La tolerancia es un rango permitido de variaciones en las dimensiones de una pieza según su forma, ajuste y función. Este término define qué tan precisa debe ser la medición de un componente. Define el grado de variación o desviación permitida respecto de la medida base, particularmente en lo que respecta a las dimensiones de piezas mecanizadas por CNC.
Para reducir estas desviaciones, se utilizan tolerancias estándar en el mecanizado CNC. A menos que el diseñador especifique lo contrario, las tolerancias son +/- 0,010 pulgadas para piezas de plástico y +/- 0,005 pulgadas para piezas metálicas. Sin embargo, cuanto mayor sea la precisión de la pieza requerida, menor será la tolerancia (por ejemplo, +/- 0,0004 pulgadas).
Una pregunta recurrente es si las tolerancias más estrictas de las piezas CNC afectan la producción y el diseño de las piezas. ¡La respuesta es un sí rotundo! La mayor influencia en el diseño y la producción probablemente provendrá de tolerancias estrictas.
Tolerancias más estrictas conducen a mayores costos de producción
Las tolerancias afectan el tiempo de procesamiento y las herramientas de mecanizado y, por tanto, influyen en los costes. ¿Y esa es la razón? Unas tolerancias más estrictas suelen provocar más desechos, el uso de herramientas de medición especiales y accesorios adicionales. La búsqueda de tolerancias más estrictas también puede disminuir las velocidades de mecanizado, aumentando así los tiempos del ciclo de producción.
Dependiendo del nivel de tolerancia requerido y la geometría de la pieza, apuntar a tolerancias más estrictas puede duplicar el costo de diseño y producción en comparación con lograr niveles de tolerancia estándar.
Tres razones por las que unas tolerancias más estrictas aumentan los costes
Hay tres razones principales por las que tolerancias más estrictas en la fabricación de piezas pueden aumentar los costos de producción. Eso incluye:
1. Uso de herramientas especializadas y costosas
Si se requieren herramientas especiales para lograr la tolerancia y precisión requeridas, la compra de estas herramientas aumentaría los costos de producción.
2. Realizar pruebas costosas
Se requiere una inspección completa para piezas CNC con tolerancias estrictas. Independientemente de si la inspección la realizan humanos o se controla automáticamente, se requiere más tiempo y esfuerzo. A veces, debido a tolerancias estrictas, se deben inspeccionar todos los componentes y se debe desechar cualquier pieza que no cumpla con las especificaciones, incluso si podría usarse de otra manera. En consecuencia, esta alta tasa de clasificación y rechazo también afecta al precio de las piezas y lo incrementa.
3. Procesos adicionales
Las tolerancias más estrictas de las piezas CNC a menudo requieren más procesos, equipos y herramientas, lo que aumenta los costos de producción. Por ejemplo, cuando se trata del acabado superficial requerido para el metal, los procesos secundarios como el rectificado, el bruñido y el acabado son costosos y sólo deben llevarse a cabo cuando sea necesario.
Tolerancias más estrictas requieren un cambio en el proceso de fabricación
Elegir tolerancias más estrictas que los estándares de la industria puede cambiar el proceso de fabricación ideal para sus piezas CNC. La razón es que la elección del proceso de producción puede influir en tolerancias más estrictas.
Por ejemplo, un agujero con un conjunto de tolerancias se puede mecanizar con una fresa vertical y un conjunto diferente de tolerancias al perforar el mismo agujero con un torno, lo que aumenta los plazos de entrega. Además, las tolerancias básicas pueden ser diferentes para máquinas CNC con diferentes números de ejes.
Además, el tipo de piezas que puede manejar una máquina CNC depende de su tolerancia. En determinadas circunstancias, se requiere más mecanizado antes de que la pieza pueda alcanzar tolerancias estrictas. Si desea que sus productos tengan características de acabado pequeñas o extremadamente finas, es posible que deba someterlos a varias operaciones de procesamiento diferentes. Los diferentes procesos de mecanizado también dan lugar a diferentes rugosidades o calidades de superficie. Puede ser necesario esmerilar o lapear para cumplir con estándares de tolerancia aún más estrictos.
El límite de tolerancia depende del material.
La complejidad de producir un producto con una determinada tolerancia puede variar mucho según el material. Debido a que el material se dobla al cortarse, a menudo es difícil mantener una tolerancia establecida para materiales más blandos como los termoestables y los termoplásticos.
El nivel de tolerancia alcanzado con un material determinado puede depender de sus propiedades. Estas propiedades incluyen:
Estabilidad térmica : los no metales, como los plásticos, suelen tener problemas de estabilidad térmica. Estos materiales se deforman durante el mecanizado CNC a medida que aumenta el calor, comprometiendo la tolerancia de la pieza.
Abrasividad : algunos materiales de mecanizado CNC con alto contenido de carbono, como el acero al carbono y el titanio, dificultan alcanzar ciertas tolerancias manteniendo la precisión debido a su naturaleza abrasiva. Esta dificultad se debe principalmente a la cantidad de cambios de herramienta necesarios.
Dureza : En comparación con materiales más blandos, los materiales más duros como el aluminio, el acero inoxidable, el latón y el cobre se pueden mecanizar con mayor facilidad y precisión. La razón de esto es que la máquina herramienta puede cambiar de dimensiones más fácilmente cuando está en contacto con materiales más blandos. Por lo tanto, fresar materiales más delicados requiere paciencia.
Complejidad y diseño en piezas
El diseño de piezas CNC es el elemento más importante para mantener tolerancias estrictas. Los ajustes durante la fase de diseño no sólo garantizan tolerancias consistentemente estrictas, sino que también mejoran la calidad, aumentan la satisfacción del cliente y reducen los costos.
El control de tolerancia puede verse influenciado por la geometría de la pieza, las dimensiones generales y las especificaciones de espesor de pared. Las diferentes velocidades de contracción que pueden presentar las paredes gruesas dentro de sus secciones gruesas hacen difícil mantener tolerancias precisas debido a las diferentes contracciones dentro de las diferentes secciones.
Tolerancias más estrictas: pruebas de piezas de impacto
Es difícil y lleva más tiempo verificar tolerancias más estrictas. Esto se debe a que se necesitan mejores equipos de medición y técnicas de prueba. Esto también aumenta los costos de producción de piezas.
Por ejemplo, las vibraciones durante el fresado pueden provocar marcas de vibración. Aunque estas marcas se pueden inspeccionar visualmente, obtener datos precisos, como la profundidad y la longitud de las marcas, requiere herramientas de inspección sofisticadas. Estas marcas pueden estorbar y provocar ruidos y vibraciones durante el montaje (especialmente con tolerancias más estrictas).
Elige sólo si es necesario
Mucha gente tiende a ser muy precisa a la hora de elegir una tolerancia. Elegir una tolerancia de 0,001 mm en lugar de 0,01 mm puede suponer un aumento del precio de dos a tres veces. Tolerancias más estrictas requieren una fabricación más cuidadosa y pruebas adicionales para garantizar la precisión de todas las piezas.
En algunas situaciones, se requieren tolerancias más estrictas. Sin embargo, las tolerancias de las piezas deberían depender principalmente de cómo funcionan juntas, para qué se utilizan, cómo se fabrican y qué tan sensibles son las características a la variación.