El mecanizado CNC de paredes delgadas comprende un cliché, una oportunidad y un desafío: el mecanizado CNC ha allanado el camino para que se realicen geometrías ultraligeras y sofisticadas independientemente del estado de las paredes y, al mismo tiempo, esto puede resultar en grandes fuerzas de mecanizado que podrían desviar y afectar la integridad y funcionalidad del producto construido. Este artículo brindará al lector sugerencias, trucos y libros de jugadas mediante los cuales los ingenieros y maquinistas podrían preparar su enfoque para el mecanizado CNC de paredes delgadas para muy poca deformación. Si está interesado en lograr altas tolerancias, disminuir el desperdicio de materiales parciales o aumentar la eficiencia de los proyectos en general, esta guía proporcionará varios consejos e ideas sustanciales sobre cómo obtener resultados reales sobre cómo mantener una instalación de mecanizado CNC productiva.

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Comprensión de la deformación en el mecanizado CNC

La deformación por mecanizado CNC ocurre cuando paredes delgadas o elementos delicados en una pieza de trabajo se doblan o deforman como resultado de las fuerzas que ocurren durante el proceso de mecanizado. Las principales razones de dicha deformación incluyen una fuerza de corte mayor que la magnitud aceptada, una selección incorrecta de una herramienta, falta de sujeción sustancial del trabajo debido al soporte y expansión térmica debido al calor producido durante el corte. La dilatación de estos problemas es primordial en la búsqueda de evitar imprecisiones, preservar la integridad estructural y preservar la deseabilidad estética del producto terminado. Al enfrentar tales problemas, los maquinistas pueden eliminar cantidades absurdas de daño debido a cantidades absurdas de trabajo del mismo modo que pueden aspirar a una precisión asequible.

La naturaleza de la deformación en piezas de paredes delgadas

Uno de los principales problemas de los componentes de paredes delgadas es la deformación provocada por una rigidez débil y la exposición a fuerzas externas en el momento del mecanizado. Tienden a flexionarse o deformarse bajo fuerzas de corte, creando desviación dimensional y posibles fallas estructurales. Las investigaciones de los últimos años demuestran la importancia de determinar parámetros de la máquina como el ángulo de velocidad, la alimentación y la geometría de la herramienta para disminuir estas deformaciones. En este modo de operación, los recursos (accesorios de soporte, amortiguación de vibraciones, monitoreo en tiempo real, etc.) son todos responsables de estabilizar la pieza de trabajo y mitigar las deformaciones. Estas innovaciones están llamando la atención sobre la informatización de los modelos de predicción para evaluar la idoneidad de la integridad estructural leyendo la distribución de tensiones en los materiales y prediciendo las tendencias de deformación de antemano, ahorrando de manera drásticamente óptima a los fabricantes una gran cantidad de tiempo de conducción para remediar las cargas de antemano.

Causas comunes de deformación durante el mecanizado

Altas fuerzas de corte

Las fuerzas de corte excesivamente altas provocan que se ejerza una gran tensión sobre el material que puede provocar deformaciones, especialmente en piezas de trabajo delgadas o flexibles.

Sujeción o fijación inadecuadas

La pérdida de fuerza de fricción o la alteración de la alineación de la junta podrían hacer que la pieza se desplace, incline y coloque cargas inviables sobre la herramienta y la mesa y, por lo tanto, cause errores de mecanizado.

Expansión Térmica

El rápido aumento de temperatura en el proceso de mecanizado expande el material de manera desigual, haciéndolo deformarse o distorsionarse mientras se enfría más tarde.

Estrés residual en el material

La disminución de las tensiones aplicadas en el material, como los procesos de soldadura o fundición, puede inducir distorsión del material o deformación inesperada durante el mecanizado.

Desgaste de herramientas o selección inadecuada de herramientas

La herramienta de corte opaca o la herramienta incorrecta para un material aumenta las fuerzas de corte y el calor, provocando deformación o daño.

