Cómo reducir los costes del mecanizado CNC
Ponga en práctica estos consejos sobre diseño y materiales para reducir sus gastos de mecanizado
El mecanizado cada vez incorpora más avances y mejoras, y esto hace que también sea un poco más complejo. Por eso, a la hora de diseñar una pieza, no siempre es fácil saber lo que se puede hacer y lo que no. Sin embargo, unos cuantos ajustes relativamente sencillos en el diseño de la pieza o en la selección del material le permitirán reducir el coste de las piezas mecanizadas, mejorando además su funcionalidad.
En Protolabs utilizamos un software que automatiza los presupuestos de las piezas y que destaca las características del diseño que conviene revisar para producir las piezas con más rapidez. El software señala desde el primer momento las formas que no son fabricables y también aquellas áreas que, aunque no necesariamente necesitan un cambio, sí mejorarían la mecanizabilidad general del diseño: paredes finas, texto grabado, orificios profundos y geometrías complejas, por citar algunas.
A continuación encontrará algunos consejos que le ayudarán a diseñar piezas mecanizadas más económicas.
1. Alivie las esquinas de las cavidades
Piense en las esquinas de una cavidad mecanizada como, por ejemplo, el interior de una caja electrónica o un soporte utilizado para albergar un componente rectangular. Un error de diseño habitual es dejar la intersección de las paredes verticales de esas partes de la pieza formando un ángulo recto. A modo ilustrativo, piense en el mecanizado de una caja de acero inoxidable para guardar una baraja de cartas. La única forma de conseguir las esquinas totalmente cuadradas necesarias para que encajen las cartas es utilizar el mecanizado por descarga eléctrica (EDM) o atornillar varias chapas planas. En ambos casos, el procedimiento es lento y caro.
En lugar de eso, equiparemos uno de nuestros centros de mecanizado con la fresadora radial más pequeña disponible para ahuecar las esquinas. En el caso del acero inoxidable 304, se usaría una fresadora radial de 0,8 mm, que deja un radio de 0,4 mm en las esquinas. Es una esquina bastante aguda, pero su profundidad es limitada. En tamaños así, la longitud de la mayor parte de las fresadoras radiales para cortar acero alcanza como máximo cinco veces el diámetro de la cuchilla. El mecanizado con fresadoras radiales tan pequeñas es un trabajo lento y delicado, que eleva el coste del proyecto.
Una estrategia para reducir el presupuesto consiste en mecanizar un aliviadero en cada esquina de la cavidad. Esto elimina esos radios incómodos y deja en su lugar un espacio libre en forma de U o de C. También permite realizar cavidades mucho más profundas: cortando un aliviadero de 6,35 mm de ancho en cada esquina, se pueden hacer esquinas funcionalmente rectas con una profundidad de unos 32 mm. Si cambiamos al aluminio o al plástico se pueden conseguir cavidades dos veces más profundas que con el acero. Y lo mejor de todo, al diseñar las cavidades de esta manera se reduce el coste de la pieza, ya que se pueden usar fresadoras radiales más grandes y la velocidad de eliminación del material aumenta proporcionalmente.
2. . Desbarbe los bordes usted mismo
Evitar roturas de esquinas es otra medida de ahorro relacionada con los radios. En un intento de eliminar rebabas y romper esquinas agudas, los diseñadores suelen suavizar las intersecciones externas de las piezas con chaflanes o radios de esquina. Es comprensible, y en ocasiones muy necesario, pero puede ser caro también. Para las piezas de metal, Protolabs ofrece una opción de desbarbado automatizado, pero todos los demás materiales se entregan con el mecanizado en bruto o con bordes afilados, tal como se muestra en la ilustración. Si el diseño de la pieza exige un borde roto, tenemos que incorporar una herramienta adicional (una fresadora radial esférica) y mecanizar estas esquinas usando un movimiento de perfilado en 3D.
Normalmente, utilizamos estas herramientas a muchas revoluciones por minuto y se eliminan cantidades de material muy pequeñas, pero aun así sigue siendo un proceso lento de idas y venidas hasta suavizar cada esquina. Muchos clientes prefieren ahorrar unos cuantos euros desbarbando estas piezas por su cuenta con una lima, un papel de lija o un disco pulidor.
3. Evite el texto hasta la fase de
moldeo
En la misma línea, el texto grabado queda muy bien pero es una operación lenta que debe evitarse siempre que sea posible. En este caso también se utiliza una fresadora radial esférica para trazar las letras, números y símbolos que aparezcan en el modelo CAD. El resultado es muy bueno, y puede ser un requisito válido en la pieza mecanizada, pero es probable que sea más adecuado en piezas moldeadas por inyección, en las que se puede compensar el tiempo adicional dedicado al mecanizado con un mayor volumen de piezas. Debido a los diferentes juegos de herramientas que utilizamos para metales o para plásticos, el tamaño mínimo de las formas es de 0,9 mm para metales y 0,51 mm para plásticos.
