Estrategias para la reducción de costos en el mecanizado CNC moderno

En la fabricación, el mecanizado CNC es muy apreciado por su precisión y velocidad. Sin embargo, este proceso puede resultar costoso. Los fabricantes buscan constantemente métodos para reducir el costo del mecanizado CNC manteniendo al mismo tiempo una producción de alta calidad.

Este artículo comparte algunas estrategias efectivas para reducir los costos de los servicios CNC. Con algunos cambios inteligentes, las empresas pueden ahorrar dinero y seguir ofreciendo artículos de alta calidad.

Economía unitaria y producción a granel

En el mecanizado CNC se aplica el concepto de "más es menos". Cuantos más productos fabriques, más barato será. El mecanizado CNC se vuelve rentable cuando la producción es de cientos o miles.

La primera razón es el costo reducido de la materia prima cuando se compra al por mayor. Según una estimación, la compra de materiales para más de 1.000 piezas puede reducir el precio unitario de cinco a diez veces. La otra razón es la coherencia del proceso. Independientemente de si se producen 10, 50 o 100 unidades, el diseño CAD, las herramientas y la configuración de la máquina siguen siendo los mismos durante toda la producción. Por último, la producción a granel se puede automatizar fácilmente ya que el inicio, el final y la serie de pasos intermedios son los mismos.

Por el contrario, si pasa a la producción unitaria, tendrá que rediseñar, restablecer y reprogramar la máquina cada vez que se fabrique un producto.

Simplificación geométrica para la eficiencia operativa

Geometrías complejas, a menudo innecesarias, complican y prolongan el proceso de mecanizado. Si realizamos cambios simples de diseño en la geometría, se podría reducir drásticamente el tiempo de producción y, por tanto, reducir el coste.

Por ejemplo, en lugar de hacer bordes afilados en las cavidades, diseñe bordes con radio. Las brocas de herramientas CNC son de naturaleza cilíndrica. Siempre hacen bordes radiales. Incluso el radio de las esquinas importa: un radio bajo significa que se debe utilizar una herramienta de menor diámetro y eso requerirá varias pasadas para eliminar el material.

Para conseguir bordes afilados, hay que pasar a un proceso más caro, el mecanizado por descarga eléctrica (EDM). Una alternativa que citan los maquinistas, especialmente cuando hay que encajar en forma rectangular en la cavidad, es hacer cortes alrededor de las esquinas (consulte la figura). Este tipo de diseño se llama hueso de perro bidireccional.

De manera similar, las profundidades de rosca más largas (1,5 veces el diámetro) ya no mejoran la resistencia de la unión. Por lo tanto, es aconsejable no aumentar la profundidad de la rosca, ya que requerirá herramientas especiales, lo que supone un coste innecesario.

Lo mismo ocurre con las caries profundas, es necesario mantenerlas limitadas. Con herramientas normales, puedes crear fácilmente una profundidad de 2 a 3 veces el diámetro. Pero las cavidades profundas requerirán herramientas y accesorios especiales y, en algunos casos complejos, sistemas CNC de múltiples ejes.

Al diseñar agujeros, asegúrese de elegir los tamaños estándar, ya que sus brocas son más baratas y fáciles de conseguir. Los tamaños de los agujeros deben estar en fracciones de pulgada (1/8”, 1/4) o enteros en caso de que sigas el estándar milimétrico.

Por último, aumentar el espesor de las paredes delgadas puede reducir el tiempo de mecanizado. Para piezas metálicas, las paredes deben tener un espesor superior a 0,8 mm y para piezas de plástico, el espesor mínimo debe ser superior a 1,5 mm.

Economía de materiales en operaciones CNC

La elección del material también importa. A menos que los requisitos de diseño o estructura se interpongan en el medio, es necesario pasar a materiales alternativos más baratos y fácilmente mecanizables. Si hablamos de materiales más económicos, el Aluminio 6061 es actualmente la opción más barata para realizar prototipos. Además, también es sencillo de mecanizar.

El latón y el acero son más fáciles de mecanizar en comparación con el aluminio, pero son más caros. Por lo tanto, se recomiendan idealmente para la producción a granel. La razón detrás de esta preferencia son las economías de escala. A pesar del mayor costo del material, los tiempos de mecanizado más cortos asociados con estos materiales pueden compensar el gasto inicial, particularmente en tiradas de producción a gran escala.

Los plásticos (ABS, nailon, Delrin) también están disponibles al mismo precio que el aluminio, pero son difíciles de mecanizar. Por lo tanto, deben evitarse para necesidades de producción a granel. En resumen, para necesidades puntuales, elija materiales más baratos, mientras que para la producción a granel, elija materiales fáciles de mecanizar (blandos).

La compra de materiales al por mayor también puede ayudar a reducir el costo total del mecanizado CNC. Si compra varias toneladas de material, probablemente ahorrará mucho dinero.

Análisis de tolerancia de precisión para la gestión de costos

En las prácticas comunes de mecanizado CNC, si no se define una tolerancia específica en el dibujo técnico, las piezas se mecanizan utilizando la tolerancia estándar, alrededor de ± 0,125 mm o mejor. Esta precisión es suficiente para la mayoría de las funciones no críticas y ayuda a mantener bajos los costos de producción.

Las tolerancias estrictas, aunque necesarias para ciertas características críticas, aumentan significativamente el costo del mecanizado. La precisión requerida para estas tolerancias exige más tiempo, habilidad y equipos más sofisticados, todo lo cual contribuye a mayores costos de producción.

Para optimizar la rentabilidad de las operaciones de mecanizado, especifique tolerancias más estrictas únicamente para las funciones que realmente las requieran. Por ejemplo, las características que no son críticas para la función o el ajuste de la pieza no deben estar sujetas a tolerancias estrictas.

Optimización del proceso de acabado: equilibrio entre calidad y coste

Los acabados finales se suman y aumentan los costos de mecanizado CNC. Una forma de reducir esto es la selección correcta de materiales. Por ejemplo, algunos materiales, como el aluminio, son altamente mecanizables y requieren menos pulido de superficie. Si sus requisitos de diseño lo permiten, cambiar a estos podría ser muy rentable, especialmente cuando se trata de producción a granel.

En los casos en los que los acabados As-Machined sean suficientes, utilícelos. Los acabados mecanizados suelen ser de alta calidad y pueden cumplir los requisitos de muchas aplicaciones sin necesidad de tratamiento adicional.

Sin embargo, hay casos en los que no se puede renunciar al acabado. Estos tratamientos incluyen película química, granallado, electropulido y anodizado.

Conclusión

El coste del mecanizado CNC puede ser elevado debido a varios factores. Los complejos requisitos de diseño, las tolerancias de precisión y el tipo de material utilizado contribuyen al gasto general. Sin embargo, adoptando un par de estrategias simples se puede controlar en gran medida ese costo.

Por ejemplo, podría ser útil pasar a la producción a granel. De manera similar, eliminar elementos de diseño innecesarios como bordes afilados, cavidades profundas y orificios no estándar puede hacer que el proceso de mecanizado sea simple y rentable. Por último, la selección adecuada del material también puede ayudar. Utilice materiales que sean más baratos y más fáciles de mecanizar.