Guía de diseño de mecanizado CNC

Una guía completa para ayudarlo a lograr los mejores resultados para sus productos y componentes mecanizados por CNC.

Índice:

•Introducción

•¿Qué es el mecanizado CNC?

•Limitaciones de diseño para el mecanizado CNC

•Selección de material

•Acabados superficiales

•Consejos rápidos para maximizar el mecanizado CNC

Introducción

Aunque las piezas físicas cobran vida en el taller, el proceso de fabricación comienza mucho antes de que se enciendan las máquinas de torneado y fresado CNC. Todo comienza con el proceso de diseño.

El proceso de diseño no solo es un paso esencial para crear las dimensiones y la estructura de un producto o pieza, sino que también puede facilitar el proceso de fabricación en el futuro al tener en cuenta ciertas limitaciones inherentes a la tecnología de producción.

Con el fin de asegurar que nuestros clientes aprovechen al máximo nuestros servicios de fabricación, hemos compilado una guía de diseño completa para el mecanizado CNC llena de prácticas de diseño útiles, consejos y pros y contras.

En la Guía de diseño de mecanizado CNC, cubriremos los conceptos básicos de lo que es el mecanizado CNC, las limitaciones de diseño del proceso, nuestros servicios CNC específicos, cómo elegir el mejor material para su proyecto y más. Nuestra Guía de diseño de mecanizado CNC puede ayudarlo no solo a maximizar su pedido de productos, sino también a mantener bajos los costos.

Flujo de trabajo de mecanizado CNC

¿Qué es el mecanizado CNC?

En términos más simples, el mecanizado de control numérico por computadora (CNC) es una tecnología de fabricación sustractiva que produce piezas terminadas mediante la eliminación de capas de un bloque sólido de material, conocido como blanco. El fresado CNC, uno de los principales tipos de mecanizado CNC, utiliza herramientas de corte que giran a una velocidad de varios miles de rotaciones por minuto (RPM) para eliminar material con precisión hasta lograr una forma neta. Además del fresado, el mecanizado CNC también puede utilizar tornos y taladros para producir piezas o características.

Como proceso de fabricación controlado por computadora, el mecanizado CNC produce piezas basadas en un modelo de diseño asistido por computadora (CAD) que se envía a la máquina CNC a través de un software de fabricación asistida por computadora (CAM).

Las máquinas CNC operan en un número variable de ejes. Una máquina CNC tradicional de 3 ejes puede manipular y trabajar piezas a lo largo de los tres ejes lineales: X, Y y Z. La técnica es más eficaz para piezas relativamente simples y poco profundas. Una máquina de 5 ejes es capaz de trabajar a lo largo de los tres ejes lineales, así como alrededor de dos ejes de rotación. Esto permite realizar cortes más complejos y profundos, ampliando el potencial de diseño de las piezas.

Debido a la precisión, la velocidad y la automatización del mecanizado CNC, se ha convertido en uno de los procesos de fabricación sustractiva más utilizados. Uno de los usos más comunes de la tecnología es la producción de prototipos de metal, ya que actualmente es una de las formas más efectivas de producir series pequeñas o piezas únicas de metal. El mecanizado CNC también es altamente escalable, lo que significa que se puede utilizar para producción única y creación de prototipos, así como para producción de volumen medio a alto.

El mecanizado CNC ofrece una serie de ventajas a los fabricantes, que incluyen un alto nivel de automatización, excelente fiabilidad, reproducibilidad y alta precisión geométrica. El proceso también ofrece un acabado superficial de alta calidad para las piezas y proporciona una buena durabilidad.

Sin embargo, a pesar de todas estas ventajas, existen ciertas limitaciones para el mecanizado CNC. Afortunadamente, si se tienen en cuenta estas limitaciones durante el proceso de diseño, los tiempos y costos de producción tienen el potencial de reducirse y el proceso de fabricación se puede optimizar.

Limitaciones de diseño para el mecanizado CNC

El mecanizado CNC es un proceso de fabricación popular debido a su capacidad para producir una amplia variedad de piezas, desde formas simples hasta estructuras complejas. Sin embargo, como todas las tecnologías de fabricación, el mecanizado CNC tiene algunas limitaciones de diseño. Los hemos desglosado a continuación para asegurarnos de que su producto esté diseñado de manera óptima para cumplir con las capacidades de nuestro mecanizado CNC.

Tolerancia

Tolerancias

Al enviar un diseño para producción, es útil incluir una tolerancia o el rango aceptable para las dimensiones de una pieza. Las tolerancias deben determinarse para cumplir con la funcionalidad requerida de una pieza determinada.

Aunque el mecanizado CNC es capaz de lograr tolerancias extremadamente estrictas, es importante tener en cuenta que tolerancias más estrictas que los estándares de nuestro servicio a menudo pueden generar tiempos de producción más largos y costos más altos.

