Piezas mecanizadas CNCse refieren a los componentes producidos con equipos CNC. El mecanizado CNC, abreviatura de mecanizado de control numérico por computadora, es un método de fabricación preciso que ahora se ha convertido en un proceso ampliamente utilizado en la fabricación moderna.
El equipo utilizado en el mecanizado CNC se llamaMáquina herramienta CNC(o simplemente "máquina CNC"), aunque las convenciones de nomenclatura regionales difieren. En la región china del delta del río Yangtze, a menudo se le llama "centro de mecanizado", mientras que en la región del delta del río Perla, se le conoce comúnmente como "fresadora CNC" o "fresadora computarizada".
Tipos comunes de máquinas CNC
Torno CNC– Funciona girando la pieza de trabajo sujeta en el mandril mientras la herramienta de corte se mueve a lo largo de dos ejes para producir piezas cilíndricas.
Fresadora CNC– Normalmente se usa para piezas planas, pero los modelos más avanzados con grados de libertad adicionales pueden producir formas complejas. En la mayoría de los casos, la pieza de trabajo permanece estacionaria mientras el husillo gira la herramienta de corte a lo largo de tres ejes (o cuatro/cinco en máquinas avanzadas). En algunos diseños, el husillo se fija y la pieza de trabajo se mueve hacia la trayectoria de corte.
Máquina de perforación CNC– Similar a las fresadoras, pero diseñado para cortar a lo largo de un solo eje (eje Z), con la broca alimentándose directamente hacia abajo en la pieza de trabajo.
Rectificadora CNC– Utiliza una muela abrasiva para lograr acabados superficiales de alta calidad, a menudo como un proceso de acabado en metales endurecidos para eliminar pequeñas cantidades de material.
Mecanizado CNC vs. Mecanizado Tradicional
En comparación con los métodos de mecanizado convencionales, el mecanizado CNC ofrece mayor precisión y flexibilidad, pero el costo puede ser más alto que otros procesos de fabricación como el moldeo por inyección, la fundición a presión o el estampado.
Los principales factores que afectan los costos de mecanizado CNC incluyen:
1.Equipos de mecanizado
El costo del equipo incluye el precio de compra, los costos operativos, los gastos de mantenimiento, los costos de herramientas y las tarifas de uso del sistema CNC. Cuanto más cara y compleja sea la máquina, mayor será el coste por pieza.
Las fresadoras son generalmente más caras que los tornos debido a sus componentes móviles más complejos, mayor dificultad de configuración y capacidad para realizar mecanizados más complejos. Por lo tanto, siempre que sea posible, diseñe piezas para que se puedan mecanizar en un torno en lugar de requerir fresado.
El costo también varía según el tipo de fresadora. Las máquinas con más ejes son más caras. Si bien las máquinas de 5 ejes pueden producir geometrías complejas de manera más rápida y precisa (reduciendo el tiempo de ciclo), son más costosas que las máquinas de 3 ejes.
2.Costos de diseño
Los costos de diseño incluyen modelado CAD, optimización CAE y programación CAM. Es posible que los costos CAD/CAE no siempre se asignen a los costos de las piezas, depende del acuerdo cliente-proveedor. Dado que los costos de diseño son fijos, la producción de cantidades más altas reduce el costo por unidad.
3.Costos de materiales
El costo del material es uno de los componentes más importantes del costo de la pieza y está determinado por:
- Costo de la materia prima– Los precios varían según el tipo de material y la ubicación del mercado. Elija materiales basados en requisitos funcionales, no innecesariamente de alto rendimiento (y costosos). Por ejemplo, el acero inoxidable 316 es significativamente más caro que el 304.
- Uso de material– Reducir el desperdicio diseñando piezas que requieran menos material. En algunos casos, considere dividir una pieza compleja en dos piezas más simples para su posterior ensamblaje.
- Maquinabilidad– Los materiales que son más fáciles de cortar (por ejemplo, aluminio) reducen el tiempo y los costos de mecanizado, mientras que los materiales más duros (por ejemplo, acero inoxidable) requieren herramientas más costosas y aumentan el desgaste, lo que aumenta los costos.
