Componentes de acero mecanizados por CNC
Los componentes mecanizados por CNC son piezas que se producen eliminando material de una pieza sólida mediante máquinas herramienta controladas por ordenador. La máquina sigue trayectorias programadas para cortar el material dándole la forma y el tamaño requeridos.
Un componente típico puede comenzar como un bloque de aluminio, una barra de acero, una pieza de latón o un plástico de ingeniería. Una fresa puede eliminar material para formar cavidades, ranuras, escalones y superficies planas. Las brocas crean agujeros, mientras que las herramientas de roscado producen roscas internas.
La geometría del componente determina el método de mecanizado utilizado. Muchas piezas prismáticas se pueden fabricar en una fresadora de 3 ejes, y una máquina de 4 ejes permite girar la pieza para acceder a otras caras. La máquina herramienta de 5 ejes minimiza la cantidad de cambios de sujeción para superficies complejas y angulares.
Además de las piezas de producción, las piezas fabricadas mediante CNC también pueden ser conjuntos personalizados que incluyen características complejas. Una sola cara de un cuerpo de válvula puede estar sujeta a fabricación bajo demanda, como el fresado, el taladrado, el mandrinado y el roscado, mientras que un eje solo puede ser torneado y roscado.
Un componente típico puede comenzar como un bloque de aluminio, una barra de acero, una pieza de latón o un plástico de ingeniería. Dependiendo de la geometría de la pieza, esta puede requerir fresado, torneado, taladrado, mandrinado, roscado u otras operaciones de mecanizado.
¿Qué son los componentes mecanizados por CNC?
Componentes mecanizados por CNC
Los componentes mecanizados por CNC son piezas que se fabrican mediante la eliminación de material de un sólido con la ayuda de máquinas herramienta controladas por ordenador. La máquina CNC se programa con la forma y el tamaño deseados y, a continuación, procesa el material para realizar la operación de corte.
El material utilizado puede ser una barra, placa o bloque de metal, o bien, una pieza de plástico. Las operaciones CNC eliminan material mediante procesos como torneado, fresado, taladrado, mandrinado y roscado.
Un eje de acero puede ser, por ejemplo, una barra redonda. La máquina puede girarse hasta los extremos y tornearse a diferentes diámetros, cortar una ranura, taladrar un agujero y mecanizar una rosca. Para una carcasa de aluminio, puede ser necesario realizar un refrentado, fresado de cavidades, taladrado y roscado.
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¿Cómo se fabrican los componentes mecanizados por CNC?
Diseño de la Pieza
El proceso comienza con un modelo CAD y un plano de ingeniería. El diseñador especifica la geometría, las dimensiones, el material, el acabado superficial, etc., del componente.
El diseño también debe tener en cuenta cómo se sujetará y mecanizará la pieza. La profundidad de los huecos, las ranuras estrechas, las características internas y las superficies de difícil acceso pueden influir en la selección y configuración de las herramientas.
Por ejemplo, para una cavidad profunda podría ser necesaria una herramienta de corte larga. El diseñador puede facilitar el acceso o reducir la profundidad de la cavidad si no es necesario alcanzar la profundidad máxima.
Planificación de trayectorias de herramientas
Una vez finalizado el diseño, un programador CNC escribirá la secuencia de mecanizado en un software CAM. El programador selecciona las herramientas adecuadas y determina el corte para cada elemento.
Normalmente, la trayectoria de la herramienta comienza con operaciones que eliminan cantidades significativas de material. Las operaciones de acabado completan la forma básica.
Si se va a mecanizar la carcasa, el programador podría tener que empezar con el material en bruto y luego desbastar el perfil externo y las cavidades. Las siguientes operaciones, según el plano, se pueden realizar después de taladrar, roscar y dar el acabado final.
Configuración de la máquina
El operario configura la máquina CNC según el proceso planificado. Se insertan las herramientas de corte en la máquina y la pieza de trabajo se sujeta en una mordaza o mandril, se monta en un dispositivo de fijación o en cualquier otro sistema de sujeción adecuado.
A continuación, se determinan las coordenadas de trabajo y las compensaciones de las herramientas. Estas posiciones indican la ubicación de las herramientas y la pieza de trabajo en la máquina.
