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Cómo afectan los filetes y chaflanes a los costes de mecanizado CNC

Los filetes y chaflanes suelen añadirse a los modelos sólidos para darles un buen aspecto y eliminar los filos vivos y esquinas afiladas. Muchos ingenieros utilizan estas características con facilidad en sus modelos CAD para mejorar las características y mejorar los diseños. Pero ¿cuál es el impacto de los filetes y chaflanes en los costes de mecanizado CNC?

Los filetes y chaflanes son estéticamente agradables y añaden valor al diseño. Pero también aumentan considerablemente el tiempo de mecanizado y el coste de los proyectos de mecanizado CNC.

Las principales cuestiones que hay que plantearse antes de añadir un filete o chaflán al diseño son:

  • ¿Cuál es la función principal del filete o chaflán?
  • ¿Es realmente necesario este filete o chaflán para que la pieza funcione?
  • ¿Qué rentabilidad tiene añadir esta función para la cantidad que produzco?
  • ¿Cómo se puede comprobar la tolerancia?

Para entender mejor por qué son importantes estas consideraciones de diseño y coste, veamos algunos ejemplos.

Por qué los filetes y chaflanes aumentan los costes de mecanizado

La instalación de las herramientas es lenta y costosa.

En primer lugar, comparemos cómo se realizan los filetes y los chaflanes con el proceso de mecanizado CNC. Los chaflanes suelen realizarse con una herramienta rectificada en el ángulo adecuado, como un avellanador, una herramienta de chaflán o una broca puntual.

Para hacer chaflanes exteriores se utiliza una herramienta de chaflán, mientras que para hacer chaflanes interiores se utiliza una broca de punto o una herramienta de avellanado.

Countersinks for CNC machines
Debido a su ángulo recto, los chaflanes pueden cortarse fácilmente con una sola pasada de máquina utilizando herramientas como estos avellanadores

Los filetes se crean con una fresa que mecaniza el perfil de la pieza. Si el redondeo se realiza a lo largo de un borde de la pieza, es probable que se utilice una fresa de redondeo de esquinas. 

Sin embargo, la puesta a punto de estas herramientas puede llevar bastante tiempo y ser costosa. La fresa debe suavizar el radio en las caras superior y laterales de la pieza para que no queden errores ni escalones.

Para conseguirlo, los redondeos a lo largo de los bordes de la pieza (como el redondeo verde de la figura 1) suelen hacerse con una fresa de punta esférica. Para lograr un redondeo de alta calidad, la fresa se programa para que siga de cerca el borde de la pieza y realice saltos muy pequeños.

Pero esto encarece el proceso. Incluir más filetes y chaflanes de alta precisión y calidad aumenta considerablemente el tiempo de mecanizado. En un entorno de mecanizado, el tiempo es oro. Por tanto, antes de añadir un filete o chaflán adicional, considere si es necesario para la función de la pieza y si merece la pena el coste adicional.

3D model representing a part with fillets and chamfers
Figura 1
Ball nose mills for CNC machines
Las fresas de punta esférica se emplean para cortar gradualmente la superficie de los filetes de las esquinas y los calados, lo que añade un tiempo de mecanizado significativo.

Los filetes y chaflanes no son adecuados para volúmenes de producción bajos

El volumen de producción es otro factor importante que aumenta los costes. El coste de mecanizado es inversamente proporcional a las piezas producidas y, por tanto, una baja producción de piezas implica mayores costes y viceversa.

Además, añadir filetes y chaflanes incluso estando por encima de esa cantidad baja aumenta el coste global (véase la tabla comparativa de costes más abajo). Una producción de gran volumen puede realizarse mediante un proceso de fundición o forja. En este caso, el filete no sólo sería rentable comparativamente, sino también necesario.

Cómo reducir los costes de mecanizado con filetes y chaflanes

Una vez evaluados estos factores y decidido añadir un filete o un chaflán, el siguiente paso es estudiar cómo mecanizar la pieza a bajo coste.

