Ir al contenido 
Cuando se trata de fabricación de precisión, comprender las tolerancias de las piezas CNC es fundamental para producir componentes de alta calidad que cumplan las especificaciones exactas. Independientemente de si su sector es el aeroespacial, la automoción o la fabricación en general, una gestión eficaz de las tolerancias afectará directamente a la funcionalidad de las piezas, el coste y el éxito general de los productos.
¿Qué son las tolerancias de mecanizado CNC?
Las tolerancias de las piezas CNC se refieren al intervalo aceptable de variación dimensional que puede tener un componente mecanizado manteniendo su función prevista. Dichas tolerancias describen la variación permitida de la dimensión real con respecto al valor especificado por un fabricante, con el fin de garantizar que las piezas encajen entre sí y funcionen como se espera.
Las dimensiones perfectas en el mundo de la fabricación difícilmente pueden cumplirse, ya que existen caprichos naturales en las máquinas, en los materiales a utilizar y en el entorno. La mayoría de Operaciones de mecanizado CNC se toleran a +/-,005″ (0,127 mm), pero esto es bastante flexible y será específico de cada proceso.
Aprendizajes sobre los fundamentos de la tolerancia
Las tolerancias CNC de mecanizado estándar varían entre +/- 0,05 mm y +/- 0,13 mm, es decir, según el proceso de fabricación. Estas tolerancias son la base de la capacidad del sector manufacturero para producir piezas fiables y funcionales.
La precisión dimensional es esencial cuando hay que pensar en la forma en que las piezas interactuarán en un ensamblaje. Reducir las tolerancias suele mejorar el ajuste y la funcionalidad a costa de una fabricación más costosa y un proceso de fabricación más largo.
Fabricación CNC: Tipos de tolerancias de mecanizado
Tolerancia bilateral
En la tolerancia bilateral, la última dimensión del componente no puede ser igual a la dimensión nominal o al perfil verdadero en ambos lados. Un ejemplo es cuando una dimensión se ha fijado como 30,00 +/- 0,05 mm, y la última lectura arroja una variable de 29,95mm-30,05mm.
Tolerancia unilateral
En la tolerancia unilateral, definimos el rango de valores en una sola dirección. Este enfoque es especialmente útil cuando una dirección de variación es aceptable mientras que la otra podría causar problemas de montaje.
Tolerancia límite
Las tolerancias límite especifican valores exactos mínimos y máximos aceptables para una dimensión. Por ejemplo, por ejemplo, la tolerancia límite asignada para la dimensión es 12...12,5 mm, el valor final deberá situarse en el espacio comprendido entre estos valores.
Dimensionamiento geométrico y tolerancias
Dimensionamiento geométrico y tolerancias es un método más desarrollado para controlar la variación de las piezas. GD&T indica al fabricante el grado de exactitud y precisión necesario para cada característica controlada de la pieza.
Principales ventajas de la implantación de GD&T
GD&T incluye zonas de tolerancia circulares o cilíndricas formadas alrededor de un punto, lo que da como resultado una zona de tolerancia 57% mayor en comparación con los métodos tradicionales de tolerado por coordenadas. Esta eficiencia mejorada permite:
- Mayor control de la precisión de fabricación
- Reducción de la ambigüedad en la intención del diseño
- Mejor asignación de tolerancia funcional
- Mejora de los procesos de inspección
Símbolos y aplicaciones comunes de GD&T
La posición es uno de los símbolos más útiles y más complejos de todos los símbolos de GD&T. Otros símbolos esenciales son:
- Planicidad para el control de la superficie
- Perpendicularidad para relaciones angulares
- Concentricidad de los elementos de rotación
- Posición real para mayor precisión de localización
Tolerancias y especificaciones estándar del sector
Aplicación de la norma ISO 2768
La norma ISO 2768 proporciona tolerancias métricas estándar generales (mm) para dimensiones lineales y angulares sin indicaciones de tolerancia individuales en cuatro clases de tolerancia. Esta norma internacional ayuda a los fabricantes a mantener la coherencia en sus operaciones globales.
