Comprensión de la tolerancia de fabricación sustractiva en la producción moderna

La producción industrial moderna depende en gran medida de los procesos de fabricación, que exigen la máxima precisión para obtener resultados de alta calidad de forma constante. Los procesos de fresado, torneado y taladrado marcan las principales fases de eliminación de material en las que entran en juego las tolerancias de fabricación sustractiva y se aceptan discrepancias en los resultados obtenidos. En esta entrada del blog, se conservan los detalles necesarios de la tolerancia de fabricación sustractiva con un enfoque en cómo afectan al diseño del producto para cumplir con los requisitos de funcionalidad y eficiencia de la industria. Espero que esta guía le ayude a usted, quienquiera que esté involucrado en los procesos, ya sea en la ingeniería del conocimiento o en un enfoque de gestión de proyectos más consultivo, a abordar los desafíos de un control cada vez más estricto y las consecuencias en la calidad que producirán tolerancias cada vez más estrechas.

¿Qué es Fabricación sustractiva ¿Y, cómo funciona?

La creación sustractiva es un proceso en el que un gran bloque de material se transforma en un objeto con una forma geométrica predefinida cortando secciones del bloque mediante diversos métodos, como torneado, taladrado, rectificado o fresado. A menudo se realiza con la ayuda de un fabricante asociado con CAM para lograr una mayor precisión. En la mayoría de las producciones, el primer paso consiste en utilizar un bloque o una lámina de material y cortarlo hasta obtener la forma deseada para su terminación final. Como tal, la técnica permite la producción de componentes con tolerancias estrictas o características geométricamente muy complejas, lo que resulta muy útil en la fabricación de productos aeroespaciales, automotrices y de dispositivos médicos.

Principios básicos de Fabricación sustractiva

Procedimiento de eliminación de material

La fabricación sustractiva trabaja con una pieza de material que es más grande que la pieza de trabajo deseada y elimina progresivamente material mediante taladros, amoladoras o cortadores hasta lograr las dimensiones y la forma adecuadas.

Precisión y exactitud

Este procedimiento es capaz de lograr un alto nivel de detalle y mediciones finas, lo cual es necesario para diseños que son de naturaleza intrincada y compleja.

Control de herramientas

La mayoría de los métodos de fabricación sustractiva modernos utilizan algún tipo de máquina herramienta controlada por computadora (CAM). De esta manera, las herramientas se programan y controlan automáticamente, lo que reduce la posibilidad de errores y mantiene la uniformidad.

Consideraciones materiales

Este procedimiento puede utilizar una amplia selección de materiales, como compuestos, plásticos y metales, pero la selección de materiales afecta directamente cómo se procesa la pieza de trabajo y las herramientas que se utilizarán.

Aplicaciones basadas en la complejidad del diseño

La fabricación sustractiva es la más adecuada para clientes que tienen proyectos que involucran detalles extremadamente nítidos, como prototipos, componentes para las industrias aeroespacial y automotriz, dispositivos médicos, etc.

El Proceso de fabricación sustractiva: Paso a paso

Diseño y Modelado CAD

En la primera fase, el dibujante desarrolla un diseño en el programa CAD. Este modelo funciona como prototipo de base. Los sistemas CAD actuales permiten realizar mediciones y detalles geométricos para que el producto final sea exactamente fabricado. Además, se optimizan las diferentes condiciones de mecanizado mediante el uso del software de diseño incluso antes de que se fabrique el producto completo.

Selección y adquisición de materiales

La elección del material es el paso más importante para lograr las propiedades mecánicas y las tolerancias deseadas. La dureza del material, los índices de conductividad térmica y la maquinabilidad son algunos de los factores que se tienen en cuenta. Los metales como el acero y el aluminio son los más preferidos debido a su fiabilidad, mientras que El aluminio es fácilmente mecanizable Y el acero es extraordinariamente duradero. Según los estándares de la industria, si se dice que el material tiene un grado aproximado de 100 % de facilidad de procesamiento, como el latón, entonces está por encima del estándar.

Configuración de la máquina

El material seleccionado, que tiene forma de bloque o de lámina, se coloca ahora en el aparato de mecanizado como pieza de trabajo y se sujeta firmemente en su lugar. En este punto, las instrucciones de la trayectoria de la herramienta con las que se supone que debe trabajar la máquina ya están generadas en el software CAM y cargadas en la máquina CNC. En los sistemas CNC modernos, se utiliza la automatización junto con los controles adaptativos. En cualquier industria que requiera precisión en el proceso de mecanizado, existen técnicas para controlar el proceso de producción compensando los cambios no planificados en los detalles micrométricos o en el nivel de precisión absoluta.

Desbaste

En esta fase del mecanizado, la prioridad es eliminar el exceso de material de la forma más rápida y eficaz posible. En la etapa de desbaste se utilizan herramientas como fresas o brocas, donde se prioriza la reducción de material sobre el acabado superficial de la forma. Las velocidades de avance de desbaste estándar de la industria son de entre 0.005 y 0.02 pulgadas por diente para el fresado, según el material que se esté mecanizando.

Acabado

Los pasos de acabado garantizan que cada producto se encuentre dentro de las dimensiones, tolerancias y acabado superficial delineados en las especificaciones. Esta etapa cuenta con cortadores más finos y realiza el mecanizado a velocidades más lentas para que el acabado superficial obtenido tenga una rugosidad promedio inferior a Ra 0.4 µm en los sectores de mecanizado de piezas médicas y aeroespaciales.

