Servicio de mecanizado CNC: la guía completa

Servicio de mecanizado CNC: lo que los ingenieros deben saber antes de realizar el pedido

“Pedir piezas mecanizadas CNC” parece simple: simplemente envíe su archivo CAD, reciba un precio y espere a que lleguen las piezas. Sin embargo, en realidad, los factores críticos que diferencian la pieza “buena” (una iteración) de la “mala” son la predicción de las decisiones sobre el trabajo incluso antes de realizar el pedido. Esta guía analiza lo que los ingenieros y gerentes de adquisiciones deben considerar al elegir un servicio de mecanizado CNC, desde seleccionar el proceso y determinar las tolerancias requeridas hasta comprender qué afecta su costo y calificar a sus proveedores, con los datos concretos para respaldar su elección.

¿qué es el mecanizado CNC y cómo funciona?

A Serviciu de mecanizare CNC es uno de los procesos de fabricación continua que utiliza una máquina de control numérico por computadora para cortar materiales de un bloque de material, pieza de trabajo para darle forma y dimensionar una pieza. A diferencia de las impresoras 3D, una máquina CNC utiliza un bloque inicial de material más grande para reducirlo a la forma deseada.

Cada trabajo CNC sigue tres pasos. Un ingeniero diseña un modelo 3D utilizando el software CAD SolidWorks, Fusion 360 o similares. A continuación, el modelo 3D se convierte en rutas de herramientas mecanizables en el software CAM, que luego genera códigos G que indican a la máquina CNC dónde ir, qué tan rápido girar, qué tan profundo cortar, etc.

Finalmente, la máquina CNC ejecuta esos códigos. Las velocidades del husillo generalmente están entre 8.000 y 30.000 RPM dependiendo del material y el diámetro del cortador, y luego las velocidades de alimentación se seleccionan basándose en encontrar un acabado superficial aceptable mientras se logra el tiempo de ciclo deseado.

La repetibilidad es donde el CNC supera a la operación manual. Un CNC único puede estar hecho a mano, hecho por encargo, pero un CNC, si funciona, hace que 1 o 1000 sea exactamente igual. Las tolerancias se mantienen desde el principio hasta el final, algo que ninguna operación manual puede reclamar.

Tipos de Procesos de Mecanizado CNC

Fresado CNC 3-A×is y 5-A×is

Un molino CNC de 3 a × es traslada la herramienta de corte en las direcciones X, Y y Z. Es ideal para producir geometrías planas o prismáticas, es decir, soportes, placas y carcasas con todas las características accesibles desde un lado. Cualquier orificio rebajado, en ángulo o componente de curva compuesta requiere una revisión de la pieza de trabajo, lo que aumenta el costo de instalación y el riesgo de error de posición.

El fresado CNC 5 a×is incluye 2 a×es adicionales de rotación (generalmente ejes A y B), lo que permite que el cortador se incline y gire prácticamente en cualquier ángulo dentro de una sola configuración en la pieza de trabajo. (Las estadísticas de la industria indican que el año pasado (2015), más de 80% de todas las fábricas industriales nuevas en el mercado se vendieron con capacidad de 5 ejes). Los trabajos de ahorro en el mundo real que antes tomaban entre 7 y 10 días en múltiples máquinas de 3 ejes aprovechando múltiples configuraciones en uno o más centros de mecanizado ahora se pueden realizar en cuestión de horas en una sola máquina de 5 ejes con mayor precisión dimensional y consistencia, ya que la pieza no tiene que ser reubicada durante el proceso de mecanizado.

Torneado CNC y Mecanizado Suizo

Torneado CNC implica girar la pieza contra una herramienta de corte estacionaria, lo que la convierte en el proceso elegido para componentes cilíndricos y cónicos: ejes, casquillos, accesorios, sujetadores roscados. Los tornos CNC modernos con herramientas vivas también pueden mecanizar operaciones de fresado y torneado en una sola configuración.

El giro CNC de tipo suizo va un paso más allá en el caso de piezas de pequeño diámetro (menos de 32 mm). El casquillo guía soporta el trabajo cerca del corte, eliminando la flexión que conduce a la deflexión y permitiendo tolerancias de hasta 0,0005 «. El mecanizado suizo es estándar para tornillos para huesos médicos, pasadores de conectores electrónicos y piezas de relojes.