El operario también supervisa el movimiento de la herramienta durante las primeras pasadas, antes de la primera pasada de corte. Esto ayuda a detectar desviaciones, posiciones de la herramienta y problemas de configuración incorrectos antes de que afecten al componente.
Mecanizado e inspección
La máquina CNC ejecuta entonces los procedimientos deseados. El operario observa el proceso de corte y verifica la pieza durante la producción.
La inspección puede realizarse después de operaciones clave, en lugar de al final del proceso. Por ejemplo, después del mandrinado, se puede medir un orificio crítico y realizar la siguiente operación.
Las piezas de ingeniería se inspeccionan para verificar que cumplan con los planos de ingeniería, utilizando las herramientas de medición adecuadas. Las piezas inspeccionadas pueden incluir calibradores, micrómetros, medidores de interiores, medidores de altura y máquinas de medición por coordenadas.
Buenas prácticas de diseño para componentes mecanizados por CNC
Un componente mecanizado por CNC es más fácil de producir cuando el plano se ajusta a las capacidades de la máquina y las herramientas. Pequeñas decisiones de diseño pueden implicar una configuración adicional, requerir una fresa más pequeña o generar trabajo de inspección extra.
Aplique tolerancias estrictas únicamente a las funciones que funcionan.
Comience con las dimensiones que afectan la función del componente. Estas pueden ser orificios, agujeros, ajustes de ejes y superficies de contacto. Las demás dimensiones generalmente se pueden dibujar con la tolerancia general que aparece en el plano.
Por ejemplo, si una pieza de hardware no se utiliza en una dimensión externa, una tolerancia ajustada no resulta beneficiosa para el componente. Aun así, puede requerir trabajo de inspección y podría necesitar un acabado adicional.
Compruebe el tamaño del componente con respecto a la máquina.
Un componente grande requiere espacio suficiente para el dispositivo de fijación, la fresa, el husillo y el movimiento de la herramienta. Otro problema de altura puede surgir al acceder a una zona profunda con una herramienta larga.
Asegúrese de que el diseño no sea demasiado grande ni que la parte más profunda que se esté mecanizando lo sea. Es posible que se pueda utilizar una fresa más corta y de más fácil mantenimiento con un pequeño cambio en la profundidad del alojamiento.
Elija un material que se ajuste al trabajo.
Nunca elija un material basándose únicamente en su resistencia. Considere a qué condiciones estará sometido el componente. Tenga en cuenta la dureza, la rigidez, la exposición química, la temperatura de funcionamiento, la dilatación térmica y las condiciones de la superficie.
Si se añade resistencia innecesaria al material, aumentará el tiempo de mecanizado y el desgaste de la herramienta. Si las dimensiones del componente son muy similares, también podría causar problemas si el material no es térmicamente estable.
Dé al cortador acceso suficiente
La herramienta de corte debe estar en contacto directo con la pieza a trabajar. En cavidades profundas y estrechas, áreas con radios internos muy pequeños y espacios cerrados, pueden ser necesarias herramientas de corto o largo alcance.
Utilice aberturas más amplias y radios de esquina mayores en las esquinas interiores siempre que sea posible. Una fresa de mayor tamaño suele ser más fácil de manejar que una fresa pequeña que se introduce a la fuerza en un orificio.
Reduzca las configuraciones adicionales
Inspeccione la pieza en la que trabajó el maquinista. Se requiere menos reposicionamiento y menos trabajo de alineación cuando la configuración de la máquina permite producir múltiples características relacionadas.
Evite colocar elementos críticos en lados opuestos. Proporcione una superficie despejada o un punto de referencia para la segunda configuración si es necesario voltear el componente.
Deje suficiente material para el mecanizado.
Debe haber suficiente material en la pieza en bruto para poder realizar un acabado superficial. La cantidad necesaria variará según el estado de la pieza, el tamaño de los componentes, el material utilizado y el tipo de proceso de mecanizado.
No se debe utilizar una tolerancia genérica para todas las piezas fabricadas con la máquina CNC. Si se utiliza muy poco material, la superficie quedará sin acabado; si se utiliza demasiado, será necesario eliminar más material.
En el caso de los componentes mecanizados por CNC, los cambios sencillos y rentables suelen incluir tolerancias funcionales, características disponibles, selección de materiales adecuada, menos configuraciones y tamaños de stock razonables.