Las cuatro clases de tolerancia son:
- Fino (f): Para aplicaciones de alta precisión
- Medio (m): Para uso general en fabricación
- Grueso (c): Para aplicaciones menos críticas
- Muy gruesa (v): Para operaciones bruscas
Especificaciones de tolerancia por material
- Aleaciones de aluminio: Excelente para el mecanizado, con tolerancias posibles de ±0,05 mm.
- Aleaciones de acero: Buena estabilidad dimensional con tolerancias posibles de hasta ±0,08 mm
- Plásticos técnicos necesitan tolerancias más amplias, entre ±0,15 mm y ±0,25 mm.
Los distintos materiales tienen propiedades diferentes que afectan a los niveles de tolerancia que pueden alcanzarse. Comprender estas propiedades de los materiales es esencial para un control de calidad y una gestión de costes eficaces.
Repercusión en los costes de las tolerancias de las piezas CNC
La economía de la fabricación de precisión
Los fabricantes saben que nueve de cada diez veces, las tolerancias son las que encarecen el coste de una pieza. La relación entre tolerancia y coste sigue una curva exponencial, en la que cada decimal añade un cero al precio.
Cosas que afectan a los costes relacionados con la tolerancia
Tiempos de mecanizado más largos: Para conseguir tolerancias más ajustadas, normalmente hay que hacer más pasadas con la herramienta de corte, cortar más despacio y configurar herramientas más complicadas para mantener la precisión.
Equipos especializados: Las tolerancias más estrictas encarecen mucho las cosas, ya que los costes aumentan en 15-30% para tolerancias de ±0,05 mm frente a las estándar de ±0,13 mm.
Más requisitos de inspección: Las tolerancias más estrictas requieren herramientas de medición más avanzadas y tiempos de inspección más largos.
Encontrar el mejor equilibrio entre coste y calidad
Desde el punto de vista de los costes, las tolerancias dimensionales deben ser las máximas posibles sin afectar al ensamblaje o al rendimiento de la pieza. Los ingenieros inteligentes se centran en las tolerancias estrictas sólo en las características críticas, mientras que permiten tolerancias más laxas en las dimensiones no funcionales.
Mejores prácticas para la gestión de tolerancias de piezas CNC
Estrategias para optimizar el diseño
- Análisis funcional: Averigüe qué características necesitan realmente tolerancias estrictas en función del funcionamiento de la pieza y de cómo debe montarse.
- Apilamiento de tolerancias: Hay que tener en cuenta los efectos acumulativos cuando se encadenan varias dimensiones en un conjunto.
- Selección de materiales: Elija materiales que soporten de forma natural sus niveles de tolerancia requeridos.
- Capacidad de proceso: Seleccione procesos de fabricación que puedan alcanzar con fiabilidad las tolerancias especificadas.
Comunicación y documentación
Una comunicación clara de las tolerancias es esencial para el éxito de la fabricación. Para estas y otras excepciones, asegúrese de indicarlas en el diseño de la pieza cuando cargue los archivos para el presupuesto.
La documentación adecuada debe incluir:
- Las llamadas GD&T eran apropiadas
- Especificaciones materiales
- Identificación de la dimensión crítica
- Requisitos de inspección
Técnicas avanzadas de fabricación de precisión
Capacidad de mecanizado de alta precisión
Las modernas instalaciones CNC pueden alcanzar niveles de precisión extraordinarios. También somos capaces de mantener +/- 0,0005 pulg. (0,0127 mm) en orificios escariados y +/- 0,002 (0,051 mm) en ubicaciones de características, siempre que dichas características se mecanicen en el mismo lado de la pieza.
Consideraciones sobre el acabado superficial
La rugosidad superficial, que en la oferta estándar es de 63 m pulg. en superficies planas y perpendiculares, y de 125 m pulg. o más fina en superficies curvas. Las especificaciones de cualquier acabado superficial van de la mano con las tolerancias dimensionales en un intento de que toda la pieza sea funcional.
Casos prácticos y aplicaciones industriales
Requisitos aeroespaciales y de defensa
En la fabricación aeroespacial, las tolerancias de las piezas CNC se convierten en una misión crítica. Las piezas de este tipo, como los álabes de turbina, se manejan con tolerancias muy estrictas, ya que una pieza fabricada de forma imprecisa tendría un efecto devastador en el funcionamiento del producto. El rendimiento y la seguridad se ven afectados, incluso por pequeñas desviaciones.