El impacto de las propiedades materiales en la deformación

Las propiedades de los materiales pueden cambiar significativamente la cantidad de distorsión producida durante el mecanizado de materiales. La conductividad térmica, la dureza y el coeficiente de expansión térmica tienen un impacto en cómo responderán los materiales a las franjas térmicas y la carga mecánica. Valores más bajos kernelizan el calor aguas arriba de la discontinuidad térmica. Los materiales duros ofrecen una excelente resistencia contra las fuerzas de corte; esta resistencia también genera calor y proporciona una elevada excepcionalidad de distorsión. El coeficiente de expansión térmica de un material es muy importante en relación con su tendencia a expandirse o contraerse en respuesta al cambio de temperatura: transiciones más fuertes pueden traducirse en números nebulosos de d y alteración dimensional durante cualquier ciclo en caliente. Es muy crucial seleccionar materiales apropiados para aplicaciones específicas y ajustar las técnicas de modo que el aspecto decisivo de sus propiedades pueda usarse de manera más beneficiosa o adversa para obtener ventajas alternativas.

Desafíos del mecanizado de paredes delgadas

Dificultades únicas que enfrenta el mecanizado CNC de pared delgada

Varios problemas están asociados con el mecanizado de paredes delgadas mediante CNC. Un problema particular es la integridad estructural de las paredes delgadas durante el mecanizado. Debido a su baja rigidez, las paredes delgadas son susceptibles a vibraciones, lo que provoca errores de precisión en la superficie terminada. También pueden surgir desviaciones de las herramientas, ya que las herramientas se desplazan bajo carga, lo que resulta en un mecanizado inexacto. Sin embargo, la acumulación de calor durante el mecanizado puede causar deformaciones térmicas que afectarían la precisión dimensional del producto terminado. Se podría sugerir que la mitigación de vibraciones y cargas dinámicas, la selección de valores adecuados de los parámetros de corte, el uso de herramientas afiladas y equilibradas y otras mejoras tecnológicas pertinentes resolverían útilmente estos problemas.

Acumulación de calor y sus efectos en piezas de paredes delgadas

Otro problema importante durante el mecanizado de componentes de paredes delgadas es la acumulación de calor. Las piezas de trabajo de paredes delgadas son extremadamente sensibles al ablandamiento y la deformación debido a su estabilidad mecánica muy reducida. El calentamiento aumenta el riesgo de cambios de tamaño debido a la expansión térmica, comprometiendo así la precisión; por tanto, el control del calor o la búsqueda de votos para el enfriamiento se convierte en un problema. El mecanizado de alta velocidad podría integrar sistemas de refrigeración adecuados, como nebulización o refrigerante de inundación, para absorber mucho mejor el calor. Los revestimientos para herramientas de corte de primera clase contra la fricción y la acumulación de calor constituyen algunas de estas soluciones. Estos proporcionan soluciones potenciales orientadas a un mecanizado más preciso incluso con cargas térmicas superiores a la media.

Presión de herramientas y su papel en la deformación

La presión de la herramienta es un factor clave que provoca que las piezas de paredes delgadas se deformen durante el proceso de mecanizado. Si la presión de la herramienta excede los límites de un componente, este último puede incluso desviarse o doblarse seriamente, dando así un trabajo más fuera de especificación que tiende a anular complicadamente la solidez estructural de la dimensión; esto es notablemente aplicable a paredes delgadas, que claramente carecen de rigidez y proporcionan poca resistencia a las fuerzas externas.

Las estrategias de corte óptimas son la respuesta del fabricante para minimizar la presión de la herramienta y en consecuencia la deformación. Pueden lograrse mediante la disminución de la profundidad de corte y las velocidades de avance. Esta reducción de la fuerza de la herramienta brinda a las paredes delgadas la oportunidad de permanecer sin distorsiones. Por supuesto, las estrategias modernas de trayectoria de herramientas, como la fresada trocoidal, podrían proporcionar un mejor equilibrio de fuerza en paredes delgadas para reducir la concentración de tensiones.

Utilizando herramientas de corte con geometría afilada y bordes finos característicos, es posible disminuir aún más la resistencia de la pieza de trabajo en el proceso de corte. Utilizando estos métodos, se han incorporado sistemas de monitoreo funcional sobre la base de análisis en tiempo real (por ejemplo, para monitorear mediciones en tiempo real desde acelerómetros) para lograr condiciones de mecanizado adecuadas para componentes de paredes delgadas, aunque deben mecanizarse consistentemente y permanecer estructuralmente sanos para evitar la inestabilidad interna de la estructura de la pared. Un estudio reciente ha mostrado resultados positivos al minimizar las distorsiones durante la fabricación de ultraprecisión mediante la aplicación de mecanizado adaptativo controlado por retroalimentación.

