CAD · CAE · Diseño — Manual profesional (teoría + flujo + plantillas + modelo CAD)

Resumen ejecutivo

Este manual reúne teoríaestándaresbuenas prácticasplantillas para que un equipo pueda pasar de idea a producción con control: CAD paramétrico robusto, CAE con criterios de validación, planos con GD&T, y decisiones de DFM/DFA respaldadas por costos.

Objetivos. Robustez del modelo, trazabilidad, fabricabilidad, y verificación.

Resultados. CAD limpio (nombres/parametría), dibujos conformes ISO/ASME, simulaciones verificadas y checklist de liberación.

1. Estrategia de modelado

La estrategia correcta determina la resiliencia del diseño ante cambios.

Árbol limpio: nombra croquis, operaciones y planos; agrupa por función (esqueleto, features, redondeos, taladros).
Referencias estables: dimensiona desde planos/ejes, evita edges efímeras. Usa datum geometry.
Orden recomendado: croquis base → features principales → vaciados/refuerzos → taladros → filetes/chaflanes.
Configuraciones: parámetros/estados suprimidos para variantes (Light/HD, L/R, etc.).

Antipatrones (evítalos)

Patronar agujeros respecto a un borde que luego cambia.
Filetear pronto: rompe muchas dependencias al cambiar espesores.
Referencias externas no bloqueadas en in-context.

2. Parametría avanzada

El parámetro es la unidad de cambio. Centraliza y documenta.

Convenciones

Nomenclatura: t_* espesores, L/W/H medidas globales, d_* diámetros, p_* pasos, R radios.
Unidades explícitas en descripciones y comentarios.
Funciones: límites con max()/min() para evitar geometrías degeneradas.

Ejemplo (tabla de parámetros)

// Clave de parámetros globales
L=80; W=60; H=80; t=4; r=6; d_h=8; p=40; n_h=2; off=15;
// Reglas
r = min(r, min(W,H)/4);
n_h = max(1, n_h);

Expresiones útiles

Espesores mínimos: t ≥ 0.4·D_fresa (mecanizado), t ≥ 2·w_linea (FFF).
Filetes automáticos: R = clamp(0.5·t, 1, 6).

3. Modelado de superficies

Para carcasas y formas aerodinámicas, el surfacing permite continuidad y control local.

Continuidades: G0 (pos.), G1 (tang.), G2 (curv.).
Flujo de isocurvas coherente; evita parches con ángulos agudos.
Loft con guías y boundary fill; remata con thicken.

Checklist

Seam alineado y oculto.
Curvas maestras bloqueadas en un esqueleto.
Verifica zebra stripes y análisis de curvatura.

4. Diseño top–down & contextos

El diseño top–down minimiza errores en ensamblajes complejos.

Esqueleto (master sketch/part) con interfaces, datums, patrones.
Deriva piezas hijas desde el esqueleto; controla referencias externas (bloquear, romper, publicar).
Layouts 2D/3D para rutas de cables/tubos.

5. Ensamblajes y movimiento

Mates mínimos para definir 6 GDL; usa subensamblajes lógicos.
Simulaciones de movimiento: contactos, fricción, servos, perfiles de tiempo.
BOM: propiedades personalizadas (nº parte, material, masa, proveedor).

Plantilla de nomenclatura

PROY-###-Pieza-Descripción-RevA
ASM-###-Módulo-RevB
DWG-###-Pieza-RevB

6. Dibujo técnico y GD&T

ISO 8015 (principios), ISO 1101 (indicaciones), ISO 5459 (datums), ISO 286 (ajustes), ISO 2768 (tolerancias generales), ISO 1302 (acabado).

Vistas: principal, auxiliares, secciones, detalle; escala y jerarquía.
Acotación funcional: desde datums A|B|C; evita cadenas largas.
Tablas: roscas (ISO 261/965), taladros (ISO 273), acabados.

GD&T comunes: posición, planitud, perpendicularidad, paralelismo, concentricidad (evitar salvo necesidad).
MMC/LMC, bonus y datum shift.

Marco de control (ejemplo)

⟦ POS ⟧ ⌀0.20 | M | A | B | C
A: Plano base; B/C: agujeros pasantes; tolerancia varía con MMC.

7. Tolerancias y apilamientos

Controla el riesgo de no–ensamble. Dos métodos de cálculo: escenario peor y RMS/RSS.

Peor caso

Para cadenas 1D: \(T_{total}=\sum T_i\).

RSS

Asumiendo variaciones independientes: \(T_{rss}=\sqrt{\sum T_i^2}\).

Ejemplo de cadena

Separación entre placas con separadores y arandelas: define signos y suma con peor caso/RSS. Verifica que \(gap_{min}>0\).

