Cada dibujo aterriza en nuestro escritorio con un bloque de tolerancia en la parte inferior. +/-0.05 mm, +/-0.1 mm, o el clásico "a menos que se especifique lo contrario." Y casi nadie que envía esos dibujos ha pensado realmente en lo que esos números cuestan. Un +/- 0,005 mm de calibración en una pieza de 200 mm no te hace ver a fondo ¢ hace que parezca que nunca has pagado por el mecanizado de precisión.

Esto es lo que realmente sucede en el taller cuando las tolerancias se endurecen y por qué sus elecciones de tolerancia importan más que sus elecciones de material.

Comencemos con lo que la mayoría de las tiendas consideran "precisión estándar" +/- 0.01 mm en una dimensión lineal.Lo mantenemos todo el día en características de hasta unos 150 mmLa herramienta no necesita ser cambiada entre piezas, la inspección es rápida (pantallas o un micrófono) y el coste por pieza es predecible.

Pero ¿qué pasa con +/- 0,005 mm? Ahí es donde las cosas se vuelven interesantes. En 0,005 mm, ahora estás a medio cabello de ancho. La expansión térmica de la pieza de trabajo por sí sola puede comer todo su presupuesto de tolerancia.Una pieza de aluminio de 100 mm que calienta 3C del calor de mecanizado crece en 7 micras ¢ y eso es con refrigerante de inundaciónEn una pieza de 200 mm? 14 micras. Toda su banda de tolerancia se ha ido antes de que siquiera lo mida.

Es por esto que las piezas de tolerancia apretada se mecanizan en un entorno de temperatura controlada (20C +/-1C), medido en un CMM, y a menudo requieren múltiples pases de acabado.El tiempo de inspección aumenta.La tasa de desechos aumenta. El multiplicador de costos de +/- 0.01 mm a +/- 0.005 mm es típicamente 2-3x, y de +/- 0.01 mm a +/- 0.001 mm es 5-10x.

La mayoría de las guías de costos de mecanizado muestran una curva suave donde el costo aumenta exponencialmente a medida que la tolerancia se estrecha.

El gran salto no está entre 0,1 y 0.01Está entre 0.01 y 0.005Allí es donde cruzas la línea del "mecanizado CNC cuidadoso" al "territorio de mecanizado de precisión" donde todo el proceso - fijación, herramientas, entorno, inspección - cambia.

Este es un escenario que vemos semanalmente. Un ingeniero especifica +/- 0.01 mm en un diámetro de perforación y +/- 0.01 mm en una posición de perforación en relación con un dato. El informe CMM muestra ambos dentro de la tolerancia.Las piezas van al montaje.Y no encajan.

¿Por qué? Porque el orificio puede ser de 0,01 mm de tamaño excesivo (que está dentro de la tolerancia) y la posición puede ser de 0,01 mm fuera (también dentro de la tolerancia),Pero el efecto combinado de ambos errores significa que el eje de apareamiento no puede caer enEs por eso que existe GD&T: controla la relación funcional entre las características, no solo las dimensiones individuales.

Las llamadas de GD&T que realmente importan en piezas mecanizadas CNC:

• Posición verdadera (0,05 mm MMC)Si se están atornillando dos partes juntas, la tolerancia de posición es más importante que la tolerancia del diámetro del agujero
• Concentricidad (0,01 mm): Para ejes giratorios y asientos de rodamientos.
• La superficie de la cubierta es de 0,02 mm.: Para sellar superficies. Una junta no le importa si la superficie está 0.02 mm fuera de la posición
• Perpendicularidad (0,01 mm)Si la cara B no es perpendicular a la perforación A, el conjunto se apila mal

El coste de la GD&T es aproximadamente el mismo que las tolerancias lineales equivalentes, el método de inspección cambia (CMM en lugar de pinzas), pero el enfoque de mecanizado no.La diferencia es que GD&T te da piezas funcionales en lugar de piezas dimensionalmente correctas que no funcionan.

La misma llamada de tolerancia cuesta diferentes cantidades en diferentes materiales.

Aluminio 6061: El más fácil de mantener tolerancias ajustadas. Bajas fuerzas de corte, buen espacio libre de las astillas, mínimo desgaste de la herramienta. +/- 0,005 mm es alcanzable en la mayoría de las características menores de 100 mm.

Acero inoxidable 304: Las fuerzas de corte son 2-3 veces mayores que las del aluminio. El desgaste de la herramienta se acelera, y las primeras 10 partes pueden sostener +/- 0.01 mm mientras que la 50a parte se desvía a 0.02 mm debido al desgaste del inserto.Las tolerancias estrictas en SS requieren programas agresivos de cambio de herramientas.

Titanio Ti-6Al-4VEl material lucha de nuevo. el resorte después del corte significa que la dimensión terminada es ligeramente mayor que la dimensión del corte.Pero añade tiempo de configuración. +/- 0,01 mm es realista. +/- 0,005 mm requiere el taladro o la molienda.

El PEEKLa expansión térmica es el principal problema. La pieza cambia de tamaño mensurablemente entre la temperatura de mecanizado y la temperatura ambiente.dejar reposar durante 2 horas para equilibrarSe añade el tiempo de ciclo pero se mantiene la tolerancia.

Después de mecanizar decenas de miles de piezas, aquí está el enfoque que produce los mejores resultados al menor costo:

1. Solo especifique tolerancias estrictas cuando sean importantes.Las interfaces de montaje, asientos de rodamientos, superficies de sellado merecen +/- 0,005 mm a +/- 0,01 mm. ¿Todo lo demás?Un espesor de pared no crítico no necesita la misma tolerancia que un rodamiento..
2. Utilice GD&T para las relaciones funcionales.Si dos características necesitan ser alineadas, especifique la posición o la concentricidad en relación con un dato.
3. Cuenta con el comportamiento material.Si su diseño lo permite, elija materiales que sean más fáciles de mecanizar con precisión.
4. Especifique la tolerancia, no el proceso.No escriba "molir a +/- 0,005 mm" escriba "+/- 0,005 mm" y deje que el taller decida si el fresado CNC, el taladro o el moliendo es el método más rentable.A veces un maquinista experto con un molino de punta afilada puede mantener 0.005mm en un centro de fresado, y la molienda sería excesiva (y más cara).
5. Proporcione una descripción funcional.Si usted nos dice "este perforación sostiene un 6205 rodamiento en un ajuste de prensa ligera (0,01-0,02 mm de interferencia), " podemos tolerar el perforación apropiadamente (35.00-35.01 mm) y seleccione el método de mecanizado que lo mantenga confiablementeNo necesitamos una calibración de +/- 0,001 mm para hacer que su rodamiento encaje. Necesitamos la tolerancia adecuada para la función.

Un dibujo con 200 calificaciones de tolerancia, la mitad de las cuales son +/- 0,005 mm, no hace que su diseño sea robusto.La mejor estrategia de tolerancia es la que afloja todas las dimensiones tanto como la función lo permita y aprieta sólo las que realmente importan.

Hemos visto proyectos en los que aflojar el 80% de las tolerancias de +/- 0,01 mm a +/- 0,05 mm reduce el costo de la pieza en un 30% sin impacto en la calidad del montaje.caras de focas, las relaciones de datos se mantuvieron estrechas.

El diseño de tolerancia no es hacer todo apretado, es saber exactamente lo que necesita estar apretado y dejar que todo lo demás respire.