Ya sea que esté buscando crear un solo prototipo o prepararse para la producción en masa, reducir los costos de fabricación a menudo es una prioridad cuando se trata de mecanizado CNC.
Afortunadamente, como diseñador, sus decisiones pueden afectar enormemente el precio final. Siguiendo el diseño de consejos de maquinabilidad en este artículo, puede fabricar piezas optimizadas para minimizar el costo y aún cumplir con sus requisitos de diseño.
¿Qué afecta el costo de las piezas de CNC?
El precio de las piezas mecanizadas CNC depende de los siguientes factores:
● Tiempo de procesamiento: cuanto más tiempo lleva procesar una parte, más caro será. En CNC, el tiempo de mecanizado es a menudo el principal controlador de costos.
● Costos de inicio: están relacionados con la preparación de archivos CAD y la planificación del proceso, y son de gran importancia para la producción de lotes pequeños. Este costo es fijo y existe la oportunidad de reducir el precio unitario al explotar "economías de escala".
● Costo del material: el costo de los materiales y la dificultad del procesamiento de materiales tienen un gran impacto en el costo general. Optimizar el diseño al considerar ciertos factores materiales puede reducir significativamente el precio.
● Otros costos de fabricación: cuando diseña una parte con requisitos especiales (por ejemplo, cuando define tolerancias estrictas o diseña paredes delgadas), luego se requieren herramientas especiales, control de calidad más estricto y más pasos de mecanizado (para reducir la velocidad de procesamiento). Por supuesto, esto tiene un impacto en el tiempo de fabricación total (y el precio).
Ahora que la fuente de costo de CNC es clara, veamos cómo optimizar el diseño para minimizarlo ...
Consejo 1: Agregue un radio a los bordes verticales internos
Todas las herramientas de fresado CNC tienen una forma cilíndrica y crean un radio al cortar el borde del bolsillo.
Use una herramienta de diámetro más pequeña para reducir el radio de la esquina. Esto significa que múltiples pases a velocidades más bajas: las herramientas más pequeñas no pueden eliminar el material tan rápido en un solo pase como los más grandes, agregando el tiempo y el costo de mecanizado.
Minimizar el costo:
● Agregue un radio de al menos 1/3 de la profundidad de la cavidad (más grande es mejor).
● Es mejor usar el mismo radio en todos los bordes internos.
● En el fondo de la cavidad, especifique un radio pequeño (0.5 o 1 mm) o ningún radio en absoluto.
Idealmente, el radio de la esquina debe ser ligeramente más grande que el radio de la herramienta utilizada para mecanizar el bolsillo. Esto reducirá la carga en la herramienta y reducirá aún más los costos de fabricación. Por ejemplo, si su diseño tiene una cavidad profunda de 12 mm, agregue un radio de 5 mm (o más) a las esquinas. Esto permitirá que un cortador de Ø8 mm (radio de 4 mm) los corte más rápido.
Consejo 2: limite la profundidad de la cavidad
Si necesita un borde interno con esquinas afiladas (por ejemplo, cuando una parte rectangular necesita caber en una cavidad), use una forma con un interruptor en lugar de reducir el radio del borde interno, como este:
El mecanizado de las cavidades profundas puede afectar en gran medida el costo de las piezas de CNC, ya que se deben eliminar grandes cantidades de material, lo que lleva mucho tiempo.
Es importante recordar que las herramientas CNC tienen longitudes de corte limitadas: en general, funcionan mejor cuando son 2-3 veces más profundas que su diámetro. Por ejemplo, un cortador Ø12 puede cortar los bolsillos de manera segura de hasta 25 mm de profundidad.
Se pueden cortar cavidades más profundas (hasta 4 veces el diámetro de la herramienta o más), pero esto agrega costo debido a la necesidad de herramientas especializadas o un sistema CNC de múltiples eje.