8. Estándares y normalización

Roscas: ISO métrica (coarse/fine), UNC/UNF si aplica.
Agujeros y tornillería: ISO 273, 4014, 4017; arandelas ISO 7089.
Materiales: ISO/TR 15608 (agrupación soldadura), designaciones EN/ASTM.

Biblioteca propia

Construye una librería de features: taladro avellanado, chaveteros, alojamientos de rodamientos con chaflán y radios estandarizados.

9. DFM/DFA y costes

Mecanizado: radios internos ≥ herramienta; evitar bolsas ciegas profundas; accesos de herramienta.
Chapa: radio de pliegue ≥ t; deducción de pliegue y K–factor calibrado.
Inyección: ángulos de desmoldeo (1–2°), espesores uniformes, nervaduras con t_rib≈0.5–0.7·t.
Impresión 3D: orientación para minimizar soportes; grosor mínimo funcional.

Estimación de coste rápida

Coste ≈ tiempo de mecanizado + material + acabado + montaje. Tiempo ≈ longitud de trayectorias / feed + cambios de herramienta.

10. Materiales y sostenibilidad

Métricas: resistencia específica \(\sigma/\rho\), rigidez específica \(E/\rho\).
Impacto: reciclabilidad, contenido reciclado, huella de CO₂ del proceso.
Selección multicriterio (Ashby + coste + ciclo de vida).

Ejemplo

Al 6061-T6 vs Acero S355: Al reduce masa ~65%; si la rigidez es crítica, aumenta sección para igualar flecha.

11. CAE: FEA (lineal y no lineal)

Lineal: pequeñas deformaciones, módulo constante, sin contactos deslizantes.
No lineal: materiales (plasticidad), grandes deformaciones, contacto/fricción.
Malla: tetra/hex; refinamiento en filetes/agujeros; quality (aspect ratio, skewness).
Validación: comparaciones manuales (vigas, placas), malla convergente (≤5%), BC realistas.

Plástico bilineal (ejemplo)

Curva σ–ε con hardening: valida la zona de plastificación y springback en chapa.

12. CAE: pandeo, fatiga y optimización

Pandeo: factor de carga crítico eigen; aplica coeficientes de seguridad.
Fatiga: S–N (Wöhler), reglas de Miner; concentradores (K_t).
Topología: optimización con restricciones de masa/desplazamiento y direcciones de manufactura.

Secuencia típica

Estático para tensiones base.
Modal para evitar resonancias.
Fatiga a espectro de carga.
Topología para aligerar.

13. CFD: del CAD al mallado

Limpiar CAD: cuerpos estancos, sin aristas abiertas; defeature de tornillos/fillets pequeños.
Dominio y BC: entradas/salidas, simetrías, pared; elección de modelo de turbulencia.
Malla: y+ objetivo; capas prismáticas; refinamiento en estelas.

Validación

Coeficientes integrales (C_D, C_L), curvas características y estudios de independencia de malla.

14. CAM e impresión 3D (intro)

CAM 2.5D/3D: selección de herramienta, estrategia (parallel, scallop), stock, tabs.
Impresión FFF/SLA/SLS: elección de material, relleno, capas; orientación por resistencia.

SLA vs FFF

SLA: mejor detalle/superficie; FFF: coste bajo y piezas funcionales con fibras.

15. PDM/PLM y control de cambios

Estados: WIP → In Review → Released; firmantes.
ECN/ECR: descripción, causa, impacto, piezas afectadas.
Versionado: mayor (rotura compat.), menor (compatible), hotfix.

Plantilla de registro

ECN-2025-014 | Cambio filete R6→R8 por interferencias con tornillo M8 | Afecta: PROY-123-Soporte-L | Rev B→C

16. Checklist de calidad antes de liberar

CAD sin errors/suppressions y con rebuild limpio.
Material asignado y masa validada ±2%.
Clearances ≥ tolerancias acumuladas.

Planos con datums y GD&T mínimos; notas generales ISO 2768–m.
FEA con estudio de malla y comparaciones manuales.
DFM revisado con proveedor/tecnología objetivo.

17. Proyecto: soporte en L (versión PRO)

Modelo paramétrico enriquecido con opciones: nervio, aligeramientos, avellanados y slots oblongos.

