Ajustar las tolerancias para mejorar las piezas CNC

La normalización, conseguida mediante las tolerancias, es antigua, pero esencial para el comercio mundial

El concepto de componentes intercambiables y de tolerancia dimensional es una parte aceptada de la fabricación moderna. El valor de producir piezas «idénticas» que encajen en cualquier montaje del mismo tipo está presente desde 1841, y probablemente desde antes. Sr Joseph Whitworth desarrolló la forma de rosca British Standard Whitworth (BSW), que mejoró para siempre la fabricación distribuida. Permitió tanto la competencia como la cooperación entre las distintas empresas fabricantes.

La perfección puede impedir el progreso

Es fácil añadir tolerancias estrictas y sobrelimitar mediante el dimensionamiento geométrico y tolerancia (GD&T) en la fase de diseño y prototipo. Esto aumentará inevitablemente los costes de fabricación y limitará las opciones de aprovisionamiento a lo largo del ciclo de desarrollo. Las tolerancias más estrictas pueden requerir etapas de mecanizado secundarias, como el esmerilado, el pulido o el mecanizado por electroerosión (EDM), lo que aumenta los costes y, sobre todo, el plazo de entrega.

Del mismo modo, las tolerancias demasiado flojas pueden dificultar o imposibilitar el montaje de las piezas.

Para ayudar a comprender los tipos de tolerancia y las probables implicaciones en cuanto a costes, este artículo describe las tolerancias disponibles en Protolabs, además de las tolerancias más utilizadas. Por último, exploraremos el dimensionamiento geométrico y tolerancia (GD&T), según se define en BS 8888:2020, ISO y ASME.

Tolerancias normalizadas para el mecanizado CNC

Muchos proveedores insisten en contar con un dibujo 2D. A veces, esto se debe a que pueden cobrar más por las tolerancias más estrictas y ahorrar produciendo el resto del componente con una tolerancia general (GT) más holgada. Protolabs fabrica todo con una tolerancia estándar moderada de ±0,1 mm. Mantener la sencillez ahorra tiempo de producción de planos y de comunicación. Para la mayoría de los componentes es suficiente: el 54% de los componentes funcionales pueden fabricarse con una tolerancia de ±0,1 mm o menos.^{Investigación de Protolabs}

Normas de tolerancia para el mecanizado CNC

El exceso de restricciones en un diseño puede adoptar dos formas: añadir una tolerancia innecesariamente restringida, o bien, limitar en cada grado de libertad más de una vez —un solo pin restringirá en el eje x e y, un segundo pin impedirá la rotación. Lo mismo se aplica a las ranuras y a las inserciones: un exceso de restricciones aumentará el coste.

Acabado de superficie

En general, Protolabs ofrece un acabado de superficie de 1,6 µm de Ra (rugosidad media) en toda la gama de materiales CNC. Unos valores entre Ra 6,3 µm y Ra 0,8 µm son normales para el mecanizado CNC en general. El granallado optativo dará lugar a un acabado mate ligeramente más áspero, pero uniforme. Consulta aqui para obtener imágenes detalladas.guía de acabado de superficies

Diseño en ajuste

Añadir un ajuste a un diseño puede ser una buena manera de conseguir un encaje preciso, y asegurar tus opciones de diseño, o probar la tolerancia que puedas necesitar:

• Calibración: (utilizar un trozo fino de material para ajustar la altura o los huecos) utilizando acero de calce o arandelas de calce.
• Tornillos de ajuste: los tornillos prisioneros, o los tornillos de rosca fina, pueden utilizarse para modificar la posición o empujar un conjunto contra un punto de referencia; no hay que olvidar cómo bloquear la posición (tuerca de seguridad, compuesto de bloqueo de roscas u otro tornillo)
• Fijación a presión: presionar 2 componentes a una altura o posición conocida
• Ajuste de la presión: al calentar un componente, la expansión térmica puede utilizarse para bloquear dos componentes con precisión

Todos estos métodos son excelentes para las plantillas de guías, los bancos de pruebas y los equipos de montaje.

Modificación durante el montaje

El montaje en el banco, el desbarbado y el pulido son procesos que definitivamente debes evitar si tu producto está destinado a la fabricación de grandes volúmenes. Dependen en gran medida de la habilidad, e introducen variaciones. Sin embargo, en la fase de prueba y prototipo, el esmeril fino, la pasta de sellado o el compuesto de pulir, junto a un método rápido de medición, pueden ser una forma rápida de iterar tu diseño hasta lograr la tolerancia necesaria. Otro consejo es producir varios diseños para las pruebas de montaje; el CNC y el 3DP pueden producir rápidamente un conjunto de pruebas.

¿Qué son las micras?

La micra (µm) es minúscula, una centésima parte de un milímetro; es apenas un «olor»: literalmente, una partícula de humo de cigarrillo mide 1 µm de diámetro. Al sostener el móvil, el calor de tu mano cambiará su tamaño hasta en 68 µm. Esto pone en contexto nuestra tolerancia general de ±100 µm: evita medir en micras, a menos que tengas previsto normalizar durante 24 horas y medir en un entorno de temperatura controlada utilizando una MMC (ofrecida por Protolabs).

