maquinaria más precisa y el proceso lleva más tiempo. Además, es posible que se desperdicie más material. Por lo tanto, los fabricantes deben centrarse en las dimensiones críticas y decidir si son necesarias tolerancias más estrictas para el rendimiento. Al mismo tiempo, necesitan encontrar formas de reducir los costos de fabricación.
La evolución de la tecnología CNC ha aumentado en la actualidad. Por tanto, se puede esperar una tolerancia más estricta en un futuro próximo. La incorporación de avances en automatización, inteligencia artificial y aprendizaje automático en el proceso de producción puede producir productos de mejor valor y rentables. La miniaturización está aumentando y industrias como la aeroespacial y la tecnología médica están utilizando materiales superiores. Esto ejercerá más presión sobre la precisión del CNC. Como resultado, la precisión CNC sigue siendo un área de crecimiento y desarrollo.
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