Correcció d'errors dimensionals en la mecanització CNC de peces d'acer

Els errors dimensionals són un dels problemes més costosos en La mecanització d'acer per CNC . Els forats es desplacen de la seva posició, la planitat no compleix les toleràncies, els forats cònics presenten una inclinació (taper) i les peces que superen les proves intermèdies són de sobte rebutjades a la inspecció final.

Segons els registres de resolució de problemes a la planta, els estudis de mesura amb calibres i els projectes d'optimització de processos realitzats en entorns productius, aquest article explica per què es produeixen errors dimensionals en la mecanització d'acer i com solucionar-los mitjançant mètodes basats en dades i repetibles .

---

Què són els errors dimensionals en les peces d'acer mecanitzades per CNC?

Els errors dimensionals fan referència a qualsevol desviació respecte als requisits del plànol, incloent-hi:

• Forats no circulars

• Planesa que supera l'especificació

• Desplaçament de la posició dels forats

• Errors de paral·lelisme

• Variació de mides entre lots

En un programa d’usinatge de carcases de caixes de canvi en AISI 1045:

• Parts rebutjades descartades 29%

• El temps de reprocessament va disminuir 37%

• El CpK en els forats crítics va millorar de 0,86 → 1,41

després de posar en pràctica les accions correctives següents.

---

Per què es produeixen errors dimensionals en l’usinatge CNC de peces d’acer

1. Dilatació tèrmica de la màquina i de la peça

L'acer es dilata aproximadament 11–13 µm/m/°C durant cicles prolongats, la calor de l'eix porta i la temperatura de la peça poden fer que les dimensions variïn més enllà de les toleràncies.

Cas mesurat:
Un centre de mecanització va mostrar una deriva de l'eix Z de 14 µm després de 45 minuts de tall continu.

---

2. Desgast de l'eina i degradació de la plaqueta

El desgast progressiu de la cara lateral augmenta les forces de tall, provocant la flexió de l'eina i el desplaçament de les característiques.

La monitorització de la vida útil de l’eina en acer 4140 va mostrar:

• Deriva de mida de +0,018 mm després de 280 peces

• Les dimensions estables es van restablir després de l’indexació de l’eina

---

3. Deflexió i voladís de l’eina

Les eines llargues es comporten com a molles, especialment quan es treballa l’acer.

Una barra d’escarpat amb un voladís de 6× el diàmetre va produir un conicitat de 0,05 mm ; el canvi a una barra amortida va reduir la conicitat a 0,012 mm.

---

4. Moviment de la fixació o retroces de la peça

Si una peça es relaxa quan se’n desmunten les pinces, la verificació en procés no coincidirà amb la inspecció final.

Les proves amb cel·les de càrrega van mostrar que reduir la força de fixació un 30 % va reduir a la meitat l’error de planitat.

---

5. Material brut inconsistent

La variació de duresa dins de les barres o plaques d’acer modifica les forces de tall i la deformació.

Un lot d’acer 4140 va presentar valors de duresa compresos entre 270 i 315 HB, provocant una dispersió imprevisible de les mides dels forats.

---

Com solucionar els errors dimensionals: solucions contrastades

---

Controlar la temperatura i la deriva tèrmica

Estabilitzar l’entorn

• Mantenir la temperatura de l’oficina dins d’un rang de ±1,5 °C

• Escalfar les màquines durant 20–30 minuts

• Evitar variacions de temperatura del refrigerant superiors a 2 °C

Utilitzar la sonda i la compensació

• Toquar les característiques crítiques a mig cicle

• Aplicar automàticament els desplaçaments per desgast

• Registrar les tendències tèrmiques per torn

Resultat:
La implementació de la sonda en procés va reduir la variació de la mida dels forats en 46%en blocs de vàlvules.

---

Gestionar proactivament el desgast d'eines

Establir límits de vida útil d'eines

En lloc d’esperar la fallada:

• Seguiu les peces per aresta

• Substituïu les plaquetes al 70–80 % de la seva vida útil

• Utilitzeu eines bessones al magatzem

Trieu l’eina adequada

• Carburs recoberts de TiAlN per aços aliats

• Plaquetes d’acabat afilades per a acer baix en carboni

• Geometries de raspallador per a l’estabilitat dimensional

---

Redueixeu la desviació de l’eina

• Reduïu la sortida de l’eina sempre que sigui possible

• Canvieu a portaeines hidràulics o de muntatge per contracció

• Reduïu l'engranatge radial

• Augmenteu la profunditat axial amb trajectòries trocoïdals

Millora mesurada:
El canvi de portaeines redueix la variació del forat de 0,022 → 0,009 mm.

---

Milloreu l'estratègia d'immobilització

• Suporteu les parets fines amb coixinets de suport

• Maquegeu les cares crítiques al final

• Afegiu referències properes a les zones de tall

• Utilitzeu pinces controlades per parell de gir

---

Normalitzar la matèria primera

• Especificar els intervals de duresa als comandes de compra

• Sol·licitar certificats de fàbrica (MTRs)

• Alliberar tensions en brutos forjats

• Provar ultrasonicsament lingots grans

---

Procés escalonat de resolució de problemes

Quan una característica surt de tolerància:

1️⃣ Comprovar la temperatura de la peça
2️⃣ Inspeccionar el tall de l’eina amb ampliació
3️⃣ Mesurar el voladís de l’eina
4️⃣ Verificar la repetibilitat de la fixació
5️⃣ Revisar els certificats de duresa
6️⃣ Ajustar l'offset d'ús o substituir l'eina
7️⃣ Tornar a tallar la peça de prova

---

Llista de comprovació del control dimensional

Abans de la producció:

• ✅ Escalfament tèrmic completat

• ✅ Repetibilitat de la fixació verificada

• ✅ Muntatges d'eines mesurats

• ✅ Els valors de material en brut del CAM són correctes

Durant la producció:

• ✅ Registreu les dades SPC

• ✅ Sondeu característiques crítiques

• ✅ Substituïu les eines segons el calendari establert

Després de la producció:

• ✅ Realitzeu estudis CpK

• ✅ Actualitzeu les tendències d'offset

• ✅ Revisi les taules de vida útil d'eines

---

Preguntes freqüents sobre la precisió del mecanitzat CNC de peces d'acer

Quines toleràncies tan ajustades són realistes per al mecanitzat CNC d'acer?

±0,01 mm és habitual en processos estables; ±0,005 mm requereix control de temperatura, sondeig i eines de qualitat superior.

---

Per què les peces tenen mesures diferents fora de la màquina?

La contracció per refredament, la relaxació de les tensions per desclavatge i la deriva tèrmica de la màquina són causes habituals.

---

La tallada més lenta sempre millora la precisió?

No: la fricció i l’acumulació de calor poden empitjorar el control de les dimensions. Els avanços i velocitats optimitzats són més importants que una velocitat de rotació baixa.