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Reglas prácticas de diseño para componentes mecanizados por CNC
Estas reglas abordan características que afectan directamente a la forma en que una fresa entra, se mueve a través y sale de la pieza.
Radio de la esquina interna
Pieza de radio de esquina interna
No se puede obtener una esquina interior cuadrada con una fresa normal. Siempre tendrá un radio redondeado en el borde de corte.
Utilice el radio máximo que se ajuste a la pieza de acoplamiento. Si se necesita una esquina más pequeña, es posible que la operación de mecanizado requiera una fresa de menor diámetro y operaciones de trayectoria de herramienta adicionales.
Paredes delgadas y altas
Estructura geométrica de un componente de pared gruesa
Una pared alta y delgada puede desplazarse bajo la presión de corte. Esto provocará deformaciones, vibraciones o cambios en las dimensiones posteriores al corte.
Aumentar el espesor de las paredes y/o disminuir la altura de las paredes sin soporte, siempre que sea posible. Otra opción es utilizar una nervadura de soporte para aumentar la rigidez sin incrementar el espesor del componente.
Cavidades Profundas
Fresado de cavidades profundas
En cavidades profundas se requieren herramientas de corte más largas. Cuanto más larga sea la herramienta, más difícil será controlar la desviación.
Para la mayoría de las piezas CNC, mantenga la profundidad de la cavidad dentro de aproximadamente cuatro veces el ancho de la cavidadLas cavidades más profundas requieren herramientas más largas, que pueden doblarse y vibrar más durante el corte. Además, las virutas son más difíciles de eliminar de las cavidades profundas. Ampliar la cavidad permite un mejor acceso de la fresa y proporciona más espacio para la eliminación de las virutas.
Texto mecanizado
Texto grabado en una parte
Añade operaciones de corte que no contribuyen a la forma principal de la pieza. Simplifica el rotulado si es necesario para su identificación.
Las letras en relieve o grabadas requieren un mecanizado más complejo, ya que la herramienta de corte debe eliminar material alrededor de las letras. El texto grabado suele ser más fácil y rápido, puesto que la herramienta solo corta las letras en la superficie.
Al diseñar una pieza para mecanizado CNC, es necesario tener en cuenta ciertas restricciones. Algunas formas no se pueden fabricar de manera eficiente con las herramientas CNC estándar. Estos límites deben evaluarse antes de la producción del componente.
Geometría de corte
La superficie resultante depende de la forma de la fresa. Una fresa de extremo plano es adecuada para cavidades de fondo plano, mientras que una fresa de punta esférica se utiliza para cavidades curvas.
Las esquinas interiores del objeto también son redondeadas, con el mismo radio. El hecho de que las características estén diseñadas para tamaños de fresa estándar ofrece al maquinista una mayor variedad de diseños de fresas.
Acceso al cortador
La herramienta debe tener acceso libre a la superficie. Las áreas cerradas, los desniveles profundos o las socavaduras pueden bloquear ese paso.
Si la función no es accesible a través de ninguna de las direcciones existentes, podría requerir una herramienta, una técnica de ensamblaje o un proceso de fabricación diferentes.
Deflexión de la herramienta
Cuanto menor sea el diámetro y mayor la longitud, más fácilmente se doblará al cortar. Esto puede afectar el producto final y aumentar el riesgo de que la herramienta falle. Si es posible, utilice una fresa de mayor diámetro con el menor alcance posible.
Desviación de la pieza
El componente también puede vibrar durante el corte. Esto es típico en paredes delgadas, nervaduras estrechas y áreas donde queda poca pared detrás de la zona de corte.
Proporcione un soporte adecuado en estas secciones para las fuerzas de corte. El sistema de sujeción debe permitir el acceso a las piezas a mecanizar sin obstrucciones.
¿Cuáles son los tipos más comunes de componentes mecanizados por CNC?
Los componentes mecanizados por CNC suelen agruparse según el tipo de trabajo necesario para su producción. La pieza puede ser principalmente fresada, torneada, taladrada o fabricada mediante electroerosión (EDM). Algunos componentes requieren más de un proceso antes de estar terminados.
