6 formas de optimizar el diseño de una pieza para el mecanizado CNC

La fabricación de prototipos y de piezas finales de manera rápida y asequible suele pasar por equilibrar las posibilidades del mecanizado CNC según demanda con un diseño de pieza optimizado para esas posibilidades. Así pues, existe una serie de aspectos importantes en el diseño de piezas destinadas a los procesos de fresado y torneado de Protolabs que pueden acelerar el tiempo de producción y reducir los costes.

Para optimizar su diseño de cara al mecanizado, debe prestar atención a:

La ilustración muestra las extensiones máximas de pieza optimizando el bloque de material bruto para un ancho de pieza de 74 mm y una altura de 5 mm.

1. La realidad sobre los orificios

Cualquiera que haya pasado más de cinco minutos en un taller de mecanizado sabe qué aspecto tiene una broca y para qué sirve. Sin embargo, la mayoría de los orificios que se hacen en Protolabs se interpolan con una fresa cilíndrica de dos tamaños en lugar de taladrarlos. Este método de mecanizado ofrece una gran flexibilidad en lo que se refiere a los tamaños de orificio disponibles para una determinada herramienta; además, el acabado de superficie es mejor que el que se puede lograr con un taladro. También nos permite utilizar la misma herramienta para mecanizar hendiduras y cavidades, reduciendo la duración del ciclo y el coste de la pieza. El único inconveniente es que los orificios que superan los seis diámetros de profundidad suponen un reto debido a la limitación de longitud de la fresa, pudiendo requerir un mecanizado desde ambos lados de la pieza

2. El roscado correcto

La perforación y la creación de roscados van de la mano. Muchos talleres utilizan «machos de roscar» para cortar roscados internos. Los machos de roscar son similares a un tornillo con dientes y se «roscan» en un orificio perforado previamente. Nosotros optamos por un método más moderno para crear roscados, utilizando una herramienta denominada fresa de roscar para interpolar el perfil del roscado. Se crea así un roscado preciso, pudiéndose utilizar una única fresadora para cortar cualquier tamaño de rosca que comparta el mismo paso (número de roscados por pulgada), lo que ahorra tiempo de preparación y de producción. Es por eso que podemos realizar roscados UNC y UNF de n.º 2 hasta 1/2 pulgada y roscados métricos de M2 a M12 con un único juego de herramientas. (Consulte aquí más información sobre roscado).

3. Tenga cuidado con los textos

¿Necesita fresar un número de pieza, una descripción o un logotipo en sus piezas? Los juegos de herramientas de Protolabs pueden mecanizar la mayor parte de los textos necesarios, siempre que el espacio entre caracteres y el trazo utilizado para «escribirlos» sea como mínimo de 0,5 mm. Además, es preferible el texto hueco al texto en relieve, por lo que se recomienda utilizar fuentes de 20 puntos o más, como Arial, Verdana o Sans-Serif similares.

4. Paredes altas y formas diminutas

Todos nuestros juegos de herramientas contienen herramientas de corte de carburo. Este material de gran rigidez ofrece una vida y productividad máximas para las herramientas con una desviación mínima. Pero incluso las herramientas más fuertes se desvían, como ocurre al mecanizar metales y, sobre todo, plásticos. Por eso, las alturas de las paredes y los tamaños de las formas dependen en gran medida de la geometría concreta de la pieza y del juego de herramientas que se utilice. Por ejemplo, el grosor mínimo para una forma en Protolabs es de 0,5 mm y la profundidad máxima es de 51 mm, pero eso no significa que usted pueda diseñar un disipador de calor acanalado que tenga estas medidas.

5. Tornos de herramientas activas

Además de nuestras amplias posibilidades de fresado, ofrecemos también torneado CNC con herramientas activas. Los juegos de herramientas utilizados en estas máquinas son similares a los de nuestros centros de mecanizado, aunque en este caso no torneamos piezas de plástico. Esto significa que se pueden mecanizar orificios descentrados, hendiduras, partes planas y otras formas en paralelo o en perpendicular (axial o radial) al eje «largo» de la pieza torneada (su eje Z), y que normalmente cumplirán las mismas normas de diseño que se aplican a las piezas ortogonales fabricadas en nuestros centros de mecanizado.

La diferencia estriba en la forma del material bruto más que en el propio juego de herramientas. Las piezas torneadas (como ejes y pistones) parten de un material bruto redondo, mientras que las piezas fresadas (colectores, carcasas de instrumentos y cubiertas de válvulas, por ejemplo) suelen optar por bloques cuadrados o rectangulares. No obstante, como verá enseguida, también hemos roto estas limitaciones.

6. Fresado de 5 ejes

En Protolabs existen dos «estilos» distintos de fresado. Con el mecanizado triaxial, se sujeta la pieza de trabajo por la parte inferior del bloque de material bruto y se cortan todas las demás formas de la pieza desde la parte superior. Así, cada lateral de la pieza exige una configuración individual y, en piezas de más de 254 mm por 178 mm, solo se pueden mecanizar la parte superior y la inferior: no son posibles las configuraciones laterales. Sin embargo, el fresado indexado permite mecanizar hasta cinco lados de la pieza de trabajo en una única configuración. El fresado de 5 ejes permite indexar la pieza hasta 90 grados en cualquier ángulo concreto (y en múltiples ángulos o ángulos mixtos), permitiendo un posicionamiento complejo no ortogonal.

Los juegos de herramientas utilizados en cualquiera de los casos son idénticos. Lo que es diferente es el material en bruto. Igual que con nuestros tornos, se usan varillas de materia prima para piezas fresadas indexadas, lo que da lugar a algunos debates matemáticos interesantes sobre el tamaño, geometría y posicionamiento de la pieza dentro del volumen de material bruto (todo aquel asunto del teorema de Pitágoras que estudió en el instituto). Para ver algunos ejemplos de todo esto, puede estudiar atentamente los esquemas que mostramos o cargar un modelo CAD en www.protolabs.com/es-es para ver un ejemplo en tiempo real.

Para plantear su caso concreto, no dude en llamar a nuestros ingenieros comerciales al +34 932 711 332 o enviar un mensaje de correo electrónico a: [email protected].

Esta pieza se realizó en un torno CNC con herramientas activas.

En el caso de una pieza que utilice el fresado de 5 ejes, aquí se ilustra cómo encaja la pieza dentro de un bloque de material con unas extensiones de pieza máximas de 50 mm de ancho y 50 mm de altura.