Inspección y control de calidad 

Después del proceso de mecanizado, se comprueba de forma crítica la dimensión del componente y la calidad de la superficie para comprobar su precisión con los requisitos de tolerancia normales. Por lo general, se utilizan métodos como CMM y NDT. Los datos indican que las instalaciones que funcionan con alta precisión pueden lograr de manera uniforme tolerancias de ±0.001 pulgadas, según las normas ISO 2768.

La adición de tratamientos térmicos, recubrimientos y desbarbados sirve para modificar los parámetros del material, así como las funcionalidades especializadas. Un ejemplo sería el anodizado de piezas de aluminio para una mejor resistencia a la corrosión y el granallado del acero para una mejor resistencia a la fatiga.

Cada industria tiene sus propios requisitos, que suelen ser muy técnicos. Sin embargo, mediante un conjunto preciso de procesos de fabricación sustractivos y de múltiples pasos, se crean piezas y prototipos que cumplen con los requisitos para superar estas pautas.

Papel de Máquinas CNC in Fabricación sustractiva

Las máquinas CNC (control numérico por computadora) son esenciales para la fabricación sustractiva debido a su precisión, velocidad y flexibilidad inigualables a la hora de fabricar piezas. Estas máquinas procesan herramientas de corte complejas de manera controlada mediante un software que elimina mecánicamente los materiales mediante corte, fresado, torneado y taladrado. Estadísticamente, el mecanizado CNC logra tolerancias tan ajustadas como ±0.001 pulgadas o mejores, lo que lo convierte en el proceso de mecanizado ideal para industrias como la aeroespacial, la automotriz y los dispositivos médicos donde la precisión es fundamental.

Los sistemas CNC modernos suelen utilizar configuraciones multieje, como el mecanizado de 5 ejes, que permite fabricar geometrías más complejas sin múltiples configuraciones. Por ejemplo, en el ámbito aeroespacial, el mecanizado CNC de 5 ejes se aplica con destreza en la fabricación de álabes de turbinas, donde la precisión dimensional y la conformación intrincada son cruciales para su funcionamiento bajo altas tensiones.

Una ventaja de las máquinas CNC es que pueden funcionar sin parar, lo que mejora enormemente la productividad. Con capacidades avanzadas como la monitorización y la retroalimentación constantes, los fabricantes están en una mejor posición para mejorar la fiabilidad del proceso y, al mismo tiempo, minimizar el tiempo de inactividad. Las investigaciones muestran que las técnicas CNC pueden permitir un ahorro de tiempo de producción de hasta el 50 % en comparación con el mecanizado manual, además de un menor desperdicio de material.

En general, las máquinas CNC sirven como nexo entre el diseño y la fabricación de productos con precisión y eficiencia, cumpliendo con todas las expectativas posibles de la industria en términos de calidad, costos y diseños intrincados. La importancia de las máquinas CNC en los procesos automatizados solo crecerá con el progreso logrado en los campos de la automatización y las tecnologías digitales.

Cómo Se Compara Tolerancia Afectar Fabricación sustractiva?

Definición Tolerancia de fabricación sustractiva

Las tolerancias de fabricación sustractivas son cambios permitidos en la dimensión especificada durante el mecanizado de una pieza. Se trata de límites dentro de los cuales se puede alterar una medida específica sin comprometer los objetivos operativos, de diseño y funcionales de un componente. En mi opinión, la precisión en el control de tolerancias es esencial porque las tolerancias más estrictas garantizan una mayor eficiencia, pero pueden complicar los costos y el tiempo necesario en la producción. Es importante equilibrar estos factores para lograr eficiencia y calidad en la fabricación de las piezas.

Importancia de los Tolerancia estricta en producción

Cumplir con las tolerancias, en particular las tolerancias estrictas, es fundamental en las industrias en las que la precisión y la confiabilidad son esenciales, como en las industrias de la aviación, la automoción y los dispositivos médicos. Los ajustes de tolerancia dimensional tienen un efecto directo en el funcionamiento, la integración y la vida útil de un sistema, y ​​estos ajustes se realizan con frecuencia para cumplir con los requisitos mínimos. En lo que respecta a la industria aeroespacial, la seguridad y el rendimiento en condiciones terribles requieren micrones de precisión para garantizar que todo funcione correctamente.

Las investigaciones en la industria muestran que la aplicación de tolerancias estrictas reduce las posibilidades de que se produzcan fallos en las piezas y aumenta la uniformidad del producto final. Por ejemplo, en la industria automotriz, es una práctica habitual realizar mecanizados de alta precisión de componentes como motores con tolerancias de ±0.001 pulgadas. Si no se hace así, dichas piezas pueden funcionar de forma ineficiente. Para cumplir con estas especificaciones, a menudo se necesitan maquinaria de alta calidad y sistemas de control de calidad, como, por ejemplo, máquinas CNC, escáneres láser y máquinas de medición de coordenadas (CMM), que tienen límites preestablecidos y garantizan la precisión.