Componentes de fresado CNC
Las piezas con caras planas, cavidades, ranuras, agujeros, escalones y perfiles no circulares suelen ser componentes fresados. La pieza permanece estable mientras la herramienta de corte recorre las distintas áreas de la misma.
Normalmente, se trata de placas de montaje, soportes, carcasas, fijaciones, cubiertas y bases de máquinas.
Por ejemplo, una placa de montaje con un alojamiento, varios orificios roscados y un patrón de orificios para pernos se suele fabricar mediante fresado y taladrado. Si se van a colocar elementos en otras caras, el plan de mecanizado puede especificar posiciones adicionales para las piezas.
Componentes de torneado CNC
Componentes torneados CNC
Las piezas torneadas son principalmente redondas y se fabrican a medida que el material gira contra la herramienta. Las piezas típicas incluyen ejes, pasadores, bujes, manguitos, espaciadores, collares, fabricación de trofeos de precisióny accesorios roscados.
El torneado es un proceso ideal para piezas con múltiples características a lo largo de un único eje central. Por ejemplo, un eje puede tener diámetros exteriores variables, estar ranurado o roscado, y tener un orificio central. Estas características pueden crearse en una misma operación de torneado.
Piezas perforadas y taladradas
Pieza perforada por CNC
La diferencia entre taladrar y escariar un agujero radica en que la escariación se utiliza para mecanizar un agujero existente y darle un diámetro y una geometría más controlados, mientras que el taladrado se utiliza para crear un agujero.
Cuando el orificio forma parte integral del elemento de acoplamiento, la diferencia es importante. A veces, un orificio de holgura solo requiere perforación; otras veces, puede ser necesario extender el orificio de precisión o agregar un asiento de cojinete.
Entre las aplicaciones más comunes se incluyen carcasas de máquinas, piezas de motores, cuerpos de válvulas, piezas hidráulicas y soportes de cojinetes.
Componentes mecanizados por electroerosión
Componentes mecanizados por electroerosión
Cuando la forma deseada resulta difícil con una herramienta de corte convencional, se emplea la electroerosión (EDM). Este proceso utiliza descargas eléctricas para eliminar el material conductor.
Es apropiado para detalles internos pequeños, ranuras estrechas, cavidades complejas y componentes de herramientas endurecidas. Por ejemplo, las características internas estrechas pueden ser difíciles de mecanizar si una fresa adecuada no puede alcanzarlas. En tales casos, puede ser necesario modificar el diseño para mejorar el acceso de la herramienta. La electroerosión permite lograrlo sin forzar una herramienta de corte pequeña a una posición de mecanizado inadecuada.
Componentes cortados con láser
El corte por láser se emplea principalmente para componentes de chapa y placa planas que solo necesitan ser cortados con un perfil, orificio o ranura.
Los componentes comunes son paneles, soportes, cubiertas, placas y carcasas.
La pieza cortada con láser también se puede procesar para obtener otros productos mecanizados por CNC. Por ejemplo, una placa se puede cortar con láser para darle su forma externa y luego mecanizarla para crear cavidades, agujeros roscados o superficies con acabados precisos.
Componentes de precisión personalizados
Los componentes personalizados se fabrican a partir de un plano, no de un diseño de catálogo. La forma y las propiedades requeridas determinan los procesos de mecanizado necesarios.
Un mismo componente puede someterse a operaciones de torneado, fresado, taladrado, roscado, mandrinado, electroerosión y acabado. Por ejemplo, una carcasa redonda puede tornearse para obtener el diámetro y el orificio principales antes de fresarla para crear las superficies de montaje y taladrarla para el patrón de orificios.
El aspecto clave de este tipo de trabajo es asignar a cada característica el proceso adecuado. No siempre es factible utilizar procesos separados para cada característica, especialmente cuando el componente presenta formas redondeadas, planas, internas y con detalles.
¿Qué materiales se utilizan habitualmente para los componentes mecanizados por CNC?
El material adecuado depende de las funciones que deba soportar el componente. La resistencia, el peso, la resistencia a la corrosión, la resistencia al desgaste, la temperatura, las propiedades eléctricas y los requisitos de mecanizado influyen en la elección.