Además, al cortar la cavidad, la herramienta debe estar inclinada a la profundidad correcta de corte. Una entrada suave requiere suficiente espacio.
Minimizar el costo:
● Limite la profundidad de todas las cavidades a 4 veces su longitud (es decir, la dimensión más grande en el plano XY).
Consejo 3: Aumente el grosor de las paredes delgadas
Las secciones sólidas gruesas son más estables (menos costosas para la máquina) y deben preferirse a menos que el peso sea el factor principal.
Para evitar la distorsión o la rotura al mecanizar las paredes delgadas, se requieren múltiples pases a bajas profundidades de corte. Las características delgadas también son propensas a la vibración, lo que las hace difíciles de máquina con precisión y puede aumentar significativamente el tiempo de mecanizado.
Minimizar el costo:
● Para las piezas metálicas, el grosor de la pared de diseño es mayor de 0.8 mm (cuanto más grueso mejor).
● Para piezas de plástico, mantenga el grosor mínimo de la pared por encima de 1,5 mm.
El grosor mínimo de pared alcanzable es de 0.5 mm para metal y 1,0 mm para plástico. Sin embargo, la maquinabilidad de estas características debe evaluarse caso por caso.
Consejo 4: limite la longitud de los hilos
Especificar un hilo más largo de lo necesario puede aumentar el costo de la parte CNC debido a la posible necesidad de herramientas especiales.
Tenga en cuenta que los hilos de más de 0.5 veces el diámetro del orificio no aumentará la resistencia de la conexión.
Minimizar el costo:
● Diseñe un hilo con una longitud máxima de 3 veces el diámetro del orificio.
● Para los hilos en agujeros ciegos, es mejor agregar al menos 1/2 del diámetro de la longitud sin penal en la parte inferior del orificio.
Consejo 5: Diseño de agujeros de tamaño estándar
Los agujeros pueden mecanizarse CNC rápidamente y con alta precisión utilizando simulacros estándar. Para los tamaños no estándar, el agujero debe mecanizarse con un molino final, que puede aumentar el costo.
Además, limite la profundidad de todos los agujeros a 4 veces su diámetro. Se pueden hacer agujeros más profundos (hasta 10 veces el diámetro), pero pueden agregar costos porque son difíciles de mecanizar.
Minimizar el costo:
● Para agujeros con un diámetro inferior o igual a 10 mm y mayor de 0.5 mm, el incremento de diámetro del orificio de diseño es de 0.1 mm.
● Al diseñar en pulgadas, use pulgadas fraccionadas tradicionales o consulte este gráfico de tamaño de taladro de pulgadas fraccionarias.
● Diseñe un agujero con una longitud hasta 4 veces su diámetro.
Consejo 6: Defina tolerancias estrictas solo cuando sea necesario
La definición de tolerancias estrechas aumenta el costo del CNC a medida que aumenta el tiempo de mecanizado y requiere una inspección manual. Las tolerancias deben definirse cuidadosamente solo cuando sea necesario.
Si no se definen tolerancias específicas en el dibujo técnico, la pieza se mecanizará utilizando tolerancias estándar (± 0.125 mm o más), que es suficiente para la mayoría de las características no críticas.
Las tolerancias estrechas en las características internas son especialmente difíciles de lograr. Por ejemplo, cuando el mecanizado se cruza con agujeros o cavidades, pueden desarrollarse pequeños defectos (llamados rebabas) en los bordes debido a la deformación del material. Las piezas con tales características deben ser inspeccionadas y desacreditadas, las cuales son procesos manuales (y de tiempo de ineficiente) que agregan costos.
Minimizar el costo:
● Especifique tolerancias más estrictas solo cuando sea necesario.
● Defina un solo dato (como una sección transversal de dos bordes) como referencia para todas las dimensiones toleradas.
El uso de dimensionamiento geométrico y tolerancia (GD&T) en dibujos técnicos, como la planitud, la rectitud, la redondez y la posición verdadera, puede reducir el costo del mecanizado CNC, ya que generalmente definen las tolerancias más sueltas, pero requieren un conocimiento de diseño avanzado para aplicarse de manera efectiva.
