En la industria manufacturera, las herramientas son un paso importante del proceso para producir piezas de alta calidad que cumplan con las especificaciones. Convertir materias primas en productos terminados requiere una combinación de tecnología, experiencia y herramientas especializadas. Pero primero necesitas crear las herramientas necesarias. Este proceso de fabricación de herramientas tiene un gran impacto en la eficiencia y precisión de la producción de piezas.
Entonces, ¿qué es la fabricación de herramientas? En este artículo, analizamos su importancia en la fabricación, los conceptos básicos del diseño de herramientas y los diferentes tipos de herramientas.
¿Qué son las herramientas de fabricación?
La fabricación de herramientas, comúnmente llamada fabricación de máquinas herramienta, es el proceso de moldear o diseñar materiales para producir piezas con tolerancias. Implica el uso de plantillas, moldes, patrones, accesorios y herramientas de corte para cortar, dar forma y crear las piezas. El equipo necesario para la fabricación de herramientas difiere según la producción específica y el tipo y tamaño de herramienta.
Es importante resaltar que contar con las herramientas necesarias es fundamental para realizar las tareas correctamente y mantener las operaciones. Supongamos que el proceso de fabricación es ineficaz sin las herramientas adecuadas. Además, cualquier cambio realizado en la tecnología de herramientas afecta directamente la cantidad, la calidad y los costos de producción.
Importancia de las herramientas en la fabricación.
Las herramientas de fabricación tienen un mayor impacto en la producción en masa de bienes porque pueden acelerar la producción y reducir los costos operativos. Para producir rápidamente artículos de alta calidad, se necesitan herramientas adecuadas.
Precisión de la pieza
En la fabricación de herramientas, la ingeniería de precisión y la fabricación de herramientas van de la mano. La precisión y consistencia de los componentes fabricados están directamente relacionadas con la precisión de las herramientas. Ya sean componentes moldeados por inyección o piezas aeroespaciales complejas, la calidad de las herramientas impacta la calidad del producto final.
Eficiencia de fabricación y rentabilidad
Los procesos de fabricación optimizados son el resultado de procesos de herramientas eficaces. Gracias a las herramientas de producción es posible producir grandes cantidades de piezas idénticas con pequeñas variaciones, especialmente en procesos como el moldeo por inyección. Aunque la inversión inicial en herramientas de producción puede ser alta, el costo unitario a largo plazo suele ser mucho menor que el de otros procesos de producción.
Piezas personalizadas
Las herramientas permiten la producción de componentes diferenciados y personalizados, lo que promueve la innovación. Además, las técnicas de mecanizado modernas, como el mecanizado CNC, que revolucionaron la fabricación de herramientas, ahora permiten diseños sofisticados y geometrías complejas.
Adecuado para muchos materiales
Las herramientas son versátiles y se pueden utilizar con una variedad de materiales, incluidos varios polímeros y metales como el acero y el aluminio. Por lo tanto, la capacidad de seleccionar materiales apropiados para aplicaciones específicas garantiza que el producto terminado cumpla con los estándares requeridos de resistencia, durabilidad y estética.
¿Cuáles son los principios básicos del diseño de herramientas?
Hay muchas decisiones de diseño de herramientas que un diseñador de producto y su proveedor de fabricación deben tomar juntos para discutirlas en detalle. Sin embargo, es posible restringir estas opciones a unas pocas categorías que se aplican a todas las herramientas, independientemente de su función. A continuación se detallan los principios generales del diseño de herramientas.
Tiempos de ciclo
¿Con qué frecuencia se utiliza la herramienta durante una producción típica? Para un molde de fundición a presión, la respuesta podría ser una vez cada dos minutos. Sin embargo, cada vez el molde se expone a calor y presión extremos. La herramienta puede sufrir tensiones hasta el punto de sufrir un desgaste prematuro o incluso romperse por completo si se logran tiempos de ciclo más cortos a expensas de una mayor velocidad de procesamiento.
Una de las mejores formas de prolongar la vida útil de la herramienta y acelerar el procesamiento es proporcionarle una capa fina posterior. Sin embargo, esto implica costos adicionales que deben sopesarse con el aumento de la productividad.
Volumen de producción y durabilidad de las herramientas.
Para evitar el costo de producir múltiples herramientas para una sola tirada de producción, necesita una herramienta sólida. En consecuencia, una herramienta debe estar hecha de metal resistente. Un metal fuerte se define como capaz de soportar cargas repetidas y deformaciones plásticas sin agrietarse ni cambiar de forma irreversiblemente.
Las herramientas duraderas deben resistir tensiones mecánicas, químicas y térmicas manteniendo sus tolerancias. Sin embargo, el costo y el tiempo de producción de las herramientas duraderas son mayores que los de sus contrapartes temporales.
Material utilizado en herramientas.
¿Qué material de herramienta es mejor? La elección ideal para fabricar una herramienta de producción es la materia prima que proporcione el mayor rendimiento en el menor tiempo y al menor costo para su aplicación. Por lo tanto, todo depende de lo que desee lograr con la herramienta, incluida la cantidad de piezas que necesita producir, su vida útil y la precisión requerida.
