Cómo optimizar el mecanizado CNC de componentes de herramientas y matrices
Como parte de la fabricación moderna, la precisión es clave a la hora de crear piezas intrincadas.
En esta entrada del blog, exploraremos varias estrategias que pueden ayudar a optimizar su proceso, mejorar el rendimiento de la máquina y, en última instancia, producir herramientas de alta calidad con una precisión geométrica y un acabado superficial impresionantes.
Comprender el mecanizado CNC para componentes de herramientas y matrices
Tipos de máquinas CNC utilizadas para componentes de herramientas y troqueles
- Fresadoras: El tipo más común de máquina CNC, las fresadoras se utilizan para eliminar material de una pieza de trabajo utilizando fresas rotativas. Son ideales para crear formas tridimensionales complejas y pueden utilizarse para operaciones de desbaste y acabado.
- Centros de torneado: A menudo denominados tornos, los centros de torneado están diseñados principalmente para piezas cilíndricas o giratorias. Utilizan una herramienta de corte de un solo punto que elimina el material de una pieza giratoria a lo largo de su eje.
- Máquinas de electroerosión por hilo: También conocidas como máquinas de electroerosión por hilo o WEDM, estas máquinas utilizan un fino electrodo de hilo para cortar con precisión contornos intrincados en materiales conductores de la electricidad, como los metales utilizados en utillaje.
- Rectificadoras: Ideales para conseguir acabados superficiales finos y tolerancias ajustadas en piezas acabadas, las rectificadoras utilizan muelas abrasivas o cintas para eliminar pequeñas cantidades de material de una pieza de trabajo mediante altas velocidades superficiales.
- Tornos de tipo suizo: Estos centros de torneado de alta precisión son perfectos para producir componentes pequeños y complejos con tolerancias estrechas gracias a su exclusivo diseño de casquillo guía que soporta la pieza de trabajo cerca de la herramienta de corte.
- Centros de mecanizado de 5 ejes: Al utilizar cinco ejes de movimiento simultáneamente, estas sofisticadas máquinas CNC pueden crear geometrías intrincadas que serían imposibles con los centros tradicionales de fresado o torneado de 3 ejes.
- Máquinas de corte por chorro de agua: Utilizando agua a altísima presión mezclada con un material abrasivo como el granate, las máquinas de corte por chorro de agua proporcionan cortes increíblemente precisos y limpios a través de materiales como el metal y los plásticos sin generar zonas afectadas por el calor (HAZ).
Propiedades de los materiales de las herramientas utilizadas en el mecanizado CNC
Estos materiales influyen en la calidad de nuestras piezas, el rendimiento de la máquina y la vida útil de la herramienta. Los materiales más utilizados en el mecanizado CNC son el acero rápido (HSS), el metal duro y la cerámica.
El HSS es una opción popular por su asequibilidad y versatilidad en el corte de diversos materiales, pero tiene menor dureza y resistencia al desgaste que otras opciones como el metal duro o la cerámica.
El carburo es conocido por su gran dureza, resistencia al calor y durabilidad en operaciones pesadas.
Por otro lado, las herramientas cerámicas tienen una dureza aún mayor que las de metal duro, lo que las hace adecuadas para el mecanizado de materiales difíciles de cortar, como el hierro fundido o el acero templado.
La elección del material adecuado depende de factores como la complejidad de la pieza, el material que se va a cortar, los requisitos de acabado superficial, las capacidades/limitaciones de la máquina, etc.
Estrategias para optimizar la precisión del mecanizado CNC
Diseño para mecanizado CNC
Elija bien los materiales y simplifique los diseños para reducir tiempo y costes. Utilice formas estándar para minimizar los costes de mecanizado y herramientas personalizadas.
Diseñe piezas con menos configuraciones para optimizar los tiempos de producción. Optimice la orientación de las piezas para reducir los cambios de herramientas de corte y mejorar la eficiencia.
Mejorar el rendimiento de la máquina
Invierta en equipos avanzados para obtener un mayor rendimiento y una calidad constante. El mantenimiento, la limpieza y la lubricación periódicos mejoran la precisión.
Forme a los empleados para un funcionamiento eficaz de la máquina, reduciendo los errores y los tiempos de inactividad.
Optimización de la estructura de la máquina
Garantice la estabilidad de la máquina utilizando materiales de alta resistencia y montajes adecuados. Un mantenimiento regular mantiene la estructura en buen estado.
Utilización de las estrategias de trayectoria de la herramienta adecuadas
Elija herramientas de corte duraderas y optimice las velocidades de corte y los avances. Gestione el atascamiento de las herramientas y ajuste las trayectorias de corte para mayor precisión.
Utilice software de simulación para identificar posibles problemas de antemano.
Aplicar estrategias de mantenimiento adecuadas
Siga un programa de mantenimiento regular para evitar problemas mayores.
Mantenga la máquina limpia y bien lubricada para evitar acumulaciones.
Compruebe y mantenga una alineación y lubricación adecuadas para minimizar el desgaste.
Optimización de la vida útil de las herramientas
- Elija la herramienta de corte adecuada en función del material que vaya a mecanizar.
- Ajuste la velocidad y los avances recomendados para su material.
- Considere las geometrías de vanguardia adecuadas para su proyecto.
- Seleccione los revestimientos de las herramientas en función de la temperatura de funcionamiento y los requisitos de fricción.