Mejores prácticas para prevenir la deformación

Selección de materiales para componentes de paredes delgadas

La selección del material es crucial para las piezas de paredes delgadas a medida que entra en juego para determinar el curado. Los materiales que poseen un alto módulo de elasticidad y menos expansión térmica son los más adecuados, ya que resisten la deformación y mantienen su forma mientras están sujetos a tensiones o cambios de temperatura. Las aleaciones de aluminio, el titanio y algunos de los grados de acero inoxidable son los más recomendados, debido a su relación resistencia-peso y estabilidad estructural. Una vez más, elegir materiales con estructuras de grano homogéneas sólo ayudará a aliviar las tensiones internas producidas durante la deformación. Siempre piensan en los requisitos reales y las condiciones de producción para elegir un material.

Optimización de los parámetros de corte para reducir la deformación

Cuando se trabaja en paredes delgadas, se deben aplicar cuidadosamente parámetros de corte optimizados para lograr deformidades y precisión bajas. Entre estos, se debe planificar adecuadamente la selección adecuada de la velocidad de corte, la alimentación y la profundidad de corte. Las fuerzas de corte más bajas pueden ayudar a reducir la tensión en paredes delgadas, esto es cuando se reduce la profundidad de corte y se seleccionan bordes cortantes más afilados, mejor geometría para los bordes y mejores materiales de herramientas de corte. En realidad, con el fresado descendente o convencional, el fresado ascendente minimiza la deflexión/fuerza en paredes delgadas [atribuible a fuerzas de corte más consistentes que empujan todo el material hacia la pieza de trabajo].

Métodos como el mecanizado de múltiples pasos, dividir la eliminación de material en pequeños incrementos discretos controlados, pueden hacer maravillas a la hora de controlar la generación y distribución de calor para reducir la distorsión térmica. La rápida facilitación inherente a los límites de las velocidades de alimentación de alta velocidad puede mitigar aún más la vibración, lo que de otro modo podría comprometer la calidad de sus piezas de trabajo. Por último, no debemos olvidar el monitoreo continuo con ajustes regulatorios para maximizar la vida útil de la herramienta: una herramienta aburrida da como resultado una distribución de presión no uniforme y afecta negativamente la calidad de la superficie.

Una solución innovadora para reducir la distorsión al mecanizar paredes delgadas reside firmemente en una serie de estrategias.

Estrategias de sujeción efectivas y diseño de accesorios

Utilice mandíbulas suaves o accesorios personalizados:
Cree mordazas blandas o accesorios personalizados que se hayan hecho a medida mediante electroformado de cobre para adaptarse a la geometría de la pieza en la pieza de paredes delgadas, de modo que el soporte sea uniforme y se minimicen las concentraciones de tensión durante el mecanizado.
Optimizar la presión de sujeción:
Utilizar el poder de sujeción mínimo permitido es suficiente para evitar que la pieza se deforme. Una presión excesiva puede provocar deformaciones, especialmente en secciones frágiles.
Apoye áreas críticas:
Se debe garantizar la prestación de suficiente apoyo en aquellas áreas que son demasiado delgadas o de construcción demasiado flexible para evitar que se doblen o vibren.
Distribuya las fuerzas de sujeción de manera uniforme:
Puede lograr esto sujetando múltiples puntos de la pieza, distribuyendo así las fuerzas de manera uniforme. Esto ayuda a evitar que cualquier punto en particular se deforme demasiado.
Utilice accesorios magnéticos o de vacío (si corresponde):
Para materiales livianos o no magnéticos, los accesorios de vacío pueden sujetar la pieza sin causar una distorsión trágica, y se requiere una presión de sujeción muy baja con los accesorios magnéticos para materiales ferrosos.
Diseño de luminarias pensando en el alivio del estrés:
Incluya cortes en relieve o almohadillas blandas en los accesorios para permitir una expansión menor de la pieza de trabajo o un ajuste de la pieza de trabajo que de otro modo podría provocar tensiones no deseadas durante el mecanizado.

Con una alineación precisa y controles periódicos, estas estrategias ayudan a asegurar la integridad de las piezas y disminuir la probabilidad de deformaciones.