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Material |
Recomendación práctica |
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Aluminio: |
• Utilizar para carcasas ligeras, soportes, placas, piezas estructurales y componentes mecanizados agrícolas. |
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Acero Inoxidable |
• Utilizar para componentes expuestos a la humedad, agentes de limpieza o condiciones corrosivas. |
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Acero |
• Se utiliza para ejes, engranajes, herramientas y piezas de máquinas que soportan carga. |
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Titanium |
• Utilizar en componentes donde reducir el peso sin perder resistencia sea una prioridad. |
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Plásticos de Ingeniería |
• POM: piezas deslizantes, casquillos, engranajes |
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composites |
• Utilizar cuando se requiera poco peso y alta rigidez. |
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¿Cuáles son las principales ventajas de los componentes mecanizados por CNC?
El mecanizado CNC ofrece ventajas prácticas para la producción de componentes precisos, uniformes y específicos para cada aplicación.
- Alta precisión
- Alta repetibilidad
- Producción más rápida
- Flexibilidad de diseño
- Amplia selección de materiales
- Requisitos de herramientas bajos
- Creación sencilla de prototipos
- Adecuado para diferentes volúmenes de producción.
¿Cómo elegir un proveedor fiable de componentes mecanizados por CNC?
Un proveedor de máquinas CNC competente debe poder demostrar su metodología de trabajo en lo que respecta al mecanizado, la inspección, los materiales y la entrega, desde el diseño inicial hasta el producto final. No se fije solo en el precio o el plazo de entrega; observe el proceso real del proveedor.
Experiencia en mecanizado
Verifique que el proveedor tenga experiencia en la producción del mismo material, geometría y tolerancias. Por ejemplo, el proceso de mecanizado del aluminio 6061 es muy diferente al de fabricar una pieza pequeña con cavidades profundas y tolerancias de posición estrictas, como la aleación Ti-6Al-4V.
Un proveedor eficiente debe estar familiarizado con la selección de herramientas, la sujeción de piezas, la secuencia de mecanizado y las condiciones de corte. Analice con ellos sus planes para realizar operaciones complejas antes de iniciar la producción, en lugar de hacerlo cuando la operación ya esté en marcha.
Controles de calidad
El control de calidad debe ser equivalente al requerido en el plano. El diámetro crítico se puede medir con micrómetros, la ubicación de la característica con calibres de altura, el orificio roscado con calibres de rosca y las dimensiones complejas y tolerancias de posición con inspección mediante máquina de medición por coordenadas (CMM).
Si se trata de un componente de precisión, pregunte qué pruebas se realizan antes del envío. Las comprobaciones habituales incluyen:
- Dimensiones críticas
- El diámetro y la ubicación de los agujeros.
- El tamaño y la profundidad del hilo.
- Planitud y perpendicularidad
- Rugosidad de la superficie
- Dimensiones de la pieza con respecto al dibujo
- Certificación de material
- Tratamiento de superficies
- Defectos mecánicos: marcas visuales y de mecanizado.
Si el pedido de producción es grande, se pueden utilizar informes de inspección o informes de máquinas de medición por coordenadas (CMM) para registrar las dimensiones de las características críticas.
Capacidad material
Asegúrese de que el proveedor utilice regularmente el material que usted designe y que pueda proporcionar la trazabilidad del material si es necesario. El efecto de los diferentes materiales en el desgaste de la herramienta, la velocidad de corte, el refrigerante, la formación de rebabas y el acabado superficial.
Por ejemplo, el acero inoxidable se puede mecanizar de forma diferente al aluminio, y el titanio genera mucho más calor durante el corte. La planificación del proceso debe tener en cuenta estas diferencias.
Capacidad de Producción
Asegúrese de que el proveedor pueda satisfacer sus necesidades en cuanto a volumen de producción y plazos de entrega. Un proveedor puede ser bueno para la creación de prototipos, pero no tanto para la producción de 5,000 unidades.
Infórmese sobre la disponibilidad de la máquina, el tiempo de configuración, la inspección y el tiempo de producción. El tiempo de mecanizado no es el único componente del plazo de entrega; debe incluirse también las operaciones secundarias, la inspección y el acabado.
Soporte de Ingeniería
Idealmente, un proveedor cualificado debería revisar el plano antes de comenzar el mecanizado para garantizar que se utilice el proceso de fabricación adecuado. Debería poder identificar problemas como tolerancias excesivamente ajustadas, cavidades profundas y estrechas, esquinas internas difíciles, acceso deficiente a las herramientas o características de mecanizado indeseables que requieran múltiples configuraciones.