Aunque las tolerancias precisas agilizan los procesos de producción, también aumentan los gastos de fabricación debido a la necesidad posterior de un mayor gasto en tiempo, materiales y herramientas especializadas. Un estudio reciente señaló que las tolerancias inferiores a ±0.005 pulgadas podrían generar un aumento de los costos del proyecto de hasta un 20% como resultado de pasos adicionales de mecanizado e inspección. Esto significa que existe una clara necesidad de un análisis exhaustivo en el que los beneficios superen los costos con el enfoque particular en que el valor de tolerancia se establezca de una manera que cumpla de manera óptima los requisitos y al mismo tiempo sea rentable.

Sin embargo, para obtener resultados de fabricación excepcionales es necesario alcanzar tolerancias estrictas, lo que genera confiabilidad en el producto, lo que a su vez permite mejorar la imagen de la marca y cumplir con los estándares de la industria que requieren innovación y una funcionalidad mejorada en un mercado competitivo.

Impacto de Geometría de la pieza de trabajo Sobre la tolerancia

Durante los diferentes procesos de fabricación, la geometría de la pieza de trabajo afecta en gran medida las tolerancias de la misma. Las geometrías complejas casi siempre generan más variabilidad debido a las dificultades que surgen durante el mecanizado de la pieza de trabajo, la medición de la misma y el mantenimiento de las dimensiones de la misma dentro de los límites requeridos. Las piezas que tienen ángulos agudos, radios estrechos y cavidades profundas suelen tener tolerancias muy difíciles de alcanzar sin emplear herramientas especiales o métodos de fabricación avanzados.

Las investigaciones demuestran que se pueden lograr tolerancias con geometrías más simples porque hay una menor deformación en términos de material y es mucho más fácil en términos de fijación durante una operación de fabricación compleja. Se ha informado que se pueden lograr tolerancias de aproximadamente ±0.001 pulgadas de manera constante en superficies planas o cilíndricas. Estas cifras son considerables para las operaciones de mecanizado CNC; sin embargo, muchas de ellas dependen de los materiales y sus formas libres incipientes. Por lo tanto, las formas libres complejas pueden necesitar algunas tolerancias de alrededor de ±0.005 pulgadas o incluso más debido a la complejidad de la forma, las características del material y el método de fabricación.

Además, estas características son las características de relación de posición geométrica que influyen en la facilidad con la que estas características se pueden ensamblar para formar un sistema, lo que se denomina acumulación de tolerancias. Estas relaciones expresan conceptos como concentricidad, paralelismo y perpendicularidad. El uso de las relaciones anteriores enfatiza la naturaleza específica del dimensionamiento y tolerancia geométricos (GD&T). Estos principios deben observarse al emplear diseños abiertos. GD&T logra un equilibrio óptimo entre la intención de diseño y la capacidad de fabricación al garantizar un ajuste funcional y minimizar los errores de producción.

A través del conocimiento y la consideración de cómo la geometría y la tolerancia trabajan juntas, el fabricante puede mejorar la previsibilidad del proceso; también se pueden reducir los costos y, al mismo tiempo, se mejoran enormemente la excelencia y la confiabilidad de los componentes que se producen.

Comparando Fabricación aditiva vs fabricación sustractiva

Diferencias clave entre Fabricación aditiva y sustractiva

La fabricación aditiva y la fabricación por lotes son dos metodologías notablemente diferentes para la producción de piezas, y cada una de ellas utiliza sus propios procesos. La fabricación aditiva, también conocida como impresión 3D, consiste en la creación de componentes desde cero mediante la superposición de materiales como polímeros, metales o compuestos. A diferencia de la fabricación comparativa, la producción acumulativa forma parte de la fabricación comparativa, en la que el material se extrae de una pieza de trabajo mediante fresado, torneado, taladrado y otros procesos de producción.

Utilización de material

Una de las distinciones más notables está en la eficiencia de los materiales. Con los métodos tradicionales, se generan residuos durante la producción en forma de materias primas. Un informe de 2023 destaca que el uso de la fabricación aditiva (FA) en el proceso de producción puede reducir el desperdicio de material hasta en un 90% en comparación con los esfuerzos realizados mediante procesos sustractivos. Teniendo en cuenta la capacidad de la FA para sostener y mantener el desperdicio, es la opción más eficiente de todos los procesos de fabricación. Mientras que en la fabricación sustractiva, existe una alta probabilidad de perder un gran volumen de materiales en el proceso, a diferencia de la fabricación FA que opera en un espacio negativo o construye lo que se necesita.

Complejidad y libertad de diseño

La fabricación aditiva permite una libertad de diseño sin precedentes. La fabricación aditiva puede lograr fácilmente geometrías complejas, estructuras internas y diseños intrincados que de otro modo serían imposibles o demasiado costosos de lograr mediante enfoques alternativos. Por ejemplo, las estructuras reticulares empleadas en componentes aeroespaciales para la reducción de peso son fáciles de fabricar utilizando metodologías aditivas. Aunque la fabricación sustractiva puede lograr altas tolerancias y precisión en los componentes producidos, está severamente limitada por las herramientas de corte y el alcance mecánico de la pieza de trabajo.

Plazo de entrega y volumen de producción

La fabricación aditiva puede proporcionar ciclos de iteración rápidos que permiten un ahorro de tiempo significativo en lo que respecta a la creación de prototipos. En algunos estudios se ha demostrado que la fabricación aditiva puede reducir los plazos de creación de prototipos entre un 50 y un 75 % en la industria automotriz y de productos de consumo. Sin embargo, para la producción de gran volumen, el método de fabricación sustractivo sigue manteniendo una mayor eficiencia porque es más escalable y más rápido con las máquinas CNC actuales.