4.Volumen de producción
Los costos unitarios disminuyen significativamente a medida que aumenta el volumen de producción debido a los costos compartidos de diseño y configuración. La programación y la configuración de la máquina suelen ser tareas únicas para un lote.
5.Requisitos especiales
Las tolerancias más estrictas aumentan la dificultad de mecanizado y las tasas de desecho, lo que aumenta los costos. Los requisitos de acabado superficial más altos pueden requerir procesos adicionales como el esmerilado, lo que también agrega costos.
El posprocesamiento (por ejemplo, tratamiento térmico, anodizado, enchapado) puede mejorar el rendimiento o la apariencia, pero también aumenta los costos. La aplicación de diferentes acabados superficiales a diferentes áreas de la misma pieza aumenta significativamente el costo: los acabados uniformes son más económicos.
6.Factores de diseño estructural
La complejidad de una pieza afecta directamente al costo. Las geometrías complejas a menudo requieren maquinaria avanzada, más configuraciones, tiempos de mecanizado más largos e inspecciones más estrictas. Las consideraciones clave de diseño incluyen:
(1) Evite las paredes delgadas
Las paredes delgadas son frágiles, propensas a vibraciones y deformaciones, y requieren velocidades de corte lentas. Para las piezas metálicas, el grosor de la pared debe ser de >0,8 mm; para piezas de plástico, >1,5 mm.
(2) Evite las características no mecanizables
Por ejemplo, las esquinas internas perfectas de 90° no se pueden fresar directamente porque las fresas tienen una forma cilíndrica, lo que da como resultado esquinas redondeadas. Si se requieren esquinas afiladas, es necesario EDM (mecanizado por descarga eléctrica), que es más costoso. Siempre que sea posible, diseñe con radios internos.
(3) Utilice radios de esquina internos más grandes
Los radios pequeños requieren herramientas más pequeñas y velocidades más lentas, lo que aumenta el tiempo y el costo del mecanizado. Una regla general: el radio de la esquina (R) debe ser al menos 1/3 de la profundidad de la cavidad (D) e idealmente 1,3× el radio de la herramienta.
(4) Limitar la profundidad de la cavidad
Las cavidades profundas requieren más tiempo y presentan desafíos de deflexión de herramientas y eliminación de virutas. Como regla general, la profundidad de la cavidad no debe ser más de cuatro veces el ancho de la cavidad.
(5) Minimice las superficies curvas complejas
Las superficies curvas requieren herramientas más pequeñas y un mecanizado más lento. Siempre que sea posible, reemplace los bordes redondeados con chaflanes para ahorrar tiempo y costos.
(6) Longitud límite de rosca
Las roscas de más de tres veces el diámetro del orificio rara vez aumentan la resistencia, pero aumentan el tiempo de mecanizado. Para agujeros ciegos, deje un área de alivio igual a al menos la mitad del diámetro en la parte inferior.
(7) Orificios de diseño a tamaños estándar
El uso de tamaños de broca estándar es más rápido y económico que el fresado de diámetros de orificios personalizados. La profundidad recomendada es de ≤10× el diámetro de la broca.
(8) Minimice las configuraciones
Diseñe piezas para que todas las características se puedan mecanizar en la menor cantidad de configuraciones posible para reducir la manipulación, el reposicionamiento y la necesidad de accesorios personalizados.
(9) Evite texto o grabado innecesario
El grabado de texto aumenta el tiempo de mecanizado. Si se requiere texto, considere la posibilidad de serigrafiar o marcar con láser, y utilice fuentes sans-serif simples de al menos 20 pt de tamaño.
Conclusión
Al optimizar el diseño estructural teniendo en cuenta la rentabilidad, evitando complejidades innecesarias, seleccionando materiales apropiados y reduciendo el tiempo de configuración y procesamiento, puede reducir significativamente los costos de mecanizado CNC sin sacrificar la función o la calidad.
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