Diseñar chaflanes con las tolerancias adecuadas

En la figura 2, el orificio azul de la parte superior de esta pieza es un orificio roscado M18 X 2 con un chaflán de 0,635 mm. Este chaflán es necesario porque permite que el tornillo se introduzca más fácilmente en el orificio.

3D model representing a part with fillets and chamfers
Figura 2

Al diseñar un chaflán como el anterior, no deben ignorarse las tolerancias. Cuanto más ajustada sea la tolerancia, más costosa será la pieza.

En el ejemplo de la figura 2, el diámetro del chaflán está anotado con tres decimales, lo que significa que el diámetro del chaflán sólo puede desviarse ± 0,127 mm del tamaño nominal.

Una tolerancia más estricta aumentaría a su vez los costes, ya que hay que comprobarla con más frecuencia y, técnicamente, se necesitaría un medidor de chaflanes para una precisión de tres decimales. Naturalmente, con más controles y mediciones más estrictas, las piezas se encarecen.

En cambio, si se cambia el chaflán a dos decimales para mayor precisión, la desviación permitida se duplicaría a ± 0,254 mm el tamaño nominal. Esto permitiría realizar comprobaciones con menos frecuencia y utilizar un calibre de nonio en lugar de un calibrador de chaflanes. Si el diseño puede aceptar este pequeño ajuste, también se pueden reducir los costes.

Eliminar los chaflanes cuando sea posible

También se puede considerar la posibilidad de eliminar los chaflanes de la llamada del agujero para abaratar y simplificar las cosas (véase la tabla siguiente). 

Por ejemplo, en la figura 3, la función principal de los chaflanes en los agujeros grises laterales es facilitar el montaje del pasador en cada agujero. Si el tamaño exacto no es crítico, puede omitir el chaflán en el modelo sólido y añadir una nota al dibujo que diga «eliminar todos los bordes afilados». Otra posibilidad es indicarlo con un tamaño mínimo y máximo y una tolerancia generosa, como se muestra en la figura 3.

3D model representing a part with fillets and chamfers
Figura 3

Utilice chaflanes en lugar de filetes siempre que sea posible

Si el diseño permite cambiar los filetes por chaflanes, es ideal para abaratar la pieza. Por ejemplo, los chaflanes a lo largo de los bordes de la pieza, como el chaflán rojo, son mucho más fáciles y asequibles que los filetes.

Lleva más tiempo configurar una herramienta de radio de redondeo que una herramienta de chaflán, ya que el diseñador de la herramienta debe tener cuidado de que se suavice con las superficies unidas por un redondeo. Para conseguir la exactitud y precisión deseadas, la fresa de punta esférica debe pasar varias veces por la zona del redondeo.

Dado que una herramienta de chaflán necesita menos tiempo de preparación y funcionamiento, reduce el coste en comparación con un filete.

Si es necesario un filete y el chaflán no es una opción, intente hacer un tamaño estándar si puede utilizar una fresa de radio. Las fresas de radio estándar empiezan en 1,6 mm y aumentan a razón de 0,8 mm. Mecanizar un filete con esta herramienta siempre es más rápido que utilizar una fresa de punta esférica.

La siguiente tabla recoge las variaciones de costes en función de las características, comparando los costes de mecanizado CNC para 1, 10 y 100 piezas.

Modelo 3DCoste por 1 piezaCoste por 10 piezasCoste por 100 piezas

Con filetes y chaflanes
€449,81€146,93€58,96

Sólo con filetes
€436,60 (-3%)*€143,84 (-2%)*€57,92 (-2%)*

Sólo con chaflanes
€436,15 (-3%)*€143,72 (-2%)*€56,98 (-3%)*

Sin ninguna característica
€400,13 (-11%)*€133,99 (-9%)*€54,86 (-7%)*

*Comparado con el precio con filetes y chaflanes

Utilice los recursos «online» para mejorar la fabricabilidad

Entender y estimar cómo afectan las decisiones de diseño, como añadir filetes y chaflanes, al tiempo y los costes de mecanizado requiere algo de práctica y experiencia. Sin embargo, gracias a la gran cantidad de consejos de diseño para el mecanizado CNC disponibles «online», podrá empezar a mejorar su diseño y su destreza.

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