Propiedades de los materiales y acabados superficiales

Las piezas de posprocesamiento fabricadas con fabricación aditiva suelen necesitar un procesamiento secundario para mejorar sus atributos o el acabado de la superficie. Por ejemplo, las impresiones 3D de metal mecanizadas suelen tener que someterse a un mecanizado adicional o un tratamiento térmico para que sean más precisas y duraderas. No ocurre lo mismo con la fabricación sustractiva; comienza con la fabricación y la termina sin problemas ni esfuerzo, suponiendo que no sea necesario ningún trabajo adicional.

Aspectos económicos

La mayoría de los métodos de fabricación aditiva son muy costosos, pero para piezas de bajo volumen o personalizadas, los ahorros en material y la compensación de desperdicios a lo largo del proceso a veces pueden generar ahorros en horas extras. La fabricación sustractiva suele ser preferible, ya que es una opción rentable para la fabricación aditiva que, a lo largo de los años, cuenta con una infraestructura de procesos y herramientas que respalda la producción a gran escala.

Ambos métodos son relativos y dependen del avance de la ciencia y la tecnología. Esto implica que la elección entre el método aditivo o sustractivo dependería de los requisitos específicos del proyecto, incluidos los gastos, el volumen, la complejidad y cualquier otra limitación.

Ventajas de Fabricación aditiva Más de Procesos sustractivos

Flexibilidad geométrica

Con la fabricación aditiva, es posible producir geometrías complejas que de otro modo serían difíciles o ineficientes de lograr con los métodos tradicionales. No se necesitan herramientas especializadas para fabricar diseños intrincados, como estructuras reticulares o piezas huecas.

Eficiencia material

La fabricación aditiva construye componentes capa por capa utilizando solo los materiales necesarios. Por el contrario, los procesos sustractivos que cortan o mecanizan material suelen generar un desperdicio significativo. Algunos estudios muestran un ahorro de material de hasta el 90 % en ciertas aplicaciones en comparación con la fabricación sustractiva, lo que resalta la eficiencia de la fabricación aditiva.

Customización y Personalización

La fabricación aditiva es ideal para sectores como el sanitario, en los que se necesitan implantes o prótesis específicos para cada paciente, ya que los diseños se pueden personalizar y adaptar fácilmente. Las variaciones de diseño individuales no requieren herramientas ni configuraciones adicionales, lo que facilita la personalización.

Costos de instalación más bajos para lotes pequeños

Como no se necesitan moldes, matrices ni otras herramientas, la fabricación aditiva reduce en gran medida los costos iniciales de las tiradas de producción pequeñas o de las piezas personalizadas. Resulta más viable económicamente que otras técnicas de creación de prototipos y producción de bajo volumen, teniendo en cuenta también el gran espacio que ocupa la planta de fabricación.

Plazos de entrega reducidos y creación rápida de prototipos

Las tecnologías de fabricación aditiva permiten la producción rápida y la creación de prototipos de piezas en cuestión de horas o días, mientras que los procesos sustractivos pueden llevar semanas o incluso meses debido a los requisitos de herramientas y mecanizado involucrados.

Reducción de múltiples componentes en uno solo

La integración de múltiples piezas en una única construcción es posible gracias a la fabricación aditiva, lo que minimiza el montaje y los posibles puntos de fallo. Esto se pone de manifiesto en la producción de diseños de una sola pieza en componentes aeroespaciales complejos que mejoran su fiabilidad y eficiencia.

Conservacion de energia

En comparación con los procesos de mecanizado tradicionales, la fabricación aditiva consume menos energía en general. Al eliminar los extensos procesos de corte, taladrado y tratamiento térmico, los costos operativos generales y la sostenibilidad mejoran.

Materiales innovadores

En la actualidad, se pueden utilizar materiales avanzados como polvos metálicos, plásticos biocompatibles y compuestos para la fabricación de aleaciones de aluminio, lo que facilita el desarrollo de productos innovadores. Además, los nuevos avances permiten el uso de materiales con grado funcional que, de otro modo, resultaría difícil de conseguir con métodos sustractivos.

Mayor acceso a la fabricación aditiva

Con la incorporación de AMD de la capacidad de producción focalizada y a demanda, se simplifican las cadenas de suministro complejas. Se trata de un gran paso hacia la fabricación localizada de las industrias aeroespacial, automotriz y médica.

Técnica de diseño iterativo mejorada

La fabricación aditiva permite a los diseñadores realizar prototipos, diseños y mejoras rápidas de productos. Este proceso iterativo es significativamente más eficiente que la fabricación sustractiva tradicional, que a menudo requiere la modificación de herramientas o equipos.

La adopción de la fabricación aditiva en los procesos de producción contemporáneos, particularmente en estas industrias, ilustra las ventajas de la innovación, la personalización y la sostenibilidad.

Cuándo elegir Fabricación sustractiva vs fabricación aditiva

La elección entre los dos enfoques, sustractivo o aditivo, depende de una serie de objetivos que se pretenden alcanzar, como el resultado de producción previsto, los materiales que se utilizarán, la complejidad de los diseños y las implicaciones financieras. Cada técnica tiene ciertas ventajas dentro de sus límites y conocer las diferencias puede ayudar a tomar decisiones acertadas.

