Del diseño a la fabricación: conocimientos esenciales sobre tolerancias de mecanizado CNC que debe conocer

En el ámbito de la fabricación de precisión, si los planos 2D se consideran el lenguaje de los ingenieros, entonces las tolerancias son el “lenguaje oculto” que contienen. Estas determinan si un producto puede ensamblarse sin problemas, mantenerse estable y fiable, y si los costos de producción pueden controlarse de manera eficaz. Muchos diseñadores e ingenieros se centran principalmente en las dimensiones durante la etapa de diseño de los planos, y a menudo pasan por alto la especificación de las tolerancias. En la producción real, la razonabilidad en la selección de tolerancias puede afectar directamente al rendimiento y a la rentabilidad del producto terminado.

Por ejemplo, los orificios de ensamblaje utilizados para fijar tornillos suelen tener sus diámetros controlados según la norma ISO 2768-mK. Si las tolerancias son demasiado estrictas o demasiado amplias, puede impedirse un ensamblaje adecuado, lo que incrementa los costos de producción y el tiempo de entrega.

El mecanizado CNC es conocido por su alta precisión y eficiencia, pero aun así, las piezas producidas deben cumplir con ciertos estándares de tolerancia. La tolerancia se refiere al rango de desviación permitido de una dimensión de la pieza, es decir, la diferencia aceptable entre la dimensión real y la dimensión de diseño.

Las tolerancias a las que normalmente nos referimos son las tolerancias dimensionales y las tolerancias geométricas.

La tolerancia dimensional se refiere a la variación permitida de una dimensión, y es igual a la diferencia absoluta entre el límite máximo y el límite mínimo de tamaño. Puede dividirse en tolerancia dimensional lineal y tolerancia dimensional angular.

La tolerancia geométrica incluye la forma, la orientación, la ubicación y el descentramiento (runout).

La tolerancia de forma se refiere a la variación permitida de la forma de una característica individual, e incluye la rectitud, planitud, redondez, cilindricidad, perfil de línea y perfil de superficie.

La tolerancia de ubicación se refiere a la variación posicional permitida de características relacionadas con respecto a un datum (referencia). Restringe la relación posicional relativa entre dos o más puntos, líneas o superficies, e incluye la concentricidad / coaxialidad, la simetría y la posición verdadera.

En el mecanizado CNC, los orificios suelen taladrarse con una tolerancia estándar de Φ4 ± 0,1 mm. Si se requiere una mayor precisión, puede utilizarse el escariado, pero esto incrementará tanto los costos de mecanizado como el tiempo de entrega. Por lo tanto, a menos que un orificio requiera una precisión especial, generalmente no se recomienda controlar estrictamente la tolerancia de cada dimensión, con el fin de equilibrar el costo y el plazo de entrega.

La tolerancia estándar para prototipado y producción en las fábricas de Horizon es de ±0,1 mm. Para piezas metálicas, normalmente seguimos la norma ISO 2768-1:1989 en el grado fino (f), mientras que para piezas plásticas aplicamos el grado medio (m).

Si se requiere una mayor precisión, podemos ofrecer una tolerancia estándar de mecanizado de precisión de ±0,05 mm. Para características específicas, las tolerancias de orificios pueden mantenerse en ±0,02 mm, y las tolerancias de posición pueden controlarse dentro de ±0,05 mm cuando las características se encuentran en el mismo lado de la pieza.

Además, dependiendo de la geometría y el material de la pieza, en muchos casos podemos lograr tolerancias aún más estrictas. Si su diseño requiere tolerancias especiales, indíquelas claramente en sus planos o modelos al cargar los archivos para la cotización.

Como se muestra en la figura anterior, utilizamos tres tipos de notación: Φ4 ± 0,05 mm representa una tolerancia bilateral simétrica, Φ4 +0,1 / −0,05 mm representa una tolerancia bilateral asimétrica, y Φ4,1 / Φ3,98 representa una tolerancia por límites.

Todos los métodos de notación mencionados son aceptables, pero deben indicarse claramente en el plano de diseño. Al mismo tiempo, se debe prestar atención a los problemas de tolerancia acumulativa, y las tolerancias deben asignarse de forma razonable en las distintas etapas para garantizar que las dimensiones funcionales finales cumplan con los requisitos del diseño.

En el mecanizado de piezas, las tolerancias no solo afectan a las dimensiones (longitud, anchura, diámetro de orificios, etc.), sino también a la rugosidad superficial, que tiene un impacto significativo en la funcionalidad, el ensamblaje y la apariencia de la pieza. En condiciones estándar de mecanizado, la rugosidad superficial de las superficies planas y perpendiculares suele ser de 63 µin (aproximadamente 1,6 µm), mientras que en las superficies curvas es de 125 µin (aproximadamente 3,2 µm) o mejor. Este nivel es suficiente para la mayoría de las piezas funcionales. La rugosidad superficial influye directamente en la fricción, el desgaste, el rendimiento de sellado y la vida a fatiga. Las superficies funcionales suelen requerir una rugosidad menor para garantizar un ajuste fiable.

Para las superficies estéticas, especialmente en piezas metálicas o productos de consumo, la apariencia visual y la calidad táctil pueden mejorarse mediante granallado ligero con microesferas, shot peening fino o pulido. Durante la fase de diseño, los niveles de rugosidad deben seleccionarse adecuadamente según la función de la pieza y los requisitos de apariencia, y indicarse claramente en los planos (por ejemplo, Ra, Rz o µm). Cuando sea necesario, también debe especificarse el método de mecanizado o el proceso de tratamiento superficial. Además, debe considerarse el efecto de la rugosidad superficial sobre la precisión dimensional, el ajuste y el ensamblaje, asignando razonablemente las tolerancias acumulativas para garantizar que el ensamblaje final y el rendimiento cumplan con los requisitos de diseño.