Técnicas y Soluciones Avanzadas

Soluciones de herramientas modernas para mecanizado de alta precisión

El campo del mecanizado de herramientas industriales instrumentales de alta precisión ha dejado en gran número un número bastante deseado con la mayoría de los servicios. Estas herramientas han sido diseñadas de manera que presenten agentes de corte hechos de carburo con buenas características de desgaste; por lo tanto, se puede conservar un filo afilado incluso a altas velocidades y temperaturas. Otro de los mejores que ha funcionado excelentemente al cortar materiales ultraduros con desgaste de herramientas son las herramientas de diamante recubiertas junto con acabados más finos en los bordes cortantes, incluida la vida útil sostenida de la herramienta.

Hoy en día, los sistemas de herramientas modulares están elevando estos niveles de flexibilidad y eficiencia, específicamente beneficiosos para cambios rápidos de herramientas y aplicaciones multiherramienta. Los portaherramientas avanzados combinados con la tecnología de amortiguación de vibraciones prometen un parloteo mínimo, lo que significa un grado significativamente mayor de precisión.

Cuando la automatización impulsada por computadora ejemplificada por las herramientas de control numérico por computadora (CNC) permite lograr una precisión y repetitividad inigualables, entonces el mecanizado de precisión también se vuelve más productivo. Paralelamente, es inevitable que puedan ocurrir imprecisiones y deban abordarse en tiempo real mediante sistemas sensibles durante cada operación de mecanizado, proporcionando resultados exitosos disponibles para procesos de fabricación complejos.

Utilizar tecnología para monitorear y controlar el proceso de mecanizado

El mecanizado de paredes delgadas introduce distintos desafíos, destacando la deformación, la vibración y la generación excesiva de calor. Los sistemas de control numérico por computadora (CNC), junto con el monitoreo integrado en tiempo real, se han vuelto obligatorios para abordar estos desafíos predominantes. Se han integrado sensores dentro del equipo de corte para predecir vibraciones, expansiones térmicas y desgaste de herramientas durante el ciclo. En consecuencia, algoritmos basados en una estrategia basada en datos interpretan estos datos para cambiar las velocidades de corte, las velocidades de alimentación y las huellas de las herramientas para lograr la precisión del tacto de las plumas y, al mismo tiempo, aliviar todas y cada una de las deformaciones que dañan la estructura.

Pero además, el aprendizaje automático, ampliando el nivel de capacidades predictivas, proporciona a la herramienta afrontar tempranamente problemas probables relacionados con la participación de la herramienta y la estabilidad de la pieza de trabajo. Estas capacidades reducen significativamente los riesgos de defectos y aumentan la eficacia general del mecanizado de virutas. Dado que las investigaciones de ingeniería en la gestión basada en la nube adoptan un enfoque colaborativo, todos los tipos de conjuntos de datos se comparten tras el funcionamiento de cualquier número de sistemas que unan los procesos de escalabilidad y resolución de problemas. Al representar una aplicación combinada, las tecnologías combinadas promueven la realización de compuestos de alta calidad ante las complejidades del mecanizado de paredes delgadas.

Técnicas innovadoras para mitigar los riesgos de deformación

Utilice mecanizado de alta velocidad

El mecanizado a alta velocidad reduce las fuerzas ejercidas sobre la estructura de paredes delgadas; por lo tanto, sirve para generar una menor distorsión de la forma. El corte a mayor velocidad y los cortes de profundidad reducidos contribuyen a la estabilidad de la estructura.

Optimice el diseño del accesorio

Utilice configuraciones de abrazadera personalizadas o universales que garanticen el soporte y el equilibrio de la pieza durante el corte. Los accesorios equilibrados son adecuados para distribuir las cargas de sujeción de manera uniforme sin distorsionar el material.

Adopte una estrategia de corte adecuada

Corte alterno de cada pared alrededor de la liberación de tensiones, no permitiendo ninguna deformación definida dentro de la pieza debido a una eliminación excesiva y desequilibrada de los materiales.

Controlar los parámetros de corte

Las propiedades del material deben determinar las velocidades, profundidades y alimentaciones de corte. El corte más suave mantendrá los materiales en dimensiones mientras tensa la pared delgada.

Aplique refrigerante de manera adecuada

Al poseer la capacidad de reducir la distorsión inducida por restricciones de temperatura, el enfriamiento ayuda a imponer un flujo constante de enfriamiento durante el proceso de mecanizado.