La fabricación sustractiva suele asociarse a una preferencia por series de producción muy largas, en las que los materiales están hechos de variedades sólidas y robustas, como metales y plásticos. De esta manera, las piezas se producen de forma constante con tolerancias muy ajustadas debido al mecanizado preciso que se realiza, característico de estas industrias, como la aeroespacial o la automotriz. Además, generalmente existe un buen acabado superficial que puede reducir la necesidad de un procesamiento posterior. Por el contrario, este enfoque produce una mayor cantidad de desperdicio de materia prima en comparación con otros métodos y no es adecuado para geometrías muy intrincadas con formas internas detalladas.

Considerada por separado, la impresión 3D se incluye en la categoría de fabricación aditiva, que es ideal para la producción de bajo volumen y componentes personalizados. Los diseñadores pueden crear geometrías sofisticadas y formas ligeras que de otro modo no serían posibles utilizando métodos de fabricación convencionales. Este método es, por ejemplo, increíblemente útil en la industria de la salud, donde las prótesis o los implantes deben personalizarse para cada paciente. En comparación con las técnicas tradicionales, la fabricación aditiva permite reducir los plazos de entrega un 75 por ciento según los informes de la industria, y se maximiza la eficiencia del material debido a la metodología capa por capa empleada. Sin embargo, no todos los materiales se pueden utilizar con esta tecnología, por lo que se requiere una consideración cuidadosa de la selección de materiales. Además, puede ser necesario realizar procesos adicionales para mejorar el acabado de la superficie y la durabilidad de las piezas fabricadas.

La solución óptima disponible para muchos de estos casos de producción puede ser híbrida. Un buen ejemplo es una integración en la que un componente complejo se fabrica de forma aditiva y, posteriormente, se fabrica de forma sustractiva con tolerancias y acabados de precisión. El uso de ambos métodos, como se describe, permite aprovechar al máximo los beneficios que ambos ofrecen para satisfacer las necesidades de producción y la innovación según lo indicado.

Esta elección se basa en reconocer las particularidades de su proyecto: su costo, cronograma, diseño e incluso el espacio que ocupará en el taller. Al aprovechar los beneficios de uno o ambos enfoques, los fabricantes pueden sincronizar sus estrategias con las necesidades cambiantes del mercado.

¿Cuáles son las Estándares de tolerancia utilizados in Fabricación sustractiva?

Visión general de ISO 2768, Estándares

Las normas ISO 2768 se aplican a la forma y posición, así como a otros procesos de metalistería y fabricación sustractiva, mediante la definición de tolerancias generales para dimensiones lineales y angulares. Estas categorías se dividen en dos grandes secciones:

1. ISO 2768-1: Se centra en las tolerancias relativas a las dimensiones lineales y angulares. Considera que el nivel de precisión y exactitud de las tolerancias se clasifica en cuatro rangos: fino (f), medio (m), grueso (c) y muy grueso (v).
2. ISO 2768-2: Se centra en las tolerancias de forma y posición, o la alineación y forma de las piezas fabricadas. Se definen franjas de tres niveles de tolerancia: H (alta), K (media) y L (baja).

Los trabajos de modificación deben observar estas normas para un mejor control de calidad, bocetos técnicos menos detallados y cumplimiento del orden funcional de las piezas.

Cómo entender la Tolerancias generales y sus aplicaciones

Importancia de las tolerancias generales

La tolerancia debe definirse y especificarse, ya que es necesaria para que las distintas partes de los componentes se ensamblen de manera fácil y eficiente en una industria manufacturera. A continuación se presentan aplicaciones para diferentes tipos de tolerancias.

Tolerancias dimensionales (ISO 2768-1):

• Las tolerancias que se aplican a las dimensiones de los componentes lineales y angulares permiten sistemáticamente que los componentes se produzcan en el tamaño apropiado sin necesidad de tolerancias específicas para cada dimensión del componente.
• Fino (f): Un nivel entre fino y medio, como en dispositivos biomédicos e ingeniería aeroespacial, donde la precisión es extremadamente beneficiosa y las piezas deben encajar de forma segura entre sí.
• Medio (m): Ampliamente utilizado para fabricar piezas de estructuras fabricadas con ingeniería fantástica.
• Grueso (c): este tipo de tolerancia es cuando se requiere una producción de alto nivel, menos precisa y rápida.
• Muy grueso (v): estas tolerancias se utilizan para componentes rugosos que requieren cierta precisión básica sin tener en cuenta el volumen de los componentes de la maquinaria de construcción.

Tolerancias de forma (ISO 2768-2):

• Se aplica a componentes planos, cilíndricos o de otro tipo, para garantizar que se logre y mantenga la forma requerida.
• Rectitud: Permiten que los ejes, varillas y vigas se alineen según lo establecido en el diseño.
• Planitud: Se aplica en áreas grandes donde se requiere sellar superficies.
• Cilindricidad: Se utiliza para la uniformidad interna y externa de los cilindros, lo cual es común en motores y cilindros hidráulicos.

Tolerancias de posición (ISO 2768-2):

• Las tolerancias de posición deben respetarse sin excepción durante el orden de montaje, para que todas las piezas funcionen bien juntas.
• Alta precisión (H): se utiliza para adaptar equipos rotatorios con la mayor velocidad entre componentes para reducir el juego.
• Precisión media (K): término ampliamente conocido y utilizado en componentes de maquinaria regular y su fabricación.
• Baja precisión (L): se utiliza en situaciones que no necesitan críticamente una gran cantidad de alineación, como en conexiones estructurales.

