Sobremedida en Mecanizado y Procesos de Fabricación

En está entrada, vamos hablar sobre que es la sobremedida en mecanizado y en los procesos de fabricación. Son una parte fundamental del mecanizado, que seguramente estes familiarizado con ello, si eres un profesional del sector. Si no lo conoces, no te preocupes, que te le voy a contar en detalle.

¿Qué es la sobremedida en mecanizado?

En la industria, existen diferentes tipos de fabricación, ya sea con arranque de viruta o sin ella. La sobremedida es un valor fundamental, ya que es el exceso del material sobrante de la pieza.

Para explicar en términos sencillos, que es una sobremedida; una sobremedida es una cantidad adicional de material, que se deja intencionalmente en una pieza durante una fase de producción.

Esta cantidad extra, se elimina posteriormente en etapas posteriores, ya sea mediante mecanizado, rectificado u otros procesos de desbaste o de acabado.

La sobremedida actúa como una reserva, compensando posibles errores dimensionales, deformaciones, imperfecciones superficiales o variaciones en el material base.

Tenemos que destacar, que en el mecanizado, las sobremedidas son más precisas y se determinan en función del tipo de material, la herramienta de corte, la precisión requerida y el acabado superficial deseado. Se pueden utilizar diferentes tipos de sobremedida:

• Sobremedida de desbaste. Es la mayor sobremedida y se elimina en las primeras pasadas de mecanizado, donde se prioriza la eliminación rápida de material.
• Sobremedida de semiacabado. Es una sobremedida intermedia que prepara la superficie para el acabado final.
• Sobremedida de acabado. Es la menor sobremedida y se elimina en la última pasada de mecanizado, logrando la precisión dimensional y el acabado superficial deseado.
• Rectificado. El rectificado es un proceso de acabado de alta precisión que también utiliza sobremedidas, aunque mucho menores que en el mecanizado convencional.

Aspectos críticos de las sobremedidas en mecanizado

Existen una serie de aspectos críticos sobre las sobremedidas en mecanizado, que debes de conocer.

Compensación de errores geométricos

Lo primero que debes saber, es que no existe ningún proceso de fabricación perfecto. A lo largo de la cadena de producción, pueden surgir diversos errores geométricos que pueden afectar a la pieza, en las diferentes partes del proceso.

Desde la fundición u obtención del material, hasta en las fases finales del proceso. Dependiendo del tipo de proceso que se esté realizando, tenemos que respetar una sobremedida adecuada, que nos asegure, disponer del material necesario para obtener la pieza final.

Las sobremedidas, nos ayuda a corregir estas pequeñas desviaciones dimensionales. Ya que separamos por un lado los procesos de desbaste, de los procesos de acabado.

Las sobremedidas, no solo se usan para compensar errores geométricos, en procesos de mecanizado. Se usan en otros procesos como la fundición, forja o cualquier otro proceso de la etapa inicial de fabricación.

Los operadores de máquinas herramientas, debemos de estar formados para entender cómo las tolerancias de sobremedida, afectan el resultado final de nuestro trabajo. Por ejemplo, al mecanizar una pieza, es común dejar una sobremedida intencionada, para permitir un acabado posterior.

Esto es especialmente importante, en aplicaciones donde se requiere un acabado superficial de alta calidad, o donde se deben cumplir tolerancias dimensionales  y/o geométricas estrictas. 

Acabado superficial

Algunas piezas, necesitan de uno o varios mecanizados de precisión, con acabados muy finos. Ejemplos de estos procesos son: el rectificado, bruñido, escariado, mandrinado y rasqueteado, entre otros. Para lograr estos acabados, es fundamental conseguir una baja rugosidad superficial, es decir, una superficie muy lisa.

La sobremedida en el acabado

Para las operaciones de acabado, se deja una pequeña cantidad de material extra, llamada sobremedida. Este material se elimina durante el proceso de acabado para conseguir la rugosidad superficial deseada. Es como pulir una superficie: se quita una fina capa para dejarla lisa, sin crestas en su superficie.

Acabado convencional vs. Acabado de precisión

Aunque con los procesos de mecanizado convencionales, se puede lograr gran calidad de acabado superficial, no es suficiente para piezas que requieren de una gran precisión.

Un ejemplo claro, es el cilindro de un motor de combustión. Necesita una superficie muy lisa para que el pistón se mueva eficientemente a altas velocidades.

Operaciones de acabado y superacabado

Las operaciones de acabado y superacabado nos permiten obtener:

• Tolerancias geométricas muy precisas. La pieza tiene las dimensiones y formas exactas que se necesitan.
• Superficies extremadamente lisas. Con un bajo coeficiente de rugosidad aritmética (Ra), lo que indica una superficie muy fina.