Por supuesto, no todos los tipos de materias primas para herramientas son adecuados para todas las aplicaciones. Por ejemplo, con el aluminio se pueden producir herramientas y matrices perfectamente perfectas para moldes de inyección de plástico. Sin embargo, no es adecuado para una fresadora CNC porque el material tiene menor resistencia y dureza que el acero.
Cambiar la frecuencia de la herramienta
El tiempo que lleva cambiar o reemplazar herramientas en una máquina de producción es un factor de eficiencia que a menudo se pasa por alto. Las herramientas grandes y pesadas, como los moldes de inyección, son demasiado voluminosas y pesadas para un operador humano, por lo que se mueven mediante cabrestantes y grúas y su reemplazo puede tardar horas, lo que afecta los costos de producción.
El hecho de que a los trabajadores de producción se les pague por minuto, incluso cuando no se producen componentes en la línea de montaje, hace que el tiempo de cambio de herramientas sea un coste significativo. Siempre que sea posible, la estimación inicial del proyecto debe considerar la eficiencia del cambio de herramientas.
Precisión y tolerancia de la pieza.
Para utilizar una herramienta para producir una pieza terminada extremadamente precisa, se debe fabricar con mayor cuidado. Esto significa que una herramienta de este tipo es más costosa de producir y es posible que sea necesario reemplazarla o al menos mantenerla con mayor frecuencia para mantener dichas tolerancias. Los instrumentos bien fabricados pueden prolongar su vida útil si se afilan, reparan o calibran.
Normalmente dos tipos de herramientas.
Según varios factores como la fabricación, el material, la durabilidad, la calidad y la aplicabilidad, podemos dividir las herramientas en dos categorías.
herramientas blandas
Las herramientas flexibles son una técnica rentable que se utiliza comúnmente para la fundición de uretano y permite a las empresas producir rápidamente productos de volumen medio a bajo. La silicona es el material de herramientas blandas más utilizado en la industria de fundición de uretano para prototipos y producción de bajo volumen.
La ventaja de las herramientas flexibles con requisitos de materiales flexibles es que los fabricantes pueden utilizar materiales sin preocuparse demasiado por la compatibilidad. Al mismo tiempo, este enfoque es ideal para proyectos que requieren pequeñas cantidades pero aún así productos prácticos y finamente terminados, como: B. Creación de prototipos.
Sin embargo, existen varias limitaciones para las herramientas flexibles. Las herramientas fabricadas con materiales blandos a veces no son tan duraderas y resistentes al desgaste como las fabricadas con herramientas duras. Por ejemplo, las herramientas de silicona a menudo necesitan ser reemplazadas después de haber fabricado un máximo de 25 componentes. Además, es difícil personalizar las herramientas virtuales una vez completadas.
Herramientas difíciles
Un método común de fabricación de herramientas para moldeo por inyección es el uso de herramientas duras. Las herramientas duras fabricadas con metales duraderos que pueden soportar múltiples ciclos de fabricación (como el acero o las aleaciones de níquel) permiten a los fabricantes producir rápidamente grandes cantidades de piezas. Las herramientas rígidas son una mejor opción que las herramientas flexibles cuando los fabricantes necesitan cumplir tolerancias estrictas, especificaciones de prueba y estándares funcionales. Este tipo de herramienta es perfecta para producir piezas precisas y duraderas.
Sin embargo, la producción de herramientas duras es mucho más cara y requiere mucho más tiempo que la producción de herramientas blandas en términos de costes de adquisición y plazos de fabricación. Por lo tanto, las herramientas duras tardan más en producirse, ya que es necesario tratarlas térmicamente, refinarlas y luego mecanizarlas para obtener una superficie lisa.
Elija la correcta: herramientas blandas o herramientas duras
Herramientas ligeras o herramientas duras, ¿cuál debería utilizar? Las herramientas blandas, que utilizan silicona y otros materiales de montaje rápido, son perfectas para la creación de prototipos y la producción de lotes pequeños.
Sin embargo, cuando se utilizan metales robustos como el acero, las herramientas duras garantizan una vida útil más larga del molde y una calidad constante de las piezas. Son los más adecuados para la producción de gran volumen.
En general, aunque las herramientas rígidas son inicialmente más caras, reducen significativamente el costo de una pieza en escenarios de producción a largo plazo, mientras que las herramientas flexibles tienen costos iniciales más bajos en las primeras etapas de diseño.
Diferentes fases de la fabricación de herramientas.
La fabricación de herramientas incluye tres fases principales: herramientas prototipo, herramientas puente y herramientas de producción.
Herramientas de prototipo
El primer paso en el proceso de fabricación de herramientas es la creación de prototipos. Se fabrican moldes y herramientas para producir prototipos o pequeñas series de productos. Suelen ser herramientas desechables y esenciales para probar y confirmar el diseño antes de la producción en masa.
Herramientas de puente
Las herramientas puente sirven como fase de transición entre el final del desarrollo del prototipo y el comienzo de las herramientas de producción. En comparación con las herramientas de producción, son menos robustas. No requieren grandes inversiones y se pueden construir más rápidamente.
