Diseño para la Fabricación: Una Guía Práctica de DFM para CNC

El Diseño para la Fabricación (DFM) es una práctica de ingeniería que implica optimizar el diseño de un producto para que sea más fácil, rápido y rentable de producir. Cuando se aplica al mecanizado por Control Numérico por Computadora (CNC), el DFM se centra en ajustar la geometría de las piezas, la selección de materiales y las tolerancias para aprovechar las capacidades de los fresadoras, tornos y otros equipos CNC, minimizando al mismo tiempo el tiempo de máquina, el desgaste de las herramientas y el desperdicio. La implementación de una sólida estrategia de DFM para CNC es fundamental para cerrar la brecha entre la intención del diseño y la realidad de la fabricación, lo que en última instancia garantiza un producto final económico y de alta calidad.

El objetivo principal del DFM para CNC es reducir el costo y el tiempo total de fabricación sin comprometer el rendimiento del producto ni los requisitos estéticos. Esto implica una relación de colaboración entre el ingeniero de diseño y el ingeniero de fabricación del taller de mecanizado. La colaboración temprana es clave, ya que las decisiones tomadas en las fases iniciales del diseño, cuando el costo de los cambios es más bajo, tienen el impacto más significativo en los costos finales de producción.

Una de las consideraciones de DFM más inmediatas e impactantes es minimizar el tiempo de configuración y las operaciones. Cada vez que una pieza necesita ser retirada, reorientada y reajustada en la máquina (un proceso conocido como operación o configuración), se pierde tiempo y aumenta el riesgo de error de posición. Los ingenieros deben esforzarse por diseñar piezas que puedan mecanizarse en la menor cantidad posible de configuraciones, idealmente en una o dos. Esto se puede lograr concentrando las características en una o dos caras principales y asegurando suficiente espacio libre para que las herramientas estándar accedan a todas las características desde esas orientaciones. Si una pieza requiere mecanizado en cinco caras, el costo será exponencialmente mayor que el de una pieza similar que requiera solo dos configuraciones.

A continuación, se debe prestar atención a la geometría de las características y la accesibilidad de las herramientas. Las herramientas CNC estándar son cilíndricas, lo que significa que producen radios en las esquinas de las características internas, como bolsillos o ranuras. Diseñar esquinas internas con el radio más grande aceptable es un principio de DFM simple pero poderoso. Los radios internos pequeños y afilados requieren herramientas de diámetro pequeño y frágiles, que deben funcionar a velocidades más lentas, lo que lleva a tiempos de ciclo más largos y un alto riesgo de rotura de la herramienta. Una buena regla general es especificar un radio interno que sea al menos un tercio de la profundidad del bolsillo. Además, se deben evitar características como ranuras profundas y estrechas o agujeros ciegos. Los bolsillos profundos, especialmente aquellos con una relación de aspecto (profundidad a ancho) mayor a 4:1, requieren herramientas de longitud personalizada, una agresiva evacuación de virutas y velocidades de mecanizado más lentas, lo que aumenta drásticamente los costos. Si una característica profunda es necesaria, considere diseñarla como dos características separadas y más pequeñas que se puedan unir más tarde o ajustar el diseño para que sea accesible desde ambos extremos.

Las tolerancias y el acabado superficial a menudo se especifican en exceso, lo que genera gastos de fabricación innecesarios. Las tolerancias ajustadas (± 0.001 pulgadas o menos) requieren entornos con temperatura controlada, equipos de inspección especializados, operadores altamente calificados y un mecanizado significativamente más lento para garantizar la precisión. Los diseñadores solo deben aplicar tolerancias ajustadas a las características críticas que impactan directamente la función o las interfaces de ensamblaje, confiando en tolerancias estándar o generales para todas las demás dimensiones. De manera similar, exigir un acabado superficial liso (por ejemplo, 32

Ra o mejor) aumenta el tiempo de mecanizado, ya que requiere múltiples pasadas de acabado ligero con herramientas específicas. Si la función de una característica no requiere un acabado similar a un espejo, se debe especificar una superficie fresada estándar.La

selección de materiales es una elección fundamental de DFM. Si bien las propiedades mecánicas requeridas (resistencia, resistencia a la corrosión, etc.) reducen las opciones, la maquinabilidad del material elegido tiene un impacto directo en el costo. Los materiales mecanizables como el aluminio 6061, el acero C1018 y el latón suelen ser más fáciles y rápidos de cortar que los materiales difíciles como los aceros inoxidables de la serie 300 (especialmente 303 vs. 304), Inconel o titanio. El mecanizado de materiales difíciles conduce a una vida útil más corta de la herramienta, velocidades de corte más lentas y mayores costos de material, lo que contribuye a un mayor costo total de la pieza. Cuando las propiedades del material lo permiten, cambiar a una aleación de mecanizado más libre puede ahorrar una cantidad significativa de tiempo y dinero de producción.Otra consideración crítica es la

fijación y sujeción de piezas. El taller de mecanizado debe poder sujetar de forma segura la pieza en bruto durante el proceso de mecanizado sin obstruir la trayectoria de la herramienta de corte. Los diseñadores deben incorporar áreas de sujeción planas, paralelas y de fácil acceso en el diseño, incluso si son características temporales (como pestañas o material de sacrificio) que se eliminan durante una operación de acabado final o después del mecanizado. Los diseños que son delgados, frágiles o tienen formas complejas y no uniformes son difíciles de sujetar de forma segura, lo que provoca vibraciones (vibración), un acabado superficial deficiente y posibles movimientos o daños en la pieza.Finalmente,

la incorporación de características estándar