Cantidad de sobremedida en operaciones de acabado

La sobremedida para estas piezas es muy pequeña, ya que las operaciones de acabado y superacabado, eliminan muy poco material de la pieza. La cantidad exacta, depende del proceso y del material, pero generalmente está entre 0.01 mm y 0.1 mm.

Para piezas que requieren alta precisión, se utilizan procesos de acabado y superacabado para lograr superficies muy lisas (baja rugosidad) y tolerancias geométricas de gran precisión.

Una sobremedida inicial de 0.5 mm, combinada con una buena geometría obtenida en procesos anteriores, puede ser un buen punto de partida.

Se utiliza una pequeña sobremedida para este fin, que se elimina durante el proceso de acabado.

Corrección de deformaciones

Es común, que las piezas se deformen durante otros procesos, como en los tratamientos térmicos, soldadura u otros. Estas deformaciones pueden ocurrir al principio o al final del proceso de fabricación, dependiendo del material y geometría de la pieza.

Soldadura y sobremedidas

En piezas soldadas, es muy importante considerar una «sobremedida». Esta sobremedida es material extra, que se deja a propósito. Durante los procesos de soldadura, los diferentes componentes, pueden retorcerse. Necesitamos disponer, de una cantidad mínima de material, para luego mecanizar la pieza a sus dimensiones finales.

En estructuras grandes soldadas, es fundamental tener un proceso de soldadura muy bien definido. Esto ayuda a minimizar las deformaciones y asegura que tengamos suficiente material, para mecanizar la pieza con seguridad.

La sobremedida nos permite corregir las deformaciones que puedan aparecer tras la soldadura.

Mecanizado de alta aleación y tensiones residuales

Al realizar grandes desbastes, en piezas de alta aleación, el calor generado puede causar deformaciones. En estos casos, debemos ser cuidadosos con la cantidad de sobremedida que dejamos, siendo conservadores.

Para eliminar las tensiones internas, que se producen en estos materiales durante el mecanizado (llamadas «tensiones residuales»), a veces se necesitan procesos adicionales como:

• Normalizado. Un tratamiento térmico para uniformizar la estructura del material.
• Estabilizado. Otro tratamiento térmico para reducir las tensiones internas producidas durante el mecanizado.
• Vibrado. Un proceso que utiliza vibraciones para aliviar las tensiones producidas por el mecanizado.

Periodos de reposo

En algunos casos, después del desbaste, las piezas de alta aleación necesitan un «periodo de reposo». Esto significa, dejar que la pieza se enfríe de forma natural, hasta que vuelva a su estado inicial, antes de continuar con otros procesos.

Las deformaciones, son un factor a considerar en la fabricación de piezas. La sobremedida, los procesos de soldadura controlados, los tratamientos térmicos y los periodos de reposo, son estrategias importantes, para minimizar estas deformaciones y asegurar la calidad final de la pieza.

Ajuste de tolerancias

Uno de los factores más críticos de cara al mecanizado, es dejar la sobremedida adecuada para el ajuste de tolerancias. En este apartado, existen muchas variables, ya que va a depender del tamaño de la pieza y del tipo de tolerancia que queramos conseguir. 

Para ajustar una tolerancia con seguridad, primero debemos de analizar el material y su procedencia. Si el material por ejemplo procede de fundición y es un material poroso, debemos de dejar diferentes tipos de sobremedidas, a medida que nos vamos acercando a la tolerancia final.

Las sobremedidas siendo la misma tolerancia, pueden ser diferentes, dependiendo del tipo de material y del tipo de proceso de mecanizado a usar. 

Beneficios de las sobremedidas en tolerancias

• Compensación de desgaste. Al dejar un margen extra, se compensa el desgaste de las herramientas durante el mecanizado.
• Facilidad de montaje. Las sobremedidas facilitan el ensamblaje de las piezas, ya que hay un mínimo de tolerancia.
• Tolerancia a errores. Si se comete un pequeño error en alguna operación, con la sobremedida podremos compensarlo.

El ajuste de tolerancias, es un aspecto fundamental en la fabricación de piezas mecánicas. Las sobremedidas, son una herramienta útil para asegurar que las piezas finales, cumplan con las especificaciones que indican los planos de fabricación. 

Comprender que son los conceptos de tolerancia y sobremedida, nos ayuda a poder optimizar los procesos de fabricación y garantizar la calidad de los productos que fabricamos.

Reducción de residuos 

Aunque a primera vista, pueda parecer contraintuitivo, utilizar más material para reducir el desperdicio, las sobremedidas, cuando se aplican de manera estratégica, pueden ser una herramienta muy eficaz, para optimizar los procesos de fabricación y minimizar la generación de residuos.

¿Cómo las sobremedidas contribuyen a reducir el desperdicio?