Consejo 7: Mantenga el número de configuraciones de la máquina al mínimo
Rotar o reposicionar piezas aumenta los costos de fabricación porque generalmente debe hacerse manualmente. Además, para las geometrías complejas, se pueden requerir accesorios personalizados, aumentando aún más el costo. Las geometrías particularmente complejas pueden requerir un sistema CNC de múltiples eje, aumentando aún más el precio.
Considere dividir las partes en geometría que se puede mecanizar CNC en una configuración, luego atornilladas o soldadas. Esto también se aplica a piezas con cavidades muy profundas.
Minimizar el costo:
● Piezas de diseño que solo se pueden mecanizar en una configuración.
● Si esto no es posible, divida la geometría en partes para el ensamblaje más tarde.
Consejo 8: Evite las características pequeñas con altas relaciones de aspecto
Las características pequeñas con altas relaciones de aspecto son propensas a la vibración y son especialmente difíciles de mecanizar con precisión.
Para aumentar su rigidez, deben unirse a paredes más gruesas o reforzarse con costillas de soporte reforzadas (preferiblemente cuatro: una a cada lado).
Minimizar el costo:
● Características de diseño con una relación de aspecto de menos de 4.
● Agregue arriostramiento o coloque pequeñas características a las paredes para aumentar su rigidez.
Consejo 9: eliminar todo el texto y las letras
Agregar texto a la superficie de las piezas mecanizadas CNC puede agregar un costo significativo debido a los pasos de mecanizado adicionales y que requieren mucho tiempo requeridos.
Los métodos de acabado de la superficie, como la impresión o la pintura de la pantalla de seda, son un método más rentable para agregar texto a la superficie de las piezas mecanizadas CNC.
Minimizar el costo:
● Elimine todos los caracteres y letras en piezas mecanizadas CNC.
● Si se requiere texto, prefiera grabar en lugar de en relieve, ya que este último requiere que se elimine más material.
Consejo 10: Considere la maquinabilidad del material
La maquinabilidad se refiere a la facilidad con la que se puede cortar un material. Cuanto mayor sea la maquinabilidad, más rápido es el CNC puede procesar el material, reduciendo los costos.
La maquinabilidad de cada material depende de sus propiedades físicas. En general, cuanto más suave (y más dúctil) la aleación de metal, más fácil será la máquina.
Minimizar el costo:
Si puede elegir entre materiales, elija uno con mejor maquinabilidad (especialmente para pedidos de alto volumen).
Consejo 11: Considere el costo de los materiales a granel
El costo de los materiales es otro factor que puede afectar en gran medida el precio de las piezas mecanizadas CNC.
El aluminio 6061 es claramente el material más rentable para hacer prototipos de metal porque combina bajo costo con muy buena maquinabilidad.
Minimizar el costo:
● Elija materiales con bajo costo a granel (especialmente para pedidos por lotes pequeños).
Consejo 12: Evite los tratamientos superficiales (múltiples)
Los tratamientos superficiales mejoran la apariencia y la resistencia de las piezas mecanizadas por CNC a ambientes hostiles, pero también aumentan su costo.
Requerir múltiples acabados diferentes en la misma parte aumenta aún más el precio debido a los pasos adicionales requeridos.
Minimizar el costo:
● Seleccione el acabado superficial después del procesamiento.
● Solicitar múltiples acabados solo cuando sea absolutamente necesario.
Consejo 13: Considere el tamaño del espacio blanco
El tamaño del blanco puede afectar el costo total y, para garantizar una buena precisión, se debe eliminar un material de todos los bordes de la pieza. Esto puede tener un impacto significativo en los costos del material (especialmente para pedidos de alto volumen). Como regla general, el blanco debe ser al menos 3 mm más grande que el final.
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