Cómo diseñar orificios para componentes: consejos útiles

Compartir un entendimiento común sobre cómo se fabrican los componentes es, en efecto, la clave para mejorar el proceso de adquisición para los diseñadores. Por eso estamos ampliando nuestra "guia meviy" para el diseño de componentes. Este artículo de blog se centra en las consideraciones básicas de diseño en el mecanizado de agujeros. Veamos cuáles son los distintos tipos de orificios y cómo diseñar orificios para sus piezas mecánicas personalizadas evitando algunos de los errores más comunes.

Información básica sobre el mecanizado de orificios

En el caso del mecanizado, los orificios se suelen procesar en los siguientes pasos:

 

  • Perforación de un orificio central.
  • Perforación de un orificio piloto (proceso de perforación).
  • Realización de operaciones de mecanizado específicas en función del uso previsto. Ejemplos: escariado, roscado, avellanado.
Comprender los distintos tipos de agujeros es la clave para aprender a diseñarlos. Estos son algunos de los distintos tipos de mecanizado de agujeros: taladrado de agujeros centrales, taladrado de agujeros piloto, escariado, roscado y avellanado.
Veamos a continuación la información de cada orificio:

Perforación central

El taladrado central consiste en crear una pequeña hendidura conocida como agujero central y se realiza con una herramienta especializada llamada broca central. El objetivo de esta hendidura es garantizar un posicionamiento preciso de las operaciones de taladrado posteriores.
Ejemplo de taladro central

Avellanado

El avellanado es la técnica que se realiza para garantizar que la cabeza del tornillo no sobresalga de la superficie. Aunque es posible realizar el avellanado con una fresa normal, para el avellanado de tornillos normalizados se suelen utilizar herramientas de corte específicas para el avellanado.

Roscado

Cuando se crean orificios para fijar piezas con tornillos, el mecanizado por roscado es la mejor opción. Tras el proceso de taladrado inicial, se realiza el mecanizado por aterrajado para crear el orificio roscado. Para ello se utiliza una herramienta de corte especializada y, en el caso del mecanizado CNC, un programa específico denominado ciclo de roscado.

Ejemplo de golpeteo

Escariado

When precise fitting is required for pin insertion or mating with other components, it is necessary to create a clean, perfectly round hole on the inner surface. In such cases, reaming is performed after the initial drilling process. In the case of larger diameters, a specific tool can be used to achieve the desired quality.   Reaming is performed using a tool with cutting edges on its side. The reamer is rotated while slowly passing through the drilled hole, removing a small amount of material from the inner surface. It shaves the inner surface, resulting in a clean and highly accurate hole.   Reaming is used when a tolerance of approximately ±0.01mm relative to the hole diameter is required.
Ejemplo de escariador

Mecanizado de taladros

El proceso básico de mecanizado de este tipo de orificios consiste en utilizar una herramienta denominada broca. Se monta en el husillo de una máquina y gira mientras se desplaza hacia arriba y hacia abajo con un movimiento lineal. La acción de taladrado se realiza hundiendo repetidamente la broca en la pieza de trabajo. Dado que la acción de taladrado implica múltiples movimientos ascendentes y descendentes, el orificio resultante tiene una superficie interior irregular y rugosa. Esto se conoce comúnmente como "agujero piloto". Si basta con un simple orificio, se acepta la perforación sola.
Ejemplo de simulacro

Guía para el diseño de orificios - problemas comunes

Ahora, vamos a discutir algunos problemas comunes que surgen en el mecanizado de orificios. En efecto, puede haber malentendidos y desajustes entre las necesidades del diseñador y la capacidad del proveedor. A continuación, presentaremos problemas comunes relacionados con los agujeros, y esperamos que le resulten útiles para aprender mejor a diseñar orificiosos para sus piezas personalizadas.

 

El orificio está demasiado cerca de los bordes - solución de problemas

Un primer factor importante que puede causar problemas con los orificios es su presencia cerca del borde.   Durante el mecanizado de orificios, el material está siendo empujado hacia fuera por la broca. Si intenta crear un agujero muy cerca del borde, donde la distancia al lado es mínima, es posible que la superficie no pueda soportar la fuerza de mecanizado. Esto hará que el lateral se abombe o deforme.
Ejemplo de error de diseño en el que el orificio está demasiado cerca del borde

De hecho, los agujeros cerca del borde son estructuralmente débiles, y en general no se recomienda diseñarlos así.

 

 

Para evitar estas situaciones, es aconsejable mantener una distancia mínima al borde de al menos el diámetro del agujero. Esto es especialmente importante en el caso de los orificios roscados, ya que son más propensos a estos problemas y requieren una atención especial.

 

 

Si es imposible mantener la distancia necesaria en el diseño, un enfoque alternativo es realizar un mecanizado adicional en el lado después del proceso de perforación del orificio. Esto puede ayudar a mitigar el efecto de "abombamiento" causado por el mecanizado inicial. Sin embargo, introducir un paso de mecanizado adicional puede aumentar los costes y la complejidad.

El orificio es demasiado profundo - solución de problemas

En el mecanizado de orificios, la precisión puede alcanzarse profundidades de hasta aproximadamente 8 veces del diámetro. Más allá de esa profundidad, se requieren procesos especializados para evitar problemas y errores en la fabricación.

 

 

Con orificios tan profundos, la tendencia es que se doblen y el diámetro del mismo se ensanche. Aunque existen métodos de mecanizado de orificios profundos de alta precisión, como el bruñido, siguen existiendo limitaciones si el orificio inicial está torcido. En estos casos, otra opción es utilizar el mecanizado por descarga eléctrica para tallado de formas. No obstante, es importante recordar que el mecanizado de orificios profundos con alta precisión sigue teniendo límites, en función de la forma. Como regla general, una profundidad de aproximadamente 8 veces el diámetro es un buen punto de partida.

 

 

Por ejemplo, imaginemos una pieza similar a la que se muestra en la siguiente figura. Presenta orificios pasantes de pequeño diámetro a lo largo del bloque.

Si taladrara el orificio desde una sola dirección, se doblaría. El taladro se dobla gradualmente a medida que se adentra, lo que provoca errores mayores cuanto más se aleja de la entrada.

Error de diseño de un componente mecánico personalizado en el que el orificio es demasiado profundo.
En los casos en que el orificio es pasante, un método para minimizar los efectos de la flexión consiste en realizar el taladrado a medias desde ambos lados. Este tipo de mecanizado se conoce comúnmente como "taladrado de cañón".

Conclusiones

Como hemos visto, hay varias consideraciones sobre la fabricación en función de la finalidad y la forma del orificio. Aunque todavía hay aspectos más profundos que los orificios, si puede comprender firmemente los principios fundamentales de los que hemos hablado hoy, es probable que pueda diseñar de forma que el proceso de fabricación se adapte fácilmente.

 

El diseño tiene sus propias dificultades, y la fabricación también tiene sus propios requisitos. Es importante que ambas partes comprendan las perspectivas de la otra y colaboren para lograr un mejor desarrollo de los productos.

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