• Mayor tolerancia a errores. Al proporcionar un margen adicional de material, se reduce el riesgo de que una pequeña desviación, en las dimensiones de la pieza, la convierta en un rechazo.
• Menor necesidad de re-mecanizado. En muchos casos, las sobremedidas, permiten corregir pequeñas imperfecciones, o desviaciones durante el proceso de fabricación, evitando la necesidad de volver a mecanizar la pieza desde cero.
• Optimización del uso de material. Al calcular de manera precisa las sobremedidas necesarias, se puede minimizar el exceso de material utilizado, evitando el desperdicio innecesario.

¿Por qué son necesarias las sobremedidas en proceso de fabricación?

Las sobremedidas, son necesarias en los procesos de fabricación por varias razones:

• Variaciones en los procesos iniciales. Procesos como el corte, la fundición, la forja, la soldadura, entre otros, pueden introducir variaciones dimensionales debido a factores como:
  • Dilatación y contracción térmica. Los materiales se expanden con el calor y se contraen al enfriarse, esto puede afectar a las dimensiones finales de la pieza.
  • Deformaciones. Las fuerzas aplicadas durante la forja o la soldadura pueden causar deformaciones en la pieza.
  • Imperfecciones en los moldes o matrices. Los moldes y matrices utilizados en la fundición o la forja, pueden tener pequeñas imperfecciones, que se transmiten a la pieza.
  • Desgaste de las herramientas de corte. El uso continuo de las herramientas de corte, provoca desgaste, ya que puede afectar, a la geometría o dimensiones finales de la pieza.
• Necesidad de acabados superficiales. Algunos procesos de acabado, como el rectificado o el pulido, requieren eliminar una pequeña cantidad de material, para lograr una superficie lisa y con la rugosidad deseada.
• Corrección de errores. Las sobremedidas, también permiten corregir pequeños errores, que puedan ocurrir durante el proceso de fabricación.

Ejemplos de sobremedidas en diferentes procesos de fabricación

• Fundición. En la fundición, se deja una sobremedida, para compensar la contracción del metal al enfriarse y para permitir el mecanizado de las superficies, de contacto con otras piezas.
• Forja. En la forja, se deja una sobremedida para compensar las deformaciones, que se producen durante el proceso y para permitir el mecanizado de las superficies finales.
• Soldadura. En la soldadura, se deja una sobremedida para compensar las deformaciones causadas por el calor y para permitir el mecanizado de las zonas de unión.
• Corte. En el corte, se puede dejar una pequeña sobremedida, para asegurar que la pieza tenga las dimensiones correctas, después de eliminar las rebabas o imperfecciones del corte.

Beneficios de utilizar sobremedidas en procesos de fabricación

• Mayor precisión dimensional. Permite obtener piezas con las dimensiones exactas y las tolerancias requeridas.
• Mejora de la calidad superficial. Facilita la obtención de superficies lisas y con la rugosidad deseada.
• Corrección de errores. Permite corregir pequeños errores, que puedan ocurrir durante el proceso de fabricación.
• Mayor flexibilidad en el proceso de fabricación. Permite utilizar procesos iniciales menos precisos y más económicos, ya que las imperfecciones se corrigen posteriormente con el mecanizado.

Las sobremedidas son una práctica esencial en la fabricación de piezas mecánicas. Permiten compensar las imperfecciones inherentes, de los diferentes procesos de fabricación, garantizando la precisión dimensional, la calidad superficial y la funcionalidad de las piezas finales.

Sin las sobremedidas, sería mucho más difícil y costoso obtener piezas con las características requeridas.

Resumen

Cómo habrás podido observar, las sobremedidas son aspectos muy importantes, a tener en cuenta en las diferentes partes del proceso de fabricación. Muchos de estos factores, afectan directamente a los procesos finales, como el mecanizado o procesos de acabado finales.

Para obtener una pieza precisa en cuanto a sus tolerancias, debemos de ser conservadores con las sobremedidas, para no desechar la pieza en sus fases finales de fabricación. Por otro lado tenemos que destacar, que para que el producto final sea el especificado en el plano, las sobremedidas tienen que cumplir su cometido en cada fase de fabricación.

Si una de estas fases falla, nosotros de cara al mecanizado o realizar las fases finales, podemos tener problemas, ya que no tendremos el material necesario para poder terminar la pieza.

Antes de comenzar, debemos de inspeccionar la pieza, para corroborar que tenemos material suficiente para realizar los mecanizados necesarios. Para calcular las sobremedidas necesarias, dependerá principalmente de nuestra experiencia, ya que no existe una regla general que abarque todos los materiales y tolerancias.

Podría decirse que es casi una ciencia de cara al mecanizado. En piezas de tamaño pequeño, las sobremedidas no suelen suponer un problema a la hora de calcularlas a la hora de mecanizar. Sin embargo en piezas más grandes, la cosa se complica, porque interfieren muchos factores en la pieza final. 

Espero que esta entrada os haya aportado grandes conocimientos sobre las sobremedidas en mecanizado y en los procesos de fabricación. Nos vemos en la próxima!