Estudios de casos y aplicaciones del mundo real

Historias de éxito en el mecanizado CNC de pared delgada

Fabricación de componentes aeroespaciales

Un contratista aeroespacial líder adoptó técnicas de mecanizado CNC de alta gama para el desarrollo y mecanizado de álabes de turbinas de paredes ultrafinas. Las rutas optimizadas de corte y enfriamiento preciso les ayudaron a obtener un producto con una precisión dimensional muy alta y un desperdicio mínimo de material, logrando resultados perfectos en poco tiempo. El producto cumplía con estrictos estándares aeroespaciales.

Producción de dispositivos médicos

Como mejor fabricante de instrumentos médicos, se puede ver una producción ejemplar de instrumentos quirúrgicos de paredes delgadas con tecnología de corte multieje generada por NC. Esto permitió al fabricante encontrar puntos muy delicados con la máxima precisión y suavidad de la superficie necesaria para proteger a los usuarios junto con la operación.

Ponderación de vehículos autónomos

La empresa fabricante de automóviles procedió a aplicar mecanizado CNC en detalles de paredes delgadas de los componentes estructurales livianos para vehículos eléctricos. El fin tenía como objetivo mejorar la eficiencia energética del vehículo y mantener la integridad estructural bajo tensión operativa reduciendo el peso total.

Tendencias futuras en tecnología de mecanizado de paredes delgadas

El futuro de la tecnología de mecanizado de paredes delgadas se desarrolló rápidamente con la ayuda de la ciencia de los materiales, la automatización y la fabricación digital. Una de las principales tendencias será implementar algoritmos a disposición de la IA para maximizar las estrategias de mecanizado, reducir el tiempo de mecanizado y aumentar la precisión. La fabricación aditiva combinada con procesos sustractivos surge como una ruta alternativa para crear geometrías complejas con una mejor utilización del material.

Materiales ligeros pero duraderos como aleaciones de titanio y compuestos de fibra de carbono son los materiales que se expandirán en las industrias aeroespacial y automotriz. Esta expansión hacia arriba insistirá en más herramientas nuevas y tecnología de mecanizado para combatir problemas relacionados con la deformación del material y la dispersión del calor. La colaboración que se está llevando a cabo entre fabricantes e instituciones de investigación ha optimizado los diseños de herramientas, recubrimientos y técnicas de enfriamiento para mejorar la eficiencia y la precisión.

A medida que pronosticemos el futuro de la fabricación, la tecnología de gemelos digitales y el análisis de datos en tiempo real serán muy importantes. Establecerán nuevas vías para el mantenimiento predictivo, la simulación de procesos y la optimización, respaldando así una calidad constante y costos de producción reducidos. Los principios de adelgazamiento encontrarán cada vez más verdadero favor en manos de un fuerte uso de la Industria 4.0, especialmente para las generaciones más jóvenes, junto con las nuevas demandas tecnológicas que exigen piezas livianas y de alto rendimiento.

Fuentes de referencia

Evaluación de propiedades mecánicas de una estructura de pared delgada de Ti-6Al-4V producida mediante un proceso de fabricación híbrido
- Este estudio evalúa los desafíos, incluida la deformación, en el mecanizado de estructuras de paredes delgadas mediante procesos de fabricación híbridos.
- Lea más sobre Scholars’ Mine
Simulación de elementos finitos para predecir la distorsión de piezas de trabajo de aluminio fresado de paredes delgadas
- Esta investigación utiliza simulación de elementos finitos para analizar y predecir la deformación en piezas de aluminio de paredes delgadas durante el mecanizado.
- Acceda al estudio sobre el repositorio de acceso público de NSF
PR601 Tecnología de mecanizado avanzada
- Este plan de estudios incluye técnicas avanzadas de mecanizado y consideraciones para estructuras de paredes delgadas.
- Explore el plan de estudios en NIT Trichy
Informe final sobre fundiciones de aluminio de paredes delgadas y prevención de deformaciones
- Este informe proporciona información sobre la fabricación de paredes delgadas y estrategias para prevenir la deformación durante la producción.
- Lea el informe sobre OSTI.gov
Servicio de mecanizado CNC

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Soluciones profesionales de mecanizado de paredes delgadas para sus necesidades de precisión

Preguntas frecuentes (FAQ)

¿qué se puede intentar con un molino de extremos de geometría derecha para evitar la deformación de la pieza fabricada y mejorar el mecanizado de piezas de paredes delgadas?

