1 Método de Investigación 

1.1 Enfoque de Diseño

El estudio evaluó cómo decisiones geométricas y de tolerancia específicas influyen en el costo del mecanizado CNC. Se seleccionaron tres categorías de piezas representativas:

1. carcasas de pared delgada,

2. ejes de precisión,

3. soportes funcionales hechos de aluminio 6061-T6, acero inoxidable 304 y POM.

Cada categoría se modeló con características variables, incluyendo la profundidad del bolsillo, el radio de la ranura, el recuento de agujeros, la geometría del chaflán y el ancho de la banda de tolerancia. Todas las variaciones de las características fueron diseñadas para coincidir con las restricciones industriales comúnmente encontradas y los rangos de capacidad de los proveedores.

1.2 Fuentes de Datos

Los datos se originaron de:

• registros de tiempo de ciclo obtenidos de centros de mecanizado verticales de tres y cuatro ejes utilizados en la producción rutinaria,
• mediciones del desgaste de la herramienta recopiladas a través de preajustadores,
• simulaciones de trayectorias de herramientas generadas por CAM basadas en Mastercam 2024,
• hojas de desglose de costos proporcionadas por el departamento de planificación de la producción.

Para asegurar la consistencia, todos los parámetros de mecanizado se normalizaron utilizando el mismo grado de herramienta de corte, la ventana de velocidad del husillo y las condiciones de refrigerante.

1.3 Herramientas y Reproducibilidad

El experimento utilizó:

• Mastercam 2024 para la generación de trayectorias de herramientas,
• micrómetros digitales Mitutoyo para la validación dimensional,
• un modelo de costos estandarizado (mano de obra, costo de la máquina por hora, costo del material, costo de la herramienta).

El flujo de trabajo es totalmente replicable aplicando geometrías CAD idénticas, configuraciones CAM y material en bruto.

2 Resultados y Análisis

2.1 Comparación del Tiempo de Ciclo

La Tabla 1 resume el cambio en el tiempo de ciclo al simplificar las características no funcionales.
(En el documento final, use una tabla de tres líneas con la alineación y las unidades adecuadas.)

Tabla 1 Reducción de Características vs. Cambio en el Tiempo de Ciclo

Los resultados indican que los bolsillos simplificados y los radios estandarizados reducen significativamente los pases de mecanizado. Los bolsillos más profundos y los radios personalizados pequeños mostraron la mayor correlación con el aumento del desgaste de la herramienta y la extensión de los ciclos de desbaste/acabado.

2.2 Impacto de la Tolerancia

La expansión de las bandas de tolerancia de ±0.01 mm a ±0.05 mm redujo el tiempo de acabado en un 14–19%. Los pasos de compensación de la deflexión de la herramienta se redujeron en consecuencia, y se requirieron menos iteraciones de inspección.

2.3 Comparación con Hallazgos Existentes

Estudios existentes sobre modelado de costos CNC reportan tendencias similares en la relación entre las bandas de tolerancia y el tiempo de acabado. El experimento confirma estas observaciones y cuantifica el beneficio para la producción multimaterial.

3 Discusión

3.1 Interpretación de los Hallazgos

La mayoría de las reducciones de costos se originan en la simplificación de la trayectoria de la herramienta y el compromiso optimizado del cortador. Los radios más grandes permiten estrategias de alta alimentación, reduciendo el desgaste de la herramienta. El ensanchamiento de la tolerancia disminuye directamente los pases de acabado, especialmente para los componentes de acero inoxidable donde la resistencia al corte es alta.

3.2 Limitaciones

• Solo se evaluaron tres materiales; no se incluyeron aleaciones resistentes al calor ni titanio.
• Se excluyó el mecanizado de cinco ejes, lo que limita la aplicabilidad a geometrías aeroespaciales complejas.
• El modelado de costos asumió tasas de mano de obra y electricidad estables, que pueden diferir entre regiones.

3.3 Implicaciones Prácticas

Los fabricantes que diseñan piezas CNC para una producción rápida pueden incorporar estos consejos de DFM para reducir el costo por unidad sin alterar el rendimiento estructural. La estandarización de radios y el ajuste de tolerancias no críticas son particularmente efectivos en tamaños de lote inferiores a 500 piezas/mes.

4 Conclusión

La evaluación demuestra que el uso consistente de las directrices de DFM—simplificación geométrica, radios optimizados y bandas de tolerancia razonables—reduce el costo de mecanizado principalmente a través de la disminución del tiempo de ciclo y el uso de herramientas. Estos conocimientos respaldan futuras aplicaciones en el rediseño de componentes y la evaluación comparativa de proveedores. Investigaciones futuras pueden expandirse al mecanizado de múltiples ejes y aleaciones complejas.