Por ejemplo, si la tolerancia es de ±0.01 mm y se cambia a ±0.05 mm, en ocasiones se pueden reducir el tiempo de mecanizado y los requisitos de inspección sin que ello afecte a la función del componente.
Lista de verificación de proveedores
Cuando busque un proveedor de componentes mecanizados por CNC, examine lo siguiente:
- Experiencia similar en piezas y materiales
- La posibilidad de disponer de una máquina CNC y sus herramientas.
- Inspección de dimensión crítica
- Disponibilidad de la máquina de medición por coordenadas (CMM) para piezas complejas.
- Inspección de acabado superficial
- Inspección de roscas y agujeros.
- Los materiales están certificados y su trazabilidad ha sido verificada.
- Capacidad de inspección del primer artículo
- Capacidad de producción
- Se proporciona asistencia técnica y de diseño para la fabricación (DFM) en ambas direcciones.
- Se adhiere a las recomendaciones de los informes de inspección, según sea necesario.
- Tiempos de producción realistas
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Conclusión
Los componentes mecanizados por CNC pueden variar desde un pequeño pasador o casquillo hasta una carcasa completa con orificios, alojamientos, roscas y superficies mecanizadas. Lo que varía de un proyecto a otro es la combinación de material, geometría, dimensiones requeridas, acabado superficial, cantidad de producción y el uso que se le dará a la pieza.
Una buena pieza mecanizada por CNC comienza con un dibujo que define claramente las características a controlar. La selección del material influye en el corte y en el resultado final. La geometría afecta al acceso de la herramienta y al número de configuraciones. Las tolerancias y los requisitos de acabado superficial influyen en el proceso de mecanizado e inspección de la pieza. La cantidad de producción también determina qué método de mecanizado es el más adecuado.
Es importante revisar estos puntos antes de la producción, en lugar de después de que la pieza ya haya sido mecanizada. Una característica difícil de alcanzar, una tolerancia innecesariamente pequeña o un material inadecuado para la aplicación pueden generar trabajo adicional sin mejorar el componente.
Por encargo Servicio de mecanizado CNCBoda Ofrecemos servicios de mecanizado para diversos materiales, tamaños de piezas, geometrías y requisitos de producción. Puede enviarnos su plano CAD y los detalles de su proyecto para analizar los requisitos de mecanizado de su pieza.
Preguntas Frecuentes
¿Qué piezas se pueden fabricar mediante mecanizado CNC?
El mecanizado CNC se utiliza para una amplia gama de piezas, desde simples pasadores y placas hasta ejes, carcasas, soportes, casquillos, racores y componentes de maquinaria. Este mismo proceso también se emplea para componentes presentes en equipos automotrices, médicos, electrónicos e industriales.
¿Cómo elegir el material para una pieza mecanizada por CNC?
Comience por la función que debe desempeñar el componente. El aluminio es adecuado para componentes ligeros, y el acero para componentes resistentes. Las piezas expuestas a la corrosión se fabrican en acero inoxidable; si se requiere alta resistencia y bajo peso, el titanio es una buena opción. Las piezas de plástico están disponibles en diversos materiales, como POM, nailon, PTFE y PEEK, según la fricción, el aislamiento, el peso o la resistencia química requeridos.
¿Qué grado de precisión puede tener una pieza mecanizada por CNC?
Sin embargo, dado que la tolerancia depende de las condiciones de mecanizado, es difícil encontrar un valor único que se aplique a todas las piezas mecanizadas por CNC. Todos los siguientes factores pueden afectar a la máquina: estado, material, geometría, configuración e inspección. Una tolerancia dimensional extremadamente pequeña puede requerir un mecanizado más preciso y una inspección más exhaustiva, lo que aumenta el tiempo de producción y el coste.
¿Es el mecanizado CNC una buena opción para piezas prototipo?
Una máquina CNC es una buena solución para la producción de prototipos, ya que la pieza se puede cortar directamente del diseño CAD sin necesidad de un molde de producción. La muestra mecanizada permite a los ingenieros verificar las dimensiones, el ensamblaje, el ajuste y el funcionamiento antes de iniciar la producción en serie.