¡La influencia de la tolerancia de mecanizado en la precisión del mecanizado!

Con la mejora continua de los requisitos de calidad para los productos de procesamiento mecánico, se ha invertido mucho tiempo y energía en explorar métodos y medidas para mejorar la calidad del producto, pero se ha ignorado el impacto de la sobremedida de mecanizado en la calidad del producto durante el proceso, creyendo que, mientras exista un margen durante el procesamiento, este no tendrá un impacto significativo en la calidad del producto. En el procesamiento real de productos mecánicos, se observa que la sobremedida de mecanizado de las piezas afecta directamente la calidad del producto. Si la sobremedida de mecanizado es demasiado pequeña, es difícil eliminar los errores residuales de forma y posición, así como los defectos superficiales del proceso anterior; si es demasiado grande, no solo aumentará la carga de trabajo del procesamiento mecánico, sino que también aumentará el consumo de materiales, herramientas y energía. Lo que es más grave, el calor generado al eliminar una gran sobremedida de mecanizado durante el procesamiento provocará deformaciones en las piezas, dificultará su procesamiento y afectará la calidad del producto. Por lo tanto, es necesario controlar estrictamente la sobremedida de mecanizado de las piezas.

1. Concepto de tolerancia de mecanizado

La tolerancia de mecanizado se refiere al espesor de la capa metálica cortada de la superficie de mecanizado durante el mecanizado. La tolerancia de mecanizado se puede dividir en tolerancia de mecanizado de proceso y tolerancia de mecanizado total. La tolerancia de mecanizado de proceso se refiere al espesor de la capa metálica cortada de una superficie determinada en un proceso, que depende de la diferencia entre los tamaños del proceso antes y después de los procesos adyacentes. La tolerancia de mecanizado total se refiere al espesor total de la capa metálica cortada de una superficie determinada durante todo el proceso de mecanizado desde la pieza en bruto hasta el producto terminado, es decir, la diferencia entre el tamaño de la pieza en bruto y el tamaño de la pieza en la misma superficie de la pieza. La tolerancia de mecanizado total es igual a la suma de las tolerancias de mecanizado de cada proceso. Dado que inevitablemente hay errores en la fabricación de la pieza en bruto y el tamaño de cada proceso, tanto la tolerancia de mecanizado total como la tolerancia de mecanizado de proceso son valores variables, y aparecen la tolerancia de mecanizado mínima y la tolerancia de mecanizado máxima. La tolerancia y el margen de mecanizado se muestran en la Figura 1. En la figura, el margen mínimo de mecanizado es la diferencia entre el tamaño mínimo del proceso anterior y el tamaño máximo del proceso actual; el margen máximo de mecanizado se refiere a la diferencia entre el tamaño máximo del proceso anterior y el tamaño mínimo del proceso actual. El rango de variación del margen de mecanizado del proceso (la diferencia entre el margen máximo y el margen mínimo de mecanizado) es igual a la suma de las tolerancias dimensionales del proceso anterior y del proceso actual. La zona de tolerancia de la dimensión del proceso se especifica generalmente en la dirección de entrada de la pieza en el cuerpo. Para las piezas de eje, el tamaño básico es el tamaño máximo del proceso, mientras que para los agujeros es el tamaño mínimo del proceso.

2. Análisis de la influencia de la sobremedida de mecanizado en la precisión del mecanizado.

2.1 La influencia de una sobremedida de mecanizado en la precisión del mecanizado

Las piezas inevitablemente generan calor de corte durante el proceso de mecanizado. Parte de este calor es absorbido por las virutas de hierro y el fluido de corte, parte se transfiere a la herramienta y parte a la pieza, lo que provoca un aumento de temperatura. La temperatura está estrechamente relacionada con la sobremedida de mecanizado. Si esta es grande, el tiempo de mecanizado aproximado será inevitablemente mayor y la cantidad de corte también aumentará consecuentemente, lo que resulta en un aumento del calor de corte y de la temperatura de la pieza. El mayor inconveniente del aumento de temperatura es su deformación, especialmente en materiales sensibles a los cambios de temperatura (como el acero inoxidable). Además, esta deformación térmica se extiende a todo el proceso de mecanizado, lo que aumenta la dificultad del mecanizado y afecta la calidad del producto. Por ejemplo, al mecanizar piezas de ejes delgados, como varillas roscadas, debido al uso del método de mecanizado de una sola abrazadera, el grado de libertad longitudinal es limitado. En este caso, si la temperatura de la pieza es demasiado alta, se producirá expansión térmica. Cuando la extensión longitudinal se bloquea, la pieza se doblará y deformará inevitablemente debido a la tensión, lo que dificultará su posterior procesamiento. La pieza se dobla y deforma tras calentarse. Si el procesamiento continúa en este punto, la parte que sobresale se procesará hasta obtener el producto final. Tras enfriarse a temperatura ambiente, la pieza se deformará bajo tensión, lo que provocará errores de forma y posición, afectando así su calidad. La pieza se doblará y deformará a temperatura ambiente. Tras la expansión del diámetro, la parte agrandada se cortará, y se producirán errores de cilindricidad y tamaño tras el enfriamiento de la pieza. Al rectificar tornillos de precisión, la deformación térmica de la pieza también provocará errores de paso.