Edm de alambre y procesos especializados

Mecanizado por descarga eléctrica, utiliza un alambre fino cargado eléctricamente para cortar materiales conductores con tolerancias tan estrictas como 0,0001 «. Sin fuerza de corte mecánica directa, el alambre EDM maneja aceros endurecidos para herramientas, carburo de tungsteno y otros materiales que destruirían los cortadores convencionales. El problema es que corta lentamente en comparación con el fresado.

Materiales de mecanizado CNC “Elegir el metal o el plástico adecuados

Elegir el material adecuado es fundamental para controlar los costos, reducir el tiempo de entrega y lograr las especificaciones de las piezas. La elección incorrecta del material puede producir una pieza que se mecanice maravillosamente pero que falle en servicio, o una que tenga éxito en servicio pero que supere el presupuesto. La siguiente lista muestra los materiales de mecanizado CNC más procesados con las propiedades mecánicas y los datos de costos que necesitan los ingenieros.

Aleaciones de aluminio (6061-T6, 7075-T6)

El aluminio se ha convertido en una especie de estándar de facto mecanizado CNC material: se muele rápidamente, mantiene tolerancias estrechas y cuesta menos que la mayoría de los demás metales. Cuando el aluminio 6061-T6 está indicado para piezas de uso general (soportes, recintos, accesorios y disipadores de calor), es, con diferencia, el más común. Cuando es esencial una mayor resistencia a la tracción (miembros estructurales aeroespaciales, plantillas de alta tensión), 7075-T6 proporciona 572 MPa a aproximadamente 1,5 del precio del material.

Acero inoxidable, acero al carbono y titanio

El acero inoxidable 304, por ejemplo, tiene una excelente resistencia a la corrosión, como los equipos médicos y de calidad alimentaria. 316L sustituye al molibdeno por una resistencia química superior, una opción para aplicaciones de procesamiento químico y marino. Supera al acero en relaciones resistencia-peso, Ti-6Al-4V (titanio de grado 5). ofrece una resistencia a la tracción de 950 MPa con una densidad de aproximadamente 60%, pero es lento y puede ser costoso. El acero al carbono 1045 alcanza el punto óptimo para aplicaciones de engranajes, ejes y accesorios de alta resistencia sin resistencia a la corrosión.

Plásticos de Ingeniería (PEEK, Delrin, Policarbonato, ABS, PTFE)

Los plásticos de ingeniería se mecanizan cuando las piezas requieren aislamiento eléctrico, mejor resistencia química o menos peso de lo que puede ofrecer una mezcla de metal y plástico, combinado con tolerancias más estrictas que las que puede proporcionar el moldeo por inyección a bajos volúmenes de producción. PEEK es un sustituto del metal en aplicaciones aeroespaciales y médicas: resiste un funcionamiento continuo a 260 °C y, al mismo tiempo, ofrece una resistencia a la tracción de 100 MPa. Delrin (POM) maneja la carga en engranajes, cojinetes y casquillos. El policarbonato proporciona opacidad junto con una alta resistencia al impacto para cubiertas y escudos.

Tolerancias de mecanizado CNC y acabados superficiales

Obtener la tolerancia de mecanizado adecuada es una tirada de dados: si está demasiado floja, las piezas coincidentes no encajarán. Si está demasiado apretado, simplemente estás pagando por un tiempo de mecanizado innecesario que no te ha permitido comprar nada. Las tablas siguientes muestran lo que es factible en una máquina de producción real, no en el mejor de los casos.

El acabado superficial se especifica como Ra (rugosidad media aritmética de la superficie) en unidades de micrómetros por ISO 4287. A menos que su dibujo CAD indique claramente un requisito de Ra específico, la mayoría de los talleres de mecanizado CNC utilizan por defecto Ra 3,2 µm ñe la superficie natural dejada por una operación estándar de fresado o torneado.

¿cuánto cuesta el mecanizado CNC?