- Optimice los tiempos de recorrido de la pieza para minimizar el desgaste de la herramienta.
- Encuentre el equilibrio adecuado entre velocidad de corte y avance para una eliminación eficaz del material.
- Utilice correctamente el refrigerante para mantener la vida útil y la calidad de la herramienta.
- Implemente la automatización para reducir los tiempos de configuración y minimizar los errores humanos.
Importancia del control de calidad en el mecanizado CNC de componentes de herramientas y matrices
Técnicas de inspección y medición
- Máquinas de medición por coordenadas (MMC): Estas máquinas utilizan una sonda para recopilar puntos de datos de una pieza de trabajo, que luego se analizan para crear un modelo 3D de la pieza. Las MMC pueden medir geometrías complejas y garantizar tolerancias estrechas.
- Comparadores ópticos: Estos dispositivos utilizan fuentes de luz y lentes para proyectar una imagen de una pieza en una pantalla, lo que permite a los operarios comparar las dimensiones con una superposición física o un dibujo CAD.
- Perfilómetros de superficie: Estas herramientas miden la rugosidad superficial moviendo un palpador por la superficie de la pieza y registrando las desviaciones respecto a un plano de referencia.
- Calibradores de roscas: Se utilizan para comprobar que las roscas de pernos, tornillos u otros componentes roscados cumplen las normas industriales como ASME o ISO.
- Brazos de medición de coordenadas: los dispositivos portátiles permiten realizar mediciones manuales de alta precisión de formas y contornos complejos.
- Medidores de aire: Miden dimensiones utilizando presión de aire sin entrar en contacto con la propia pieza de trabajo.
Requisitos de tolerancia y acabado superficial
La tolerancia se refiere a la desviación permitida de una dimensión o medida específica. En el mecanizado CNC de componentes de herramientas y matrices, las tolerancias suelen ser estrechas, a veces inferiores a una milésima de pulgada.
El acabado superficial se refiere a la calidad y suavidad de la superficie mecanizada. Para conseguir el acabado superficial adecuado hay que tener muy en cuenta factores como la velocidad de corte, los avances y las herramientas utilizadas (entre otros).
Cumplir estos requisitos exige técnicas de inspección minuciosas, como la inspección visual con instrumentos de medición o tecnologías de escaneado por TC.
No cumplirlos podría suponer el desguace de piezas, con la consiguiente pérdida de tiempo y dinero, algo que nadie desea.
Así pues, cuando se plantee su próximo proyecto de mecanizado CNC de componentes de herramientas y matrices, considere la posibilidad de comprobar el diseño de la pieza desde el principio para evitar costosos retoques posteriores.
Garantía de calidad y normas de cumplimiento
Para garantizar la coherencia y la precisión, es necesario inspeccionar y medir cada componente con técnicas especializadas, como máquinas de medición de coordenadas (MMC) o comparadores ópticos.
Además, hay requisitos específicos de tolerancia y acabado superficial que deben cumplirse en cada proyecto. Por ejemplo, un molde puede requerir superficies lisas para evitar marcas de arrastre en el producto final.
Estas normas contribuyen a mantener la satisfacción del cliente, al tiempo que garantizan el cumplimiento de la normativa del sector. El cumplimiento de estos requisitos también puede generar nuevas oportunidades de negocio, ya que los clientes confían en nuestra capacidad para producir resultados coherentes.
Todo se reduce a prestar atención a los detalles y seguir los procedimientos establecidos para el control de calidad.
La incorporación de prácticas de aseguramiento de la calidad en nuestro proceso de mecanizado CNC garantiza la entrega de productos fiables que cumplen o superan las normas del sector.
Ventajas y limitaciones del mecanizado CNC para componentes de herramientas y matrices
Ventajas: Precisión, repetibilidad, versatilidad
Las máquinas CNC ofrecen una precisión excepcional, garantizando tolerancias muy ajustadas para componentes intrincados de herramientas y matrices, evitando problemas en el proceso de fabricación.
Además, pueden replicar piezas de forma coherente, lo que permite la producción eficiente de grandes cantidades sin comprometer la calidad.
Su capacidad para fabricar diversas formas complejas las convierte en la opción ideal para crear componentes únicos de herramientas y matrices.
Limitaciones: Coste, complejidad, limitaciones materiales
Los elevados costes asociados a la compra y el mantenimiento de máquinas CNC, junto con la complejidad de producir componentes intrincados, contribuyen a los retos financieros.
Además, la necesidad de maquinistas cualificados que sepan programar y supervisar el proceso de mecanizado aumenta aún más la complejidad.
Además, ciertos materiales pueden plantear limitaciones debido a sus propiedades, exigiendo métodos de manipulación especializados que pueden aumentar el tiempo y los costes de producción.
Conclusión
En conclusión, el mecanizado CNC para componentes de herramientas y matrices ofrece una precisión, repetibilidad y versatilidad inigualables, garantizando la producción de componentes intrincados con tolerancias estrechas.
Aunque permite la fabricación de formas complejas de forma coherente, también exige tener muy en cuenta las limitaciones de los materiales y los importantes costes asociados tanto a la maquinaria como a la mano de obra cualificada.
Sin embargo, la aplicación eficaz de medidas de control de calidad y estrategias de optimización puede ayudar a maximizar las ventajas y mitigar las limitaciones, lo que se traduce en resultados fiables y de alta calidad.