Si no se indican tolerancias específicas en el diseño del producto, RapidDirect mantiene una tolerancia estándar de +/- -.005 \"para piezas metálicas y +/-. 010 \" para piezas plásticas. Son posibles tolerancias más estrictas, aunque puede llevar más tiempo lograrlo, ya que las velocidades de RPM deben reducirse para tener en cuenta la mayor precisión.

Ángulo CNC

Anglos

Con el fresado CNC, es importante tener en cuenta que todos los bordes o paredes verticales interiores tendrán un radio, en lugar de un ángulo recto. Esto se debe a que las herramientas de corte utilizadas en el fresado CNC son cilíndricas, lo que significa que no pueden producir una regla. Este tipo de ángulo se denomina redondeo de esquina interior.

Al diseñar una pieza, tener en cuenta los filetes de las esquinas interiores puede resultar en un proceso de producción más eficiente. Por ejemplo, es recomendable especificar un radio no estándar para permitir que la herramienta de corte tenga la libertad de cortar y girar la esquina sin tener que detenerse y reposicionarse. Además, los filetes con un radio mayor son más rápidos y económicos de fresar que los radios más pequeños.

Corte CNC

Cortes

Como características que no se pueden producir con una herramienta de fresado estándar, los cortes presentan una serie de desafíos cuando se mecaniza CNC y, si es posible, deben evitarse. Por un lado, si una geometría socavada no tiene dimensiones estándar, requerirá la producción de una herramienta de mecanizado personalizada para producir, lo que aumentará significativamente el tiempo y los costos de mecanizado. Por lo tanto, si es necesaria una función de socavado en su pieza, asegúrese de que tenga dimensiones estándar.

En segundo lugar, debido a que las herramientas CNC tienen una longitud limitada, los cortes no deben hacerse demasiado profundos. Los cortes demasiado profundos o colocados en un área de difícil acceso serán imposibles de producir ya que las herramientas CNC no podrán acceder a ellos.

Espesor CNC

Espesor de pared

Con el mecanizado CNC, al igual que con otros procesos de fabricación, es importante asegurarse de que el diseño de su pieza cumpla con los espesores mínimos de pared. Generalmente, es aconsejable optar por el espesor de pared más grueso posible y evitar paredes o características muy delgadas. Esto se debe a que las características delgadas o finas son susceptibles a las vibraciones causadas por las herramientas CNC, que pueden causar roturas o daños.

Un espesor de pared mínimo estándar para metales mecanizados con CNC es de 0,030 \"(~ 0,76 mm) y de 0,060 \" (~ 1,5 mm) para plásticos.

Hilos

Una vez que una pieza ha sido mecanizada a sus dimensiones y forma especificadas, es posible agregar roscas usando machos de roscar, machos de forma o fresas de roscar. Al diseñar su pieza, es útil elegir el tamaño de rosca más grande posible, ya que los machos de roscar más pequeños tienen un mayor riesgo de romperse durante la producción.

Si es posible, también evite roscas profundas, ya que los agujeros profundos en su pieza pueden generar mayores costos de producción (si es necesaria una herramienta personalizada). De manera similar, apegarse a tamaños de rosca personalizados en el diseño de su pieza puede ayudar a mantener bajos los costos y el tiempo de producción.

Fresado CNC

En RapidDirect, ofrecemos una gama de servicios de mecanizado CNC, incluido uno de los procesos CNC más comunes: fresado CNC. En el proceso de fresado CNC, se monta una pieza en bruto de material en la bancada de la máquina, donde las herramientas de corte rotacionales, como las fresas, cortan la materia prima. Estas herramientas giran a velocidades extremadamente rápidas de miles de rotaciones por minuto (RPM) para eliminar el material que da como resultado una pieza final.

Fresado CNC

Para que el proceso de fresado CNC sea lo más eficiente posible, el material inicial que se va a eliminar se corta con herramientas más grandes a una velocidad de RPM más alta. Esto permite la eliminación rápida de la mayor parte del material. Cuando la pieza está casi cortada a la forma, las herramientas de mayor precisión con menos RPM entran para terminar la pieza.

Una vez que la pieza se ha cortado a la medida con éxito, se inspecciona cuidadosamente para garantizar que se cumplan las tolerancias requeridas y que la calidad sea la estándar. A partir de ahí, la pieza puede procesarse posteriormente y entregarse al cliente.

Consejos rápidos para el fresado CNC

•Adhiérase a las esquinas internas redondeadas: debido a que el fresado CNC utiliza herramientas giratorias redondas, es imposible crear un ángulo interno agudo.

•Utilice el mayor radio posible: cuanto más grande sea la herramienta de corte utilizada, más rápidamente se podrá retirar el material. Asegurarse de que se integren los radios internos más grandes posibles en el diseño facilitará el proceso de fresado.