Los gastos de mecanizado CNC están influenciados por cinco factores clave, cada uno de los cuales agrega un porcentaje diferente al precio final de la pieza. Comprender estos factores permite a los ingenieros elegir estrategias de diseño que cumplan con tolerancias estrictas dentro del presupuesto deseado.

Impulsores de costos clave

Cómo reducir los costos de mecanizado CNC « 7 consejos prácticos

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Cómo elegir un proveedor de servicios de mecanizado CNC

Certificaciones que importan

Al elegir un Taller de máquinas CNC, verificar sus certificaciones para garantizar que hayan sido auditadas de forma independiente para los controles de calidad. La línea de base estándar es ISO 9001 «cualquier tienda que no lo tenga debe considerarse sospechosa. Las certificaciones adicionales relevantes pueden variar según el campo:

• La certificación AS9100D es exigida por más de 80% de proveedores aeroespaciales. Aborda la seguridad, la mitigación de riesgos y la gestión de la configuración.
• ISO 13485 es imprescindible para los componentes de dispositivos médicos. Incluye validación de procesos y controles de diseño.
• IATF 16949 es el sistema de calidad para la industria automotriz, que incluye PPAP y controles de procesos estadísticos.
• NADCAP realiza auditorías de procesos especializados necesarios en piezas aeroespaciales.

Tiendas de máquinas en línea versus locales «Cuando cada uno gana

Los servicios de mecanizado CNC en línea (servicios de cotización instantánea) funcionan muy bien cuando se producen materiales estándar, complejidades geométricamente simples a medias y cuando se pueden tolerar tolerancias de 0,002 « 0,005 « en un plazo de 3 a 7 días. Envía el archivo CAD, recibe un precio instantáneo y las piezas se envían sin haber hablado nunca con alguien. Los talleres mecánicos locales lo hacen muy bien cuando necesita un cambio de rumbo el mismo día, debates personales sobre diseño para fabricación (DFM) e ingeniería, o está ejecutando un programa con cambios de ingeniería que le gustaría tener una estrecha relación de trabajo con su fabricante.

Independientemente de si su resultado final es un taller de máquinas CNC en línea o un taller local, aquí hay características que debe exigir al seleccionar un taller y características que debe evitar:

Diseño para la fabricabilidad CNC (DFM) “7 reglas

Los siete diseños para las reglas de fabricación se extrajeron de las pautas proporcionadas por Protolabs y Libretextos de ingeniería le salvará de los errores de diseño de mecanizado CNC más comunes (y más costosos). Úselos para verificar su archivo CAD antes de enviar sus piezas para cotizarlas.

1. Espesor mínimo de pared: 0,8 mm para metales, 1,5 mm para plásticos, 1,0 mm para aluminio 6061, 1,5 mm para acero inoxidable. Las paredes más delgadas tendrán tendencia a desviarse debajo del cortador, lo que provocará marcas de vibración y deriva dimensional.
2. Radios de esquina: 1/3 de la profundidad de la cavidad. Las esquinas internas deben tener radio «para cortar esquinas estrechas, el cortador CNC debe tener radio. Si su cavidad tiene 30 mm de profundidad, debe incluir al menos un radio de 10 mm en las esquinas. Los radios más pequeños requieren cortadores más pequeños, alimentaciones más lentas y más pasadas.
3. Profundidad del orificio: máximo 10 x diámetro. Los taladros giratorios estándar tienen una profundidad de 4 diámetros de forma fiable. La perforación de picoteo alcanzará de forma fiable 10 diámetros de profundidad. A mayores profundidades, utilice un taladro de pistola como operación separada.
4. Profundidad de bolsillo: relación máxima de profundidad a ancho de 3:1. Los bolsillos profundos requieren herramientas de corte más largas que tienden a tambalearse, degradando el acabado y la dimensionalidad. Los bolsillos anchos permiten utilizar herramientas más cortas y rígidas. Considere ensanchar un bolsillo si lo necesita profundo.
5. Socavados: agregue 30-50% al costo de cada función. Mantenga los anchos socavados en milímetros completos para que coincidan con las herramientas estándar y deje 4 mm de espacio libre entre el socavado y cualquier pared contigua.
6. Profundidad máxima de rosca: 3 diámetros. Las roscas adicionales de más de 3 diámetros ofrecen una capacidad de carga adicional insignificante y al mismo tiempo aumentan las posibilidades de rotura del grifo. Especifique una profundidad máxima de 18 mm para roscas M6.
7. Texto y grabado: ancho de línea mínimo de 0,018 « en metales blandos, 0,033 « en metales duros. Las fuentes delgadas, las serifas finas y las fuentes de escritura son difíciles o imposibles de mecanizar; Utilice una fuente sans-serif con un trazo de 10 pt (~0,134 «).