Beneficios de aplicar tolerancias generales

• Productividad mejorada: ahorra tiempo en el diseño de ingeniería debido a la falta de requisitos para definir tolerancias separadas para las características.
• Fabricación rentable: permite al fabricante establecer tolerancias adecuadas en función de la funcionalidad real de la pieza.
• Control de calidad mejorado: permite una mejor inspección con menos posibilidades de sobrediseño ya que los criterios de rendimiento están estipulados.

Con estas tolerancias estructuradas claramente definidas, los fabricantes pueden ganar eficiencia y tiempo al producir componentes de calidad en diferentes industrias.

Personalización Tolerancias por la Piezas complejas

La personalización de las tolerancias para piezas complejas depende de la comprensión de las necesidades funcionales, las características del material y la capacidad de fabricación que, en este caso, también incluye la norma ISO 286. El paso preliminar es establecer las dimensiones críticas de la pieza que determinan su rendimiento y controlar estas dimensiones con tolerancias más estrictas cuando se requiere precisión, mientras que para las características no críticas, la facilidad de construcción y la economía se pueden lograr aplicando tolerancias mayores. El software de diseño asistido por computadora (CAD) y de análisis de tolerancias cumple el doble propósito de lograr rendimiento y capacidad de fabricación, reduciendo así la incidencia de defectos o distorsión del ensamblaje. Estas tolerancias personalizadas, junto con su fundamento, deben comunicarse a todas las partes interesadas de diseño, fabricación, calidad y otros departamentos para evitar la violación de los requisitos del proyecto.

Cómo Se Compara Fabricación sustractiva Comparar con Fabricación aditiva?

Crear un Tabla comparativa entre fabricación aditiva y Fabricación sustractiva

Aspecto	Fabricación aditiva (MA)	Fabricación sustractiva (SM)
Descripción del proceso	Construye piezas capa por capa utilizando materiales como plásticos, metales o compuestos.	Elimina material de un bloque sólido mediante mecanizado, corte o rectificado.
Utilización de material	Alta eficiencia con mínimo desperdicio de material.	Genera residuos importantes porque se elimina el exceso de material.
Flexibilidad de diseño	Capaz de crear geometrías complejas, incluidas características internas y piezas con gran detalle.	Limitado a diseños más simples debido a restricciones de herramientas.
Reducción de costes	Es rentable para volúmenes bajos o prototipos, pero resulta caro para producciones a gran escala.	Económico para producción de gran volumen pero menos rentable para prototipos.
Velocidad de producción	Más lento para producción a gran escala; más eficiente para piezas personalizadas o de bajo volumen.	Para una producción en masa más rápida de piezas uniformes, los procesos aditivos y sustractivos pueden reducir significativamente los plazos de entrega.
Requisitos de herramientas	Por lo general, no requiere herramientas especializadas, lo que reduce los costos iniciales.	Requiere herramientas y configuración detalladas, lo que aumenta los costos iniciales.
Tipos de materiales	Admite una amplia gama de materiales, incluidos compuestos avanzados.	Trabaja principalmente con metales, plásticos o madera; las opciones de materiales dependen de las herramientas de mecanizado.
Precisión y acabado superficial	Alcanza una alta complejidad pero puede requerir posprocesamiento para mejorar el acabado de la superficie.	Ofrece alta precisión y acabados superficiales superiores directamente después del mecanizado.
Aplicaciones	Ideal para creación rápida de prototipos, implantes personalizados, componentes aeroespaciales y piezas detalladas.	Común en las industrias automotriz, aeroespacial y de fabricación en masa para piezas estandarizadas.
Sostenibilidad	Reduce el desperdicio de materiales y el uso de energía, alineándose con prácticas sustentables.	Mayor generación de residuos y mayor consumo energético debido a la gran eliminación de material.
Escalabilidad organizacional	Más adecuado para producciones a pequeña escala o diseños personalizados debido a los tiempos de impresión más lentos.	Fácilmente escalable para producción de gran volumen, aumentando la eficiencia con la cantidad.

Esta comparación destaca las ventajas y limitaciones exclusivas de la fabricación aditiva y la fabricación sustractiva, lo que permite a las empresas elegir el mejor método en función de las necesidades específicas de su proyecto, los volúmenes de producción y las limitaciones presupuestarias. La combinación de los dos métodos en enfoques híbridos puede ampliar aún más las capacidades, equilibrando la precisión con la flexibilidad del diseño y teniendo en cuenta los valores de tolerancia.

Evaluación Costos de fabricación aditiva vs Métodos sustractivos

Al analizar la diferencia de costos entre los métodos de fabricación aditiva (AM) y fabricación sustractiva (SM), factores como el consumo de material, el costo de las operaciones y la cantidad producida ofrecen información sobre la comparación entre las dos técnicas.

