¿Se ha preguntado alguna vez por qué su diseño CAD "perfecto" se cotiza por las nubes o, peor aún, no se cotiza? Es probable que se deba a algunos errores comunes, aunque costosos, de diseño para la fabricación (DfM), como los que se detallan en este artículo. guía para la selección de materiales.
Esta guía revela los 5 mayores errores de DfM en el mecanizado CNC y le ofrece pasos sencillos y prácticos para solucionarlos, ahorrándole tiempo y dinero.
Los más comunes y costosos errores de GpD en el mecanizado CNC incluyen el diseño de esquinas internas afiladas que requieren herramientas especiales, paredes demasiado finas para ser rígidas, cavidades profundas u orificios con relaciones de aspecto elevadas, la aplicación de tolerancias innecesariamente ajustadas en toda la pieza y la especificación de acabados superficiales demasiado lisos.
Ahora que ya sabe cuáles son los principales problemas, siga leyendo para ver los datos específicos, los consejos de los expertos y un estudio de caso sobre cómo la corrección de estos errores de GpD ahorró a una empresa más de 70% en el coste de sus piezas.
Referencia rápida: Impacto económico de los errores más comunes en la GpD
Error 1: El señuelo de las esquinas internas afiladas
Es algo habitual en los modelos CAD: una bolsa o una ranura con esquinas internas de 90 grados perfectamente definidas. Estéticamente, parece limpio y preciso. Pero en el mundo del mecanizado CNC, esta característica supone un importante factor de coste.
¿Por qué? La razón es sencilla: Las herramientas de corte CNC son redondas. Una herramienta redonda no puede crear una esquina perfectamente cuadrada.
Para conseguir ese borde afilado, su pieza tiene que pasar a un proceso diferente y más caro como Mecanizado por descarga eléctrica (EDM).
Una sola esquina procesada con electroerosión puede costar de 3 a 5 veces más que una esquina mecanizada con una fresa estándar. Este es un ejemplo clásico de cómo una pequeña elección de diseño fuerza un cambio importante en el proceso, una decisión que analizamos en nuestra publicación análisis coste-beneficio de los procesos de mecanizado.
Como Greg Paulsen, Director de Ingeniería de Aplicaciones de Xometry, subraya a menudo, DfM consiste en lograr la intención de su diseño de la manera más eficiente. Señala: "A menudo, un ajuste de diseño muy pequeño y no crítico puede ser la diferencia entre una pieza $50 y una pieza $500". Esa esquina interna afilada suele ser uno de esos ajustes.
La solución sencilla y rentable
La solución es sencilla: diseñar con un radio en las esquinas. Al añadir un radio, se permite que una herramienta de corte estándar y redonda realice el trabajo con eficacia. He aquí dos reglas prácticas:
- Un buen radio: Haga que el radio de la esquina sea al menos 1/3 de la profundidad de la cavidad.
- Un radio mejor: Para obtener la máxima eficacia, diseñe el radio de forma que sea ligeramente mayor que el radio de la herramienta. Por ejemplo, utilizar una herramienta de 12 mm de diámetro (con un radio de 6 mm) para limpiar una cavidad es mucho más eficaz que utilizar una herramienta diminuta de 3 mm. La herramienta más grande puede eliminar material hasta De 8 a 16 veces más rápido.
Con sólo añadir un radio generoso, estará hablando el idioma del software, lo que le permitirá obtener un presupuesto más rápido, barato y preciso.
Error 2: Desafiar a la física con muros ultrafinos
En la búsqueda de diseños ligeros y compactos, resulta tentador sobrepasar los límites del grosor de las paredes. Un diseño con paredes elegantes y delgadas puede quedar muy bien en la pantalla, pero a menudo crea problemas importantes en el taller de mecanizado.
your pursuit of quality, it’s easy to
Para compensar, el maquinista no tiene más remedio que ralentizar drásticamente la máquina, realizando cortes muy ligeros y cuidadosos. No se trata de un ajuste menor; para paredes más finas de 0,5 mm, este enfoque cuidadoso puede aumentar el tiempo de mecanizado de 100% a 300%.
Además, el riesgo de que la pieza se deforme o se rompa por completo aumenta considerablemente, por lo que desarrollar estrategias para superaleaciones difíciles de mecanizar es fundamental para los componentes de alto riesgo.
En el caso del aluminio, las paredes con un grosor inferior a 0,8 mm tienen más de 50% probabilidades de deformarse, y este reto es aún mayor en el caso de materiales difíciles, como se detalla en nuestra guía para el mecanizado de titanio. Para los plásticos, ese umbral se sitúa en torno a 1,5 mm.
Cómo diseñar para la estabilidad y la resistencia
La solución es respetar los límites del material y diseñar pensando en la fabricabilidad desde el principio.
- Siga las directrices: Como regla general, el grosor mínimo de las paredes debe ser de 0,8 mm para metales y 1,5 mm para plásticos. Si su diseño requiere absolutamente una pared más fina, prepárese para un aumento significativo del coste y del plazo de entrega.