Preguntas frecuentes

¿en qué se diferencia el mecanizado CNC de la impresión 3D?

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El mecanizado CNC es un proceso sustractivo que elimina material de una pieza de material que de otro modo sería sólido utilizando herramientas de corte rotativas, mientras que, por cada perla de material extruido durante la impresión 3D, aproximadamente cuatro se desechan como desperdicio. CNC proporciona tolerancias más estrictas a 0,001 « y una calidad superficial superior que la impresión 3D FFF, pero tiene un mayor desperdicio de material. Por el contrario, la impresión 3D FFF se adapta mejor a geometrías internas complejas y a la experimentación rápida para prototipos de ajuste y forma donde no es necesaria una tolerancia dimensional superior a 0,010 «.

¿cuál es el plazo de entrega típico para piezas mecanizadas CNC?

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El plazo de entrega estándar varía de 3 a 10 días hábiles dependiendo de la geometría de la pieza, el material, la distancia del cable y el tamaño del pedido. La mayoría de las piezas de aluminio simples se envían en 3 a 5 días. Las piezas CNC multieje en metales exóticos como titanio y PEEK pueden tardar entre 7 y 10 días en perfiles complejos y mecanizado multieje. Los servicios CNC de giro rápido en línea pueden producir piezas en 24 a 48 horas con una prima de 1,5 a 2 sobre el plazo de entrega normal. El plazo de entrega también varía entre los pedidos que especifican la inspección (FAI, informe CMM) y los que no.

¿qué formatos de archivo aceptan los servicios de mecanizado CNC?

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La mayoría de los servicios CNC aceptan los formatos CAD 3D preferidos de STEP (.stp), IGES (.igs) y Parasolid (.x_t). Otros también aceptan archivos SolidWorks (.sldprt), Inventor (.ipt) y STL. Siempre proporcione dibujos 2D (PDF o DWG) para llamadas de acabado de superficie, GD&T y tolerancia.

¿pueden las máquinas CNC manejar lotes pequeños y ejecuciones de prototipos?

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Sí, el mecanizado CNC es perfecto para prototipos y fabricación en pequeñas cantidades de 1 a 500 piezas. A diferencia del moldeo por inyección, el CNC no requiere herramientas de molde (solo un costo de configuración único y el costo del ciclo de mecanizado). Los costos de configuración se amortizan sobre el tamaño del lote (lo que hace que un prototipo cueste entre $50-200+ según la complejidad, pero manteniendo bajo el presupuesto total del proyecto al validar conceptos). Esto hace que CNC sea una opción ideal para prototipos funcionales y fabricación de puentes.

¿de qué industrias dependen más de los servicios de mecanizado CNC?

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Los mayores mercados de piezas mecanizadas CNC son el aeroespacial, los dispositivos médicos, la automoción, la electrónica de consumo y la defensa. Aerospace exige talleres registrados AS9100D, la certificación médica requiere la certificación ISO 13485, la automoción exige la acreditación IATF 16949 y la electrónica de consumo subcontrata CNC para desarrollar disipadores de calor, gabinetes y lentes de cámaras.

¿cómo se inspecciona la calidad de las piezas mecanizadas CNC?

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Las prácticas de inspección estándar incluyen verificación dimensional para posiciones angulares, lineales, circulares, curvilíneas y puntuales mediante máquinas de medición de coordenadas (CMM). La inspección adicional implica trazado de superficies en 3D, inspección del primer artículo (FAI) y puede incluir pruebas no destructivas (NDT), como rayos X o tintes penetrantes para componentes médicos y aeroespaciales, según las especificaciones.