A) OpenSCAD — modelo paramétrico

// — Soporte en L paramétrico (PRO) — Unidades: mm
// ===== PARÁMETROS =====
t = 5;  W = 80; H = 100; r = 8; d_h = 8; p = 40; n_h = 3; off = 18;
slot = true;  // agujeros oblongos
cs = true;    // avellanados para tornillo M8
rib = true;   // nervio interior
light = true; // aligeramientos

// ===== UTILIDADES =====
module countersink(d, head=16, ang=90, h=t){
  // cono para cabeza avellanada
  translate([0,0,t/2]) cylinder(h=h, d1=head, d2=d, $fn=64);
}
module slot_hole(len=16, d=d_h){
  hull(){ cylinder(h=t+2, d=d, $fn=48);
         translate([len,0,0]) cylinder(h=t+2, d=d, $fn=48); }
}
module L_base(){
  difference(){
    minkowski(){ union(){ cube([W,t,t]); cube([t,t,H]); } cylinder(h=0.01, r=r, $fn=64); }
    translate([-r,-r,-1]) cube([r,r,H+2]);
    translate([-r,-1,-r]) cube([W+2,t+2,r]);
  }
}
module holes(){
  for(i=[0:n_h-1]){
    translate([off+i*p, t/2, t/2])
      rotate([90,0,0]) (slot? slot_hole(10,d_h) : cylinder(h=t+2, d=d_h, $fn=48));
    translate([t/2, t/2, off+i*p])
      rotate([0,90,0]) (slot? slot_hole(10,d_h) : cylinder(h=t+2, d=d_h, $fn=48));
  }
}
module lighten(){
  if(light){
    translate([W*0.35, t/2, H*0.35]) rotate([0,0,0]) scale([1.2,1,1.2])
      cylinder(h=t+2, r=min(W,H)*0.22, $fn=6);
  }
}
module rib_inner(){ if(rib){ translate([t, t, 0]) polyhedron(points=[[0,0,0],[W-t,0,0],[0,0,H-t]], faces=[[0,1,2]]); } }

// ===== MODELO =====
difference(){
  union(){ L_base(); rib_inner(); }
  holes(); lighten();
}
if(cs){ // avellanados
  for(i=[0:n_h-1]){
    translate([off+i*p, 0, 0]) countersink(d_h, head=16);
    translate([0, 0, off+i*p]) rotate([0,90,0]) countersink(d_h, head=16);
  }
}

Pasos en Fusion/SolidWorks (PRO)

Configura parámetros globales y crea configurations para Light/HD.
Genera slots con slot feature controlado por p y off.
Patrones dependientes: enlace patrón vertical/horizontal a una tabla (excel/link).
Archivo de design table con variables y estados suprimidos.

B) Mini–FEA de validación

BC: fija caras inferiores; carga distribuida en el extremo.
Malla: refinamiento local en filetes y en la raíz del nervio.
Criterio: \(\sigma_{max} < \sigma_y/FS\) con FS=2–3; \(\delta\) < límite funcional.

18. Apéndices y plantillas

A) Título de plano (texto)

Proyecto: PROY-123  | Pieza: Soporte en L  | Nº Parte: 123-001
Material: S355JR    | Acabado: Pintura RAL 9005
Tolerancias generales: ISO 2768-m | Rugosidad: Ra 3.2 (salvo indicación)
Escala: 1:2 | Plano: DWG-123-001-RevC | Fecha: 2025-08-26

B) Notas generales (copiar/pegar)

1) Quitar rebabas y cantos vivos ⩾ 0.5 mm.
2) Todos los bordes con chaflán 0.5×45° salvo indicación.
3) Tolerancias no especificadas: ISO 2768–m.
4) Material y tratamiento según tabla.
5) Verificar masa y COG por control.
6) Inspección GD&T según plano.

C) Checklist de entrega

STEP (AP214/AP242), nativo CAD, PDF de planos, DXF de láser (si chapa), STL (si 3D).
BOM con nº parte, material, masa, proveedor.
Registro ECN de cambios desde última versión.

Errores típicos y trucos

Usar edges “móviles” para acotar → siempre desde datums.
Ignorar manufactura desde el inicio → el 80% del coste se decide en diseño.
FEA sin validación manual → exige comparaciones simples y estudio de malla.
GD&T recargado → selecciona lo esencial para función e inspección.

CAD · CAE · Diseño — Manual Profesional

Resumen ejecutivo

1. Estrategia de modelado

Antipatrones (evítalos)

2. Parametría avanzada

Convenciones

Ejemplo (tabla de parámetros)

3. Modelado de superficies

Checklist

4. Diseño top–down & contextos

5. Ensamblajes y movimiento

6. Dibujo técnico y GD&T

7. Tolerancias y apilamientos

Peor caso

RSS

8. Estándares y normalización

Biblioteca propia

9. DFM/DFA y costes

10. Materiales y sostenibilidad

11. CAE: FEA (lineal y no lineal)

12. CAE: pandeo, fatiga y optimización

13. CFD: del CAD al mallado

14. CAM e impresión 3D (intro)

15. PDM/PLM y control de cambios

16. Checklist de calidad antes de liberar

17. Proyecto: soporte en L (versión PRO)

A) OpenSCAD — modelo paramétrico

B) Mini–FEA de validación

18. Apéndices y plantillas

A) Título de plano (texto)

B) Notas generales (copiar/pegar)

C) Checklist de entrega

Errores típicos y trucos