- Considera las costillas: Si necesita añadir resistencia a una zona grande y delgada, considere la posibilidad de diseñar nervios de soporte en lugar de engrosar toda la pieza. Esto añade la rigidez necesaria sin un aumento sustancial del material ni del tiempo de mecanizado.
Recuerde que un diseño robusto no es sólo el que funciona bien en su aplicación final, sino el que puede fabricarse de forma fiable y rentable.
Error 3: Ignorar la herramienta en funciones profundas y estrechas
A los ingenieros les encanta la eficiencia, por lo que diseñar una pieza con una cavidad profunda o un orificio largo y estrecho para consolidar las características parece una decisión inteligente. Sin embargo, esto a menudo pasa por alto un reto de fabricación fundamental: el acceso a la herramienta y la evacuación de virutas.
Un rasgo "profundo" se define por su relación de aspecto-la relación entre su profundidad y su diámetro o anchura. Cuando esta relación es demasiado alta, las herramientas estándar dejan de ser eficaces.
Considere la posibilidad de taladrar un agujero. Una broca estándar funciona bien hasta una relación de aspecto de aproximadamente 4:1. Este es su punto óptimo de rentabilidad.
¿Qué ocurre cuando se profundiza?
- En un 6:1 el coste de mecanizar ese único orificio puede aumentar en 100% a 150%. La máquina debe cambiar a un ciclo de "perforación de picotazo" -perforar un poco, retroceder para despejar las virutas y repetir-, lo que aumenta considerablemente el tiempo.
- Empujando a un 10:1 ¿Ratio? Ahora estás en otra liga. Los costes pueden dispararse 300% a 800%. Esto requiere taladros de pistola especializados y caros y procesos extremadamente lentos para controlar el calor y evitar la rotura de las herramientas.
La misma lógica se aplica a las cavidades profundas fresadas con una fresa de mango. En más larga y esbelta la herramientaCuanto mayor sea la velocidad de corte, más propensa será a la flexión y la vibración, lo que obligará al operario a reducir la velocidad de corte y los avances, lo que, como ya habrán adivinado, incrementará el tiempo y el coste.
El enfoque inteligente de la profundidad
Antes de especificar una característica profunda, pregúntese si es realmente necesaria.
- ¿Puede rediseñar la pieza? ¿Es posible conseguir la misma función mecanizando por ambos lados, lo que reduciría a la mitad la relación de aspecto de cualquier elemento?
- ¿Es imprescindible el agujero? Si es para reducir peso, ¿podría una cavidad más ancha y menos profunda lograr un resultado similar de forma más económica?
Pensar en cómo accederá y funcionará una herramienta dentro de su pieza durante la fase de diseño es un paso fundamental para crear un producto rentable y fabricable.
Error 4: El alto coste de una precisión innecesaria
In your pursuit of quality, a key step is understanding how to prevent common manufacturing defects, as it’s easy to fall into the trap of specifying tight tolerances across your entire part.
You might set a default tolerance of ±0.05mm in your drawing’s title block, thinking it ensures every feature is made perfectly. In reality, you’ve just made your part dramatically more expensive without adding functional value.
Fabricar una pieza con una tolerancia ajustada no es sólo cuestión del proceso de corte. Es un compromiso con un flujo de trabajo más complejo y costoso. Cada dimensión con tolerancia ajustada requiere:
- Velocidades de mecanizado más lentas para garantizar la precisión.
- Cambios de herramientas más frecuentes y costosos.
- Inspección exhaustiva, a menudo con Máquina de medición por coordenadas (MMC)que puede llevar más tiempo que el propio mecanizado.
La relación entre coste y tolerancia no es lineal, sino exponencial.
- Pasar de una tolerancia estándar (por ejemplo, ±0,1 mm) a una de precisión (±0,025 mm) puede aumentar el coste de la pieza en 50% a 200%.
- Exigir una tolerancia de alta precisión (±0,005 mm) puede fácilmente duplicar o incluso cuadruplicar el coste a partir de ahí, ya que a menudo requiere operaciones secundarias de rectificado o lapeado.
Como señala Tony Holtz, director de ingeniería de Protolabs, "uno de los factores de coste más comunes que observamos son las tolerancias innecesariamente estrictas. Los ingenieros suelen aplicar una tolerancia de bloque de título a toda la pieza cuando solo una o dos características son realmente críticas."
Un ejemplo real: La carcasa médica $300
Recientemente hemos trabajado con una empresa emergente del sector médico cuyo diseño de carcasa de aluminio se cotizó a $300 por unidad. Una de las razones principales fue la tolerancia global de ±0,05 mm aplicada a toda la pieza.
Nos sentamos con su diseñador y le hicimos una pregunta sencilla: "¿Qué superficies son absolutamente críticas para el funcionamiento?". Resultó que sólo dos superficies necesitaban esa precisión para el montaje.
Al relajar la tolerancia de todas las características no críticas a un estándar de ±0,2 mm, les ayudamos a reducir el coste final a sólo $85 por unidad, una reducción de 70% sin sacrificar ni un ápice de funcionalidad.