 (# aleación de aluminio CTE = 24 µm/m/°C, ambiental 18 °C, temp. corporal 37 °C, longitud del teléfono 150 mm)

Control de calidad y documentación

Si lo deseas, mediremos con MMC (máquinas de medición de coordenadas), escáner láser u otros equipos de metrología. También colaboraremos contigo en el proceso de aprobación de piezas de producción (PPAP), te proporcionaremos un certificado de conformidad (CoC) de tus especificaciones, informes de inspección del primer artículo (FAI) y fichas de datos de materiales.

Capacidad y precisión de las mediciones

«Aunque Protolabs presupuestó ±0,1 mm en las piezas de aluminio que recibimos, todas las dimensiones estaban dentro de ±0,05 mm». Comentario del cliente.

Protolabs utiliza estudios de capacidad para mantener la tolerancia, lo que significa que a menudo superamos la tolerancia citada, ya que debe cubrir múltiples configuraciones de mecanizado y tipos de material. Para obtener la mejor tolerancia, utiliza la siguiente guía:

• siempre que sea posible, orienta todos los elementos interrelacionados que se van a mecanizar en un mismo plano (para que se fabriquen en la misma operación)
• Utiliza materiales con una baja expansión térmica (coeficiente de expansión térmica, CTE)
• Utiliza plásticos con buenas propiedades higroscópicas: la absorción de agua cambiará el tamaño y la forma, lo que afectará a los plásticos rellenos de vidrio cortados con CNC

Dimensionamiento geométrico y tolerancia

GD&T proporciona una descripción más detallada que el diseñador puede utilizar para compartir las consideraciones importantes de fabricación con el fabricante. Es como un atajo; a menudo, al añadir GD&T estás pidiendo una secuencia específica de fabricación y posiblemente un proceso de fabricación diferente. Como incluye las relaciones de acoplamiento entre varios elementos de la pieza, también exige más control de calidad, medición y calibración.

Límites y encajes: Normalmente se define con relación a los agujeros (según la norma ISO 286-2) y se utiliza una letra y un número (junto con el diámetro total del agujero). Los agujeros se definen con una letra mayúscula H7, los ejes con una minúscula g6. Cuanto mayor sea el número, más amplia será la banda de tolerancia:

• de 9 en adelante es una tolerancia típica de fresado o taladrado,
• 7 significa generalmente un agujero escariado: se necesita una herramienta de escariado específica para cada tamaño de agujero
• por debajo de 6 se necesita un mecanizado aún más especializado.

La letra define la distancia al valor nominal (H está en el valor nominal, k y mayores son mayores (ajuste por interferencia) g e inferiores son menores (ajuste por holgura).

GD&T:

Un buen curso explicará tanto el uso como la medición de cada clase de tolerancia (hay muchas para elegir, , o)MitutoyoImechENPL. ¿Cómo se fabrican las cotas y tolerancias geométricas?

La verdadera posición: Se suele utilizar con un símbolo de diámetro para mostrar la tolerancia aplicada en cada dirección. Ten en cuenta que es absoluta, por lo que 0,030 significa ±0,015. Los agujeros escariados son casi siempre necesarios, ya que si el diámetro del agujero es irregular, se consumirá el valor de GD&T. Se requiere un equipo CNC calibrado y una meticulosa puesta a punto de las medidas.

Planicidad: Las superficies fresadas suelen ser bastante planas. Añadir una planicidad muy ajustada es normalmente una clave para el rectificado de superficies. Añadir paralelismo significa que dos caras deben ser planas entre sí. A menudo también se añade el acabado de la superficie (ya que consume la tolerancia de la medición). Consejo: Las almohadillas ligeramente elevadas o el marcado del dibujo para mostrar solo las zonas en las que la planicidad es crítica pueden simplificar la fabricación y la medición.

Cilindricidad, concentricidad y excentricidad: se aplica a los agujeros y ejes, la excentricidad se especifica con mayor frecuencia, ya que es más fácil de medir: un «reloj» o DTI (medidor de prueba de esfera) mide la desviación a medida que se gira la pieza. Se trata de una medida compuesta, por lo que puede ser necesario realizar más mediciones para averiguar si es cilíndrica (no con forma de huevo) o concéntrica (fuera del centro de rotación).

Cuadratura (perpendicularidad y angularidad): Las fresadoras CNC se calibran para comprobar que las herramientas están a escuadra con la bancada de mecanizado, lo que proporciona una buena cuadratura, especialmente en distancias cortas. Cuanto más estrictas sean las tolerancias de cuadratura, más repetitiva y lenta será la fabricación.

En resumen, es importante conocer las tolerancias, GD&T y utilizarlas adecuadamente. Es simple añadirlas a un dibujo, pero piensa si son siempre necesarias, ya que podría ser complicado para tu proveedor de fabricación y te cobrará en consecuencia. Recuerda que podemos presupuestar y fabricar con rapidez directamente a partir de tu modelo CAD, y que no hay nada mejor que una pieza física cuando se trata de averiguar cómo encajará un diseño.

Estamos aquí para apoyar tu proyecto. Llámanos o envía un correo electrónico si quieres obtener mas informaciones. Siempre tenemos nuestros tecnicos disponibles para ayudar con cualquier pregunta en [email protected] o en el +34 932 711 332. ¿Listo para empezar tu próximo proyecto? Solo tienes que cargar un archivo CAD en nuestro sitio web.