Los diámetros de herramienta pequeños aumentan el tiempo de mecanizado, por lo que conviene eliminar los textos o logotipos de los prototipos mecanizados.
4. Tenga cuidado con las paredes y formas finas
Nuestra tolerancia estándar para las piezas es de +/- 0,13 mm. Si tiene una forma de 0,51 mm o menos, nuestro sistema automatizado de elaboración de presupuestos la destacará como geometría de pared fina, aunque permitirá mecanizarla. No obstante, la pieza mecanizada puede diferir ligeramente de su diseño original. Toda pared de un grosor máximo de 0,51 mm no solo puede romperse durante la operación de mecanizado, sino que también podría flexionarse o alabearse más tarde. Refuércelas tanto como el diseño de su pieza lo permita.
Tenga cuidado con las piezas de paredes finas porque pueden romperse durante la operación de mecanizado, o incluso flexionarse o alabearse más tarde. Refuércelas tanto como el diseño de su pieza lo permita.5. Opte por la simplicidad
Las cavidades muy profundas no son recomendables, aunque se practiquen aliviaderos en las esquinas. No se trata únicamente de que eliminar todo ese material exija mucho tiempo de mecanizado, sino también de que la tensión residual de la materia prima tiende a mostrar su peor cara a medida que las cavidades se hacen más profundas y las paredes más altas. Podrían usarse refuerzos o estructuras de soporte como apoyo a estas piezas para evitar el movimiento causado por la tensión, pero esto tiende a incrementar los costes del mecanizado. Mantener la simplicidad es el mejor consejo para cualquier fabricante o diseñador de productos de piezas mecanizadas.
Lo mismo puede afirmarse para la geometría global de la pieza. No intente que las piezas den más de sí de lo que pueden dar. Maximizar el uso de material puede crear problemas de mecanizado y de soporte de la obra, incrementando también los costes. Si el diseño se vuelve demasiado complejo, contemple la posibilidad de dividirlo en varias piezas y usar elementos de sujeción para ensamblarlas. A nadie le gustan los costes de montaje ni la complejidad asociada a múltiples piezas, pero podría ser la mejor estrategia para las piezas difíciles de mecanizar si se dispone de poco tiempo. Superficies esculpidas, hendiduras cavernosas (por ejemplo, disipadores de calor) u orificios y roscados muy profundos son algunos factores habituales de encarecimiento del mecanizado que pueden arruinar el presupuesto de su proyecto.
6. Explore materiales alternativos
Una de las formas más sencillas de ajustarse al presupuesto (suponiendo que satisfaga sus necesidades) es el cambio a un material más fácil de mecanizar o menos caro. Nuestra selección de material incluye una amplia variedad de metales y plásticos, cada uno de ellos con sus propias características técnicas, estéticas, problemas de mecanizado y coste de material. Estas son algunas consideraciones importantes sobre los materiales:
- El acero inoxidable 17-4 PH es complicado de cortar. Si no es fundamental una gran fortaleza y resistencia a la corrosión, pruebe mejor con el 316L o el 304.
- El cobre es un excelente conductor eléctrico, pero es mucho más caro que el aluminio. Por su peso y el ahorro de costes que supone, el aluminio es una opción a tener en cuenta, aunque tenga aproximadamente el 60 % de conductividad del cobre.
- Si le preocupa la dureza, el 4140 puede que sea la mejor opción, pero el 1018 es muy económico y ofrece una cementación admirable.
- El latón es un metal blando, por lo que resulta fácil de mecanizar y no es duro para las fresadoras radiales. Además, es posible que tenga las propiedades mecánicas, químicas o conductivas que necesita su aplicación.
- En cuanto a los plásticos, tenemos más de treinta tipos entre los que elegir. Todos ellos son relativamente fáciles de cortar, lo cual suele equivaler a un menor coste de pieza (aunque no siempre). Algunos plásticos ofrecen una gran resistencia al desgaste, a la corrosión o a los elementos químicos; otros se comportan bien en condiciones de calor o llamas; y otros ofrecen una dureza, resistencia a los impactos o propiedades eléctricas excelentes. Normalmente, cuanto más blando es un material, más riesgo existe para la estabilidad dimensional al realizar el fresado.
Son demasiados metales y plásticos para citarlos aquí, pero puede consultar la lista completa de materiales o hablar con uno de nuestros ingenieros de aplicaciones.
Cuando cargue un modelo CAD en nuestro sitio web, nuestra herramienta de elaboración de presupuestos estudiará qué se puede mecanizar y dónde existen dudas. Estas conclusiones se explican claramente en el presupuesto, por lo que tendrá la oportunidad de ajustar el diseño de la pieza si así lo desea y volver a presentarla para un nuevo presupuesto. En caso de duda, póngase en contacto con nuestros ingenieros de aplicaciones llamando al +34 932 711 332 o escribiendo un mensaje a [email protected].