Torneado CNC

Torneado CNC

En el proceso de Torneado CNC, se monta una pieza en bruto de material en un mandril giratorio, que mueve la pieza mientras las herramientas de corte estacionarias hacen su trabajo. El Torneado CNC es adecuado para producir piezas con simetría a lo largo de su eje central y, a menudo, es más rápido y económico que los productos fresados ​​con CNC.

Las herramientas de torneado CNC, o tornos, permanecen estacionarios mientras la materia prima gira a altas velocidades, entrando en contacto para eliminar el material con precisión hasta que se logra una geometría final. Debido a la naturaleza del Torneado CNC, el proceso se usa principalmente para producir piezas cilíndricas, sin embargo, también es posible producir perfiles no cilíndricos utilizando sistemas de torneado y fresado CNC de múltiples ejes.

Consejos rápidos para el torneado CNC

•Manténgase alejado de ángulos internos agudos: al igual que el fresado CNC, el torneado CNC es capaz de producir esquinas redondeadas, tanto externas como internas.

•Simétrico, pero no demasiado delgado o largo: si el diseño de una pieza es demasiado largo o delgado, la rotación durante la producción puede volverse inestable y causar problemas de fabricación.

Selección de material

Como proceso de fabricación sustractiva, el mecanizado CNC fabrica piezas a partir de un bloque de materia prima, ya sea de metal o de plástico. Este bloque se conoce como material en bruto. Independientemente del material con el que esté trabajando, elegir las dimensiones correctas del material en bruto es crucial antes del proceso de producción. Por lo general, es aconsejable elegir un espacio en blanco que sea al menos 0,125 \"(~ 0,3 cm) más grande en cada dimensión que las dimensiones de la pieza final, para tener en cuenta las inconsistencias en la materia prima. Al mismo tiempo, es importante no utilizar un espacio en blanco demasiado grande para minimizar el desperdicio de material.

Otra cosa crucial a tener en cuenta antes de ordenar su pieza mecanizada CNC es que su selección de material afectará el tiempo y el costo de producción. Esto se debe a que ciertos materiales tienen mejor maquinabilidad que otros, lo que significa que son más fáciles y rápidos de procesar. Las tasas de mecanizado más rápidas se traducen en última instancia en menores costos de producción.

Rieles

Como regla general, los metales que son altamente dúctiles son más fáciles de mecanizar, ya que las fresadoras CNC pueden cortarlos más fácilmente y alcanzar tasas de RPM más altas. El latón, por ejemplo, es uno de los metales más fáciles de mecanizar debido a su buena maleabilidad. Las aleaciones de aluminio también son adecuadas para el mecanizado CNC y dan como resultado tiempos de producción rápidos.

El acero, por otro lado, es un metal fuerte que tiene una tasa de maquinabilidad mucho más baja que el aluminio, lo que significa que las tasas de producción serán más lentas y de mayor costo. Sin embargo, es importante tener en cuenta que diferentes grados de acero tienen diferentes niveles de maquinabilidad dependiendo de su contenido de carbono. Los aceros con contenidos de carbono muy bajos y muy altos suelen ser difíciles de mecanizar.

Por ejemplo, el acero inoxidable 304, que tiene un contenido de carbono relativamente bajo, es difícil de mecanizar porque se vuelve gomoso y se endurece demasiado rápido. Los aditivos como el azufre y el fósforo pueden hacer que el acero inoxidable sea más fácil de mecanizar, como se muestra con la mejor maquinabilidad del acero inoxidable 303.

Para poner en perspectiva la maquinabilidad de estos metales, el acero al carbono suele tardar cuatro veces más en maquinarse que el aluminio, mientras que el acero inoxidable puede tardar el doble de tiempo.

En RapidDirect ofrecemos las siguientes aleaciones metálicas para mecanizado CNC:

ALUMINIO

•6061 T6

•7075 T651

•5052

•2024

•1060

•LY12

•2A12

•1100

•3003

•3004

•5083

•5754

•6082

•6063

•6083

•7050

•5A12

•5A02

LATÓN

•Latón C360

•Latón 260

•Bronce del cojinete C932 M07

COBRE

•Cobre H62

•Cobre H65

•Cobre H70

•Cobre H80

•Cobre H90

•Especial de aleación de cobre

Polímeros

Aunque es posible mecanizar termoplásticos, las propiedades de los materiales de los polímeros pueden presentar desafíos con el mecanizado CNC. Por un lado, debido a las peores tasas de conductividad térmica, muchos termoplásticos se funden o deforman cuando entran en contacto con fresas o taladros CNC. Aún así, para las piezas que no requieren la resistencia y rigidez de los metales, los termoplásticos pueden ofrecer una alternativa menos costosa.