2.2 La influencia de una tolerancia de mecanizado demasiado pequeña en la precisión del mecanizado

La tolerancia de mecanizado de las piezas no debe ser ni demasiado grande ni demasiado pequeña. Si es demasiado pequeña, no se podrán eliminar las tolerancias geométricas residuales ni los defectos superficiales del proceso anterior, lo que afectará la calidad del producto. Para garantizar la calidad del mecanizado de las piezas, la tolerancia mínima de mecanizado restante en cada proceso debe cumplir con los requisitos básicos de la tolerancia mínima de mecanizado del proceso anterior. La tolerancia mínima de mecanizado del agujero interior de una pieza se compone de la pieza cuyo agujero interior se va a mecanizar. Si el eje del agujero se desvía del eje de referencia y existe un error de posición n durante el proceso anterior, y el agujero interior tiene un error cilíndrico p (como conicidad, elipse, etc.) y un error de rugosidad superficial h, entonces, para eliminar la tolerancia geométrica antes del mandrinado, la tolerancia mínima de mecanizado unilateral del proceso de mandrinado debe incluir los valores de los errores y defectos mencionados. Considerando que la pieza de trabajo inevitablemente tiene errores de instalación durante el taladrado en este proceso, es decir, el error e entre el eje del orificio original y el eje de rotación de la pieza de trabajo después de la instalación, así como la tolerancia dimensional T durante el taladrado en este proceso, la tolerancia mínima de mecanizado z de este proceso se puede expresar mediante la siguiente fórmula: z ≥ T/2 + h + p + n + e (tolerancia de un solo lado)

Los valores y las manifestaciones de los errores mencionados varían según las piezas y los procesos. Se deben aplicar diferentes tratamientos para determinar la tolerancia de mecanizado. Por ejemplo, los ejes delgados son propensos a la flexión y la deformación, y el error de la generatriz ha superado el rango de tolerancia del diámetro, por lo que la tolerancia de mecanizado debe aumentarse adecuadamente. En procesos que utilizan herramientas como fresas flotantes para posicionar la superficie de mecanizado, se puede ignorar la influencia del error de instalación e y reducir la tolerancia de mecanizado en consecuencia. En algunos procesos de acabado que se utilizan principalmente para reducir la rugosidad superficial, la magnitud de la tolerancia de mecanizado solo está relacionada con la rugosidad superficial h.

3. Selección razonable de la tolerancia de mecanizado

La selección de la tolerancia de mecanizado para las piezas está estrechamente relacionada con el material, el tamaño, el nivel de precisión y el método de mecanizado utilizado, y debe determinarse según la situación específica. Al determinar la tolerancia de mecanizado para las piezas, se deben seguir los siguientes principios:

(1) La tolerancia mínima de mecanizado debe utilizarse para acortar el tiempo de mecanizado y reducir el coste de mecanizado de las piezas.

(2) Se debe dejar suficiente margen de mecanizado, especialmente para el último proceso. Este margen debe garantizar la precisión y la rugosidad superficial especificadas en el plano.

(3) Al determinar la tolerancia de mecanizado, se debe tener en cuenta la deformación causada por el tratamiento térmico de las piezas, de lo contrario se pueden producir desechos.

(4) Al determinar la tolerancia de mecanizado, se deben tener en cuenta el método y el equipo de mecanizado, así como la deformación que pueda producirse durante el proceso de mecanizado.

(5) Al determinar la tolerancia de mecanizado, se debe tener en cuenta el tamaño de la pieza a procesar. Cuanto mayor sea la pieza, mayor será la tolerancia de mecanizado. Esto se debe a que, a mayor tamaño de la pieza, mayor será la posibilidad de deformación causada por la fuerza de corte, la tensión interna, etc.