• Consumo de material: a diferencia de la fabricación aditiva, que desperdicia muchos recursos costosos y escasos durante sus procesos de corte y tallado, se sabe que la fabricación aditiva conserva una gran cantidad de material, lo que en última instancia mejora su relación coste-eficacia.
• Costo operativo: los costos de energía tienden a ser más bajos cuando se utilizan equipos de fabricación aditiva, ya que no requieren mucha mano de obra. Además del gasto de las impresoras 3D avanzadas, los gastos operativos diarios pueden ser más bajos con dichos equipos.
• Eficiencia de volumen: los pedidos personalizados o de bajo volumen ahora son más económicos de producir con AM debido a que se necesitan menos tiempos de preparación para diseños complejos. Por otro lado, la fabricación aditiva es más rentable en volúmenes de producción más altos debido a los costos por unidad reducidos debido a la producción en masa.

En conclusión, la elección principal de cada modelo se centra en el proyecto, como el presupuesto estimado, el tamaño de producción, la complejidad operativa y otros parámetros. Lo que ofrece cada modelo se centra en estos criterios y ofrece ventajas de costo únicas.

El futuro de Fabricación híbrida Técnicas

Como ocurre con la mayoría de las cosas, el futuro de la optimización de las técnicas de fabricación híbridas está en su progreso; en lo que respecta a la eficacia de los métodos y procesos, tanto de la adición como de la eliminación de sistemas de fabricación dentro de la industria. Estos métodos probablemente serán ventajosos en sectores con niveles muy altos de personalización y formas intrincadas, incluidos el aeroespacial, la atención médica y la automoción. Cuando un sistema híbrido integra la flexibilidad de la fabricación aditiva con la precisión de los procesos sustractivos, se logra eficiencia en los procesos en un menor tiempo de entrega, menor desperdicio de material y mejora de la calidad del producto. El aumento de la automatización y el desarrollo de software seguirán simplificando la aplicación de los métodos de fabricación híbrida, haciéndolos ampliamente adecuados y más fáciles de implementar en varios campos. Este método puede convertirse en una respuesta integral a la demanda de modelos de producción nuevos e innovadores, al tiempo que mantiene una consideración cuidadosa del medio ambiente.

Preguntas Frecuentes (FAQ)

P: ¿Cómo se gestiona de forma diferente la tolerancia en la fabricación aditiva y sustractiva?

R: La fabricación aditiva y la sustractiva tienen variaciones de tolerancia. Como la fabricación de audio y vídeo excluye el CNC, las impresoras 3D ofrecen tolerancias más laxas que los métodos sustractivos y el CNC suele estar dentro del rango de +/- 0.001 pulgadas. Como la mayoría de las tecnologías, las tolerancias de la fabricación aditiva dependen de las tecnologías y los materiales utilizados y suelen oscilar entre +/- 005 y +/- 0.020 pulgadas, lo que es relativamente más tolerable que el precio. La mayoría de las operaciones de mecanizado tienen tolerancias más estrictas de alrededor de ± 0.001 pulgadas, excepto las de CNC, otras tecnologías pueden oscilar entre ± 0.001 y ± 0.005 pulgadas, mientras que las técnicas alternativas más modernas como la fabricación aditiva tienen tolerancias mucho más laxas, del orden de ± 0.005 a ± 0.020 pulgadas, dependiendo ampliamente de los métodos, las tecnologías y los materiales que se estén fabricando.

P: ¿Qué tolerancias de Xometry se aplican para la fabricación sustractiva?

R: Como plataforma alternativa que suministra piezas del fabricante, Xometry solicita tolerancias según los demás subcontratistas del mercado, tanto estándar como especificadas por el cliente. Las operaciones estándar conocidas con mecanizados subtractivos para CNC vienen con Xometry Pro, que tiene tolerancias medias ISO 2768 más matizadas por defecto reservadas sin restricciones, solo para ayudar en otras. Sin embargo, tales solicitudes también pueden ser asistidas por límites conformables estrictos. Las solicitudes estándar también pueden ser asistidas por solicitudes personalizadas y caerán dentro del límite de Xometry después de la evaluación, que decidirá en función de los procedimientos de fabricación y los materiales que se utilizarán.

P: ¿Cuáles son las diferencias en las normas de tolerancia ASME y en qué se diferencian de las normas ISO relativas a la fabricación sustractiva?

R: Las normas ASME (Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos) e ISO (Organización Internacional de Normalización) son dos de los marcos más utilizados en la fabricación sustractiva. Tienen algunas cosas en común, pero también contienen diferencias clave: 1. ASME Y14.5 está dedicada al dimensionamiento y tolerancia geométricos (GD&T) que apunta a crear un sistema con un conjunto específico de reglas que definen y comunican tolerancias. 2. Varias otras normas ISO que tienen un aspecto de tolerancia, como ISO 2768 o ISO 286, son más simplistas en su enfoque. Ambos sistemas tienen popularidad mundial; sin embargo, en Europa y el resto del mundo, ISO es más predominante mientras que ASME es mayoritariamente aceptado en América del Norte. Varios fabricantes, Xometry por ejemplo, pueden trabajar con ambos sistemas para satisfacer las necesidades del cliente.

P: ¿Qué factores influyen en la elección correcta de la tolerancia en la fabricación sustractiva?

A: Elegir una tolerancia apropiada en la fabricación sustractiva es un proceso multifacético. Algunos de los factores incluyen: 1. Propósito del componente 2. Tipo de proceso de fabricación (por ejemplo, fresado CNC, torneado, rectificado). 3. Características del material 4. Límites presupuestarios 5. Capacidades de la maquinaria 6. Requisitos para el ensamblaje 7. Reglas y normas de la rama relevante A menudo, se puede obtener precisión considerando estos factores sin especificar excesivamente tolerancias que encarecen innecesariamente la producción. El uso de fabricantes confiables como consultores o el contacto a través de portales como Xometry pueden facilitar la tarea de estimar las tolerancias correctas para una tarea en particular.