Dentro del alcance de los termoplásticos, Delrin (POM), polietileno de alta densidad (HDPE) y ABS tienen buena maquinabilidad. Aunque son populares por su resistencia y durabilidad, los materiales como PEEK, Ultem, Nylon y muchos compuestos son más difíciles de mecanizar.

En RapidDirect ofrecemos los siguientes termoplásticos para mecanizado CNC:

abdominales

•ABS Beige

•ABS Azul

•ABS Negro

•ABS ignífugo

•ABS Transparente

•ABS especial

ACRÍLICO

DELRIN

•POM Blanco

•POM Negro

•Especial POM

HDPE

NYLON

Superficie mecanizada

Acabados superficiales de mecanizado CNC

El último paso en el proceso de mecanizado CNC es el posprocesamiento. En RapidDirect, ofrecemos una serie de tratamientos de acabado de superficies para completar sus piezas finales y adaptarlas a sus requisitos específicos. Cabe señalar que con el mecanizado CNC, el posprocesamiento es opcional, ya que la calidad de las piezas mecanizadas ya es alta (ver Como-fresado).

Acabado de superficies

Anodización (Tipo II o Tipo III)

La anodización proporciona una excelente resistencia a la corrosión de las piezas mecanizadas, mejorando la dureza y la resistencia al desgaste de la superficie mientras disipa el calor. La anodización es el tratamiento de superficie más común para pintar e imprimar, ya que proporciona un acabado superficial de alta calidad. RapidDirect ofrece dos tipos de anodización: Tipo II, que es resistente a la corrosión; y Tipo III, que es más grueso y agrega una capa resistente al desgaste. Ambos procesos de anodización permiten una amplia gama de acabados de color.

Molido

Los acabados superficiales fresados, que no implican un tratamiento de posprocesamiento, ofrecen la respuesta más rápida para las piezas. El acabado de la superficie de una pieza recién fresada es comparable a 125 µin Ra, mientras que los requisitos se pueden aumentar a 63, 32 o 16 RA µin. Es posible que aún se vean pequeñas marcas de herramientas en la pieza final.

Recubrimiento en polvo

En el proceso de recubrimiento en polvo, la pintura en polvo se rocía directamente sobre la pieza mecanizada. La pieza recubierta se cuece luego en un horno, formando una capa duradera, resistente al desgaste y resistente a la corrosión. Una amplia variedad de opciones de color están disponibles en el proceso de recubrimiento en polvo.

Bead Blast

El granallado consiste en soplar pequeñas perlas de vidrio contra la superficie de la pieza mecanizada de forma controlada. Esta técnica da como resultado una superficie lisa con una textura mate. En el granallado con perlas, se utilizan diversos materiales, como arena, granate, cáscaras de nuez y perlas de metal, para limpiar las piezas o prepararlas para tratamientos superficiales posteriores.

Consejos rápidos para maximizar su producto mecanizado CNC

Mantenlo simple

Si es posible, mantener el diseño de una pieza lo más simple posible a menudo dará como resultado tiempos de producción más rápidos y, por lo tanto, menores costos. Esto se debe a que la creación de estructuras y superficies complejas utiliza muchos cortes pequeños, que tardan más en ejecutarse que los cortes más simples y grandes en superficies planas.

Minimizar los cambios de herramientas

Siguiendo la sugerencia de Keep it simple, asegurarse de que el diseño de su pieza integre dimensiones consistentes para los radios de las esquinas internas y los agujeros puede reducir drásticamente el tiempo de mecanizado. En otras palabras, usar las mismas dimensiones siempre que sea posible reducirá el número de cambios de herramienta necesarios y cada cambio de herramienta implica tiempo y costos adicionales.

Elija los materiales sabiamente

Como se indicó anteriormente en la guía, la selección del material puede tener un gran impacto en los tiempos y costos de producción del mecanizado CNC. Si es posible, elija un material con buena maquinabilidad, como latón o aluminio. Para aplicaciones donde no se requieren la rigidez y la resistencia de los metales, el mecanizado CNC de un material plástico también puede ayudar a reducir los costos, ya que los espacios en blanco del material son más baratos.

Considere las tolerancias y los espesores de pared

Con el mecanizado CNC, las tolerancias más altas y las paredes más delgadas a menudo implican costos más altos, debido al tiempo asociado con lograr cortes de mayor precisión. Si su producto o pieza tiene un rango de tolerancia permitido, opte por la tolerancia más baja para reducir el tiempo y los costos de producción. Lo mismo ocurre con los espesores de pared: cuando sea posible, elija el margen de espesor de pared mayor.

Adhiérase a un acabado de superficie

La última etapa del proceso de mecanizado CNC, el acabado de superficies, también puede afectar el costo de su proyecto en general. La elección de una sola superficie para su pieza o producto puede mejorar la rentabilidad y el tiempo. Si es necesario más de un acabado, es útil minimizar el número de diferentes tratamientos de superficie necesarios.