Normas de fabricación de automóviles
Las industrias automovilísticas dependen de la precisión dimensional en el proceso de producción en serie. El control de la tolerancia se traduce en la intercambiabilidad y la compatibilidad en la cadena de montaje de miles de componentes.
Dispositivos médicos de precisión
La fabricación médica exige una precisión excepcional, en la que las tolerancias de mecanizado CNC repercuten directamente en la seguridad de los pacientes y la eficacia de los dispositivos.
Inspecciones y medidas de control de calidad
Técnicas de medición
El control de calidad moderno emplea diversos métodos de medición:
- Máquinas de medición por coordenadas (MMC)
- Comparadores ópticos
- Interferometría láser
- Sistemas de calibrado de precisión
Control estadístico de procesos
La aplicación del control estadístico de procesos ayuda a mantener una precisión de fabricación constante en series de producción prolongadas, identificando tendencias antes de que den lugar a piezas fuera de tolerancia.
Tendencias futuras en la gestión de la tolerancia
Integración de la fabricación digital
El análisis de tolerancias ha pasado a formar parte de los sistemas CAD con software de fabricación avanzado capaz de optimizar las especificaciones de tolerancia en tiempo real durante la fase de diseño.
Aplicaciones de la Inteligencia Artificial
El control de calidad de tipo IA ya anticipa la desviación de la tolerancia y sugiere la acción correctora antes de que las piezas se salgan de tolerancia.
Conclusión
Comprender las tolerancias de las piezas CNC es esencial para el éxito de las operaciones de fabricación. Unas prácticas eficaces de gestión de tolerancias, un uso adecuado de GD&T y unas especificaciones de tolerancias rentables permiten a los fabricantes ofrecer piezas con características de alta calidad a precios competitivos.
El éxito depende del cumplimiento de los requisitos de precisión con las capacidades de fabricación y las limitaciones de costes. Dado que la tecnología de fabricación sigue mejorando, la gestión de las tolerancias también se perfeccionará mucho, con mayores posibilidades de lograr precisión y eficacia.
Preguntas frecuentes
1. ¿Qué tolerancia debe tener por defecto su máquina CNC?
La tolerancia estándar de Xometría en el mecanizado CNC, a menos que lo desee específicamente un diseñador, es de +/- .005″ teniendo componentes metálicos y +/- .010″ en plásticos. No obstante, las normas presentadas anteriormente son relativas a los fabricantes y sus diferentes aplicaciones.
2. ¿Qué repercusiones tienen en el coste de fabricación las tolerancias más estrictas?
Dependiendo de la tolerancia exigida y de la geometría relacionada con ella, los costes pueden ser más del doble de lo que costaría mantener la tolerancia estándar. Las tolerancias estrictas exigen máquinas especiales, mecanizados más largos y mayores operaciones de control de calidad.
3. ¿Cuándo debo dar tolerancias GD&T en lugar de las tradicionales?
El dimensionado y tolerado geométrico es más útil cuando se aplica a piezas complejas que tienen muchas características que deben ser capaces de relacionarse entre sí en términos de funcionalidad. El GD&T demuestra mayores grados de rangos de tolerancia que las formas de tolerado por coordenadas heredadas.
4. ¿Cómo se determinan los niveles de tolerancia?
La tolerancia alcanzable varía en función de las propiedades del material, las capacidades de los procesos de mecanizado, la geometría de la pieza y el entorno. El reto en el proceso de fabricación de una pieza con una tolerancia puede ser bastante sensible al material.
5. ¿Qué debo hacer para utilizar las tolerancias con el fin de minimizar los costes?
Las tolerancias estrictas sólo deben aplicarse a las dimensiones funcionalmente críticas, pero deben ser más relajadas en las demás dimensiones que no son importantes. La elección del material, el proceso de fabricación aplicado a su producto y lo sensibles que sean sus características a las variaciones deben favorecer siempre las tolerancias.