P: ¿Cuáles son las diferencias en los requisitos de tolerancia para los procesos de fabricación aditiva y sustractiva?

R: Los requisitos de tolerancia difieren bastante en ambos sectores de fabricación: 1. Precisión: en comparación con los procesos aditivos, se considera que los procesos sustractivos tienen mayores tolerancias. 2. Fiabilidad: los resultados obtenidos mediante fabricación sustractiva en todas las piezas son más fiables que los obtenidos mediante fabricación aditiva. 3. Influencia de los materiales: las características de los materiales y los parámetros de impresión de los procesos aditivos tienen más influencia en el resultado en comparación con los procesos sustractivos. 4. Modificación directa: a menudo se necesita un posprocesamiento en los procesos aditivos para refinar las piezas. 5. Manipulación de la geometría: los métodos aditivos pueden construir formas elaboradas con grandes tolerancias, mientras que las técnicas sustractivas son más eficientes para crear formas básicas con tolerancias estrictas. Comprender estas diferencias es vital para elegir el método de fabricación más eficaz para un propósito determinado.

P: ¿Cuál es un caso de aplicaciones comunes en las que las tolerancias estrictas en la fabricación sustractiva son importantes?

A: Algunas de las industrias clave donde las tolerancias estrictas en la fabricación sustractiva son importantes incluyen: 1. Componentes de aeronaves 2. Instrumentos y dispositivos médicos 3. Partes de maquinaria de precisión 4. Componentes de motores de automóviles 5. Instrumentos de óptica 6. Equipos para la fabricación de semiconductores 7. Equipos para investigación científica 8. Equipos para deportes de alta competencia Estos casos suelen requerir Mecanizado CNC en lugar de una técnica aditiva porque los métodos sustractivos tienden a producir mejores acabados y tolerancias más ajustadas. Aun así, la fabricación aditiva sigue mejorando para aplicaciones precisas a medida que pasa el tiempo.

Fuentes de referencia

1. Un estudio de LCA y LCC de métodos de fabricación de fusión por láser selectivo, aditivo por arco de alambre y sustractivo puro

• Autores: Kokare S. y otros.
• Diario: Procesos de manufactura
• Fecha de publicación: 1st septiembre, 2023
• Citas: 31
• Resumen: Este trabajo aborda la metodología de ACV y CCV enfocada en analizar las diferencias entre los componentes fabricados mediante métodos sustractivos puros y los componentes fabricados mediante métodos aditivos de fusión por láser con arco de alambre y de fusión selectiva por láser. La investigación se centra en evaluar el impacto y el coste de los diferentes procesos de fabricación, especialmente en lo que respecta a las tolerancias y el uso de materiales. Los resultados indican que, al tener en cuenta la ecosostenibilidad de la fabricación, los métodos sustractivos, aunque precisos, no siempre resultan los más sostenibles, especialmente en comparación con sus homólogos aditivos.

2. Perspectivas de sostenibilidad: revisión de la fabricación aditiva y sustractiva

• Por H. Jayawardane y otros.
• Publicado en: Revista de economía de servicios y fabricación sostenible
• Fecha de publicación: 1st abril 2023
• Citas: 32
• Resumen: En el artículo se describen los factores de sostenibilidad de ambos procesos, la fabricación aditiva y la sustractiva. Se analiza el equilibrio que existe entre la precisión de los procesos de mecanizado y la eficiencia de los materiales utilizados en los métodos aditivos. El artículo afirma que, si bien se pueden alcanzar altas tolerancias en la fabricación sustractiva, suele haber un alto nivel de desperdicio de material, lo que exige medidas de fabricación sostenible de impacto reducido.

3. Mejor planificación de procesos para la fabricación híbrida aditiva y sustractiva.

• Escrito por Hany Osman y colegas.
• Fuente: Revista de ciencia e ingeniería de fabricación.
• Publicado: 03 febrero 2023.
• Número de citas: 4.
• Breve explicacion: Esta investigación desarrolla un modelo de planificación de procesos para sistemas de fabricación híbridos aditivos-sustractivos. Estos sistemas exigen la minimización del tiempo del ciclo de producción teniendo en cuenta las tolerancias y los límites de calidad. Los resultados sugieren que la planificación racional de procesos mejorará el rendimiento y la precisión de los sistemas de fabricación híbridos.

4. Investigación del desgaste de herramientas de fabricación aditiva y sustractiva por láser híbrido

• Escrito por L. Li y otros.
• Diario: La Revista Internacional de Tecnología de Fabricación Avanzada
• Publicado en: 27 de septiembre de 2023
• Citas: –
• Resumen: Esta investigación describe el comportamiento del desgaste de las herramientas en procesos híbridos que integran tecnologías aditivas de láser y fresado sustractivo. En particular, el estudio se centró en las consecuencias del desgaste de las herramientas en las tolerancias y el acabado superficial de las piezas fabricadas. Los hallazgos muestran que controlar el desgaste de las herramientas es necesario para mantener la precisión y la calidad de los procesos de fabricación híbridos.

5. Proveedor líder de servicios de fabricación de chapa metálica en China