La solución: Tolerancia con intención
En lugar de una tolerancia general, analice su diseño característica por característica.
- Identificar las características críticas para la función (CTF): Se trata de superficies de contacto, orificios de cojinetes o puntos de ajuste a presión. Aplique sus estrictas tolerancias sólo aquí.
- Relaja todo lo demás: Para las características no críticas, una tolerancia estándar es más que suficiente y mucho más económica.
Este enfoque intencionado indica a su socio de fabricación dónde debe centrar sus esfuerzos, garantizándole que sólo pagará por la precisión que realmente necesita.
Error 5: Pasar por alto el coste del acabado superficial
Un acabado de superficie suave y bonito o un logotipo grabado con nitidez pueden elevar el valor percibido de un producto. Sin embargo, cuando el objetivo es el rendimiento, es fundamental elegir el revestimiento funcional adecuado, como se explica en este artículo. Guía del anodizado de Tipo II frente al de Tipo III.
En acabado superficial de una operación de mecanizado CNC estándar suele rondar los Ra 3,2 μmque es perfectamente funcional para la mayoría de las aplicaciones.
Exigir un acabado más liso requiere pasos adicionales, y cada paso añade costes.
- Mejorar el acabado para Ra 1,6 μm podría requerir una pasada adicional de acabado fino, lo que aumentaría el coste en un 10% a 25%.
- Una muy suave Ra 0,8 μm acabado suele requerir un ligero pulido o esmerilado, añadiendo 30% a 60% al coste.
- Conseguir un acabado de espejo de Ra 0,4 μm o mejor requiere operaciones secundarias caras y lentas como el lapeado y el pulido, que pueden duplicar el coste total de la pieza.
Del mismo modo, grabar texto o logotipos complejos directamente con una fresadora CNC es un proceso sorprendentemente lento. La pequeña herramienta debe trazar cada línea, lo que puede llevar más tiempo que el mecanizado del resto de la pieza combinada.
La forma inteligente de especificar acabados
Antes de optar por un acabado muy liso, considere su finalidad.
- ¿Es funcional? Es necesario un acabado más liso para las superficies de sellado o los muñones de los cojinetes, pero para la mayoría de las superficies externas sin contacto, el acabado estándar es suficiente.
- ¿Puede utilizar un proceso diferente? Para logotipos y texto, considere grabado por láser como paso posterior al mecanizado. Es mucho más rápido y barato que el grabado CNC y produce una marca nítida y permanente.
Si conoce estos cinco errores comunes de DfM en el mecanizado CNC, podrá evitar costosos escollos y crear diseños cuya producción sea eficiente. Este conocimiento es especialmente crítico cuando se trata de materiales avanzados, como se ilustra en este guía de plásticos de altas prestacionesLa tecnología de la información, que tiende puentes entre la intención del diseño y la realidad de la fabricación.
Lista de comprobación para la GpD
La teoría es una cosa, pero ponerla en práctica es lo que cuenta. Para ayudarte a aplicar estas lecciones directamente a tu trabajo, hemos creado una sencilla lista de comprobación.
Antes de exportar el archivo STEP final, repase estas preguntas. Es una forma rápida y sencilla de detectar los costosos errores de gestión documental antes de que se traduzcan en un presupuesto.
La lista de autocomprobación de DfM:
- [ ] Esquinas interiores: ¿Tiene cada esquina interna un radio de al menos 3 mm o, idealmente, mayor que el radio de la herramienta de corte prevista?
- [ ] Espesor de la pared: ¿He respetado los límites del material? (por ejemplo, >0,8 mm para aluminio, >1,5 mm para plásticos).
- [ ] Profundidad de agujero y bolsillo: ¿La profundidad de cualquier agujero o cavidad es inferior a 4 veces su diámetro/anchura? En caso negativo, ¿es absolutamente imprescindible?
- [ ] Tolerancias: ¿He aplicado tolerancias estrictas sólo a las características críticas para la función (CTF) y dejó todas las demás superficies con una tolerancia estándar?
- [ ] Texto y logotipos: ¿He previsto que el texto y los logotipos se apliquen mediante un proceso secundario rentable como el grabado por láser en lugar del fresado CNC?
Su objetivo es crear valor
En definitiva, el diseño para la fabricación no consiste en limitar la creatividad. Se trata de potenciarla. Si comprende y respeta el proceso físico de fabricación de su pieza, podrá diseñar productos que no sólo sean brillantes en teoría, sino también realizables en la realidad.
Dominar estos principios de GpD no sólo reduce los costes y acorta los plazos de entrega. Genera confianza entre sus socios fabricantes y le convierte en un ingeniero muy competente que comprende todo el ciclo de vida del producto.
Si evita estos errores comunes de la GpD, habrá dado el primer paso. El siguiente es dominar los principios subyacentes de la GpD. Costes de mecanizado CNC para garantizar que sus grandes ideas se conviertan siempre en grandes productos, de forma eficaz y económica.