Tener una selección cuidadosa de la herramienta con el molino de extremos adecuado y la geometría de la herramienta para ayudar a combatir la deflexión de la pieza de trabajo tiene sentido como técnica necesaria allí. Las herramientas afiladas, menos fuerzas de corte y menos calor ayudan a reducir la deformación por tensión en el material y los consiguientes efectos térmicos; también hacen que el mecanizado sea menos crítico y obtienen mejores resultados. Los recortes más pequeños con profundidades de corte más pequeñas, así como los molinos finales específicos para piezas delgadas, son la buena idea, ya que la rigidez mejorada durante el corte evita que se comprometa la integridad de la pieza.

¿Qué tipo de estrategias incorporan los fabricantes para evitar la deformación de piezas durante el mecanizado rugoso?

Los fabricantes deberían implementar parámetros de corte conservadores “menos fuerza, menor profundidad de corte y mayor avance en algunos casos « para garantizar que la carga se distribuya uniformemente y no de una manera que haga que la pieza se deforme antes del final del mecanizado rugoso. Debido a causas divergentes, digamos, las múltiples pasadas poco profundas; a intervalos, considere el tipo y orden de aquellos favoritos de técnicas de sujeción y soporte, reduciendo la tensión residual y el calor, dando efecto a la expansión o contracción térmica. En no pequeño grado, las ventajas inicialmente aumentan la calidad y eficiencia del mecanizado al dar un margen para reducir la necesidad de correcciones posteriores al mecanizado.

¿cómo ayuda el diseño de abrazaderas y accesorios a prevenir la deformación de piezas durante los procesos de fresado de piezas de paredes delgadas?

Una sujeción adecuada minimiza el movimiento de las piezas y, por lo tanto, provoca una deflexión indirecta de las paredes y provoca una deflexión dentro de las piezas de paredes delgadas. Su ausencia aumenta el riesgo en términos de flexión, que las fuerzas de corte y el calor incontrolado pueden hacer que la pieza se doble. La consideración de la rigidez del componente y las áreas sometidas a posibles deformaciones bajo sujeción se realiza en el último paso para garantizar una buena calidad de la pieza y evitar defectos superficiales o dimensionales graves.

¿Cómo se puede mantener un ligero espesor durante el corte sin deformación?

Para lograr una optimización correcta, desde las profundidades de corte y el voladizo, se considera el intercambio con respecto a las velocidades del husillo, la alimentación y la selección de una herramienta afilada. Reducir las profundidades de corte ajustando el voladizo reduce la fuerza de corte y el calor. La combinación de los dos objetivos: equilibrar las velocidades de rotación del husillo con el movimiento giratorio lineal de un husillo en el lecho de la máquina activa el aterrizaje más suave posible de una carga de viruta manejable en la operación de corte sin perder precisión de mecanizado. Estas variables clave tienen como objetivo conjunto abordar y reducir progresivamente la deflexión de la herramienta, la tensión de la pieza de trabajo, los factores de deterioro que producen la estabilidad del área de trabajo mecanizada elegida y la rugosidad de la superficie, glorificando así el filo y fomentando una calidad superior de operación fácil de usar.

¿Cuáles son los factores que juegan un papel importante en la distorsión de piezas durante los procesos de fresado?

Los materiales que sufren una distorsión notable suelen tener un CTE más alto o son menos rígidos en comparación con, por ejemplo, el aluminio, el latón y algunos plásticos. El calor, cuando está presente, provoca la desigualdad de la geometría de las piezas relacionada con la expansión/contracción térmica en ausencia de ser disipado por los extremos. Otra razón más para utilizar materiales con mayor rigidez, especialmente cuando se trata de la delgadez de las piezas, de modo que se puede introducir un mayor control sobre el calor y las fuerzas de corte mediante la elección adecuada de la estrategia de mecanizado y la tecnología de la información asistida académicamente. Los cambios en el programa, cambios que reflejan la expansión térmica y la contracción posteriores de las piezas, brindan mayor resistencia contra la distorsión en la calidad de la producción.