Por lo tanto, varios fabricantes utilizan herramientas de puente para facilitar el aumento de volumen. Por lo general, se utiliza para refinar el proceso de fabricación y obtener una comprensión integral del diseño del producto.
Herramientas de producción
En la fase de herramientas de producción, se fabrica y prueba el producto final. Este paso es importante porque proporciona una buena base para la producción en masa a gran escala. Por lo tanto, este tipo de herramienta está diseñada para un uso a largo plazo y garantiza que la herramienta pueda producir piezas según las especificaciones y estándares correctos.
Sin embargo, requiere una importante inversión de tiempo y recursos, pero aún así garantiza eficiencia y rentabilidad a la hora de producir grandes cantidades.
¿Qué procesos se utilizan para fabricar herramientas?
Las herramientas rápidas se fabrican mediante dos procesos de producción: duro y blando. En un mercado competitivo, las herramientas pesadas requieren más tiempo para producirse que las herramientas livianas y más baratas. Dependiendo de sus necesidades, las herramientas blandas suelen fabricarse mediante el proceso de fundición de silicona, fresarse o imprimirse en 3D.
Al igual que las herramientas blandas, las herramientas duras también se pueden fabricar mediante fresado o mecanizado. Sin embargo, a diferencia de las herramientas blandas, las herramientas duras también pueden producirse mediante EDM (mecanizado por descarga eléctrica) o torneado de precisión.
Materiales metálicos para herramientas de producción.
Durante la fabricación y la producción, los materiales utilizados en las herramientas de producción son esenciales para garantizar la durabilidad y el rendimiento. Los metales endurecidos como el acero para herramientas, el aluminio y las aleaciones se utilizan comúnmente porque son excepcionalmente resistentes al desgaste, duraderos y capaces de satisfacer las demandas de la producción en masa.
El acero para herramientas es un material comúnmente utilizado para la producción de moldes y matrices robustos debido a su excelente dureza, tenacidad y maquinabilidad. Además, los materiales innovadores con propiedades especiales como resistencia a altas temperaturas, bajo peso y resistencia a la corrosión (como las herramientas compuestas) son adecuados para determinadas aplicaciones industriales.
Consideraciones y consejos sobre herramientas de mecanizado
El tipo de herramientas mecanizadas depende muchas veces de las necesidades específicas del proyecto. A continuación se presentan algunas consideraciones al mecanizar herramientas.
Geometría de la pieza
Cuando se trabaja con geometrías que no son muy complejas, las herramientas flexibles son la mejor opción debido a su rentabilidad y tiempos de entrega más rápidos. Los métodos de herramientas flexibles, como la impresión 3D o el mecanizado CNC, simplifican el rediseño y permiten la creación de herramientas complejas en horas o días.
Herramienta de vida
Otro factor crucial a considerar al mecanizar herramientas es la vida útil de la herramienta. Las herramientas duras son la mejor opción si valoras la durabilidad. Las herramientas blandas son adecuadas para aproximadamente de 25 a 50 disparos de moldeo por inyección y tienen una vida útil más corta. Por otro lado, las herramientas de carburo son más resistentes a la temperatura que los materiales blandos y tienen una vida útil más larga, de miles de disparos.
Selección de materiales
Otro factor a considerar al mecanizar herramientas es el tipo de material utilizado en el proceso. Al seleccionar el material correcto para la herramienta se deben considerar el tipo de material a mecanizar, el volumen de producción y la vida útil requerida de la herramienta. Algunos materiales duran más y son más duraderos, pero también más caros.
¿Qué factores influyen en los costos de las herramientas?
Aunque los precios de las herramientas están influenciados por varios factores, todos dependen del tipo de material que se mecaniza y de las especificaciones de la herramienta.
Especificación de la pieza
El coste de la herramienta también depende del número de operaciones que deba realizar la máquina CNC. Los cortes o perforaciones simples requieren menos herramientas. Se necesitan más herramientas para tornear, taladrar y cortar complicados.
Además, las piezas pueden requerir ciertos tratamientos superficiales, como pulido, o propiedades que otras herramientas pueden capturar, como: B. Sellos. Los precios de las herramientas aumentan con cada paso de especificación adicional.
Formularios
Industrias como la médica, la aeroespacial y la defensa tienen requisitos muy estrictos para las piezas de alta resistencia. Se requieren herramientas de mayor dureza para cortar materiales como el titanio y el acero endurecido. Es comprensible que estas herramientas cuesten más que cortar materiales más blandos.
Calidad de la herramienta
Un aspecto importante que afecta directamente los costos de las herramientas es la calidad de las herramientas utilizadas en la fabricación. La producción de herramientas de alta calidad normalmente requiere materiales de mayor calidad y técnicas de diseño y fabricación más sofisticadas, lo que aumenta los costos de adquisición. Por otro lado, estas inversiones de calidad pueden proporcionar ahorros y eficiencias importantes a largo plazo.
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Concluyendo
En la fabricación de herramientas, las materias primas se convierten en piezas acabadas utilizando máquinas y herramientas especiales. Para producir un producto de forma rápida y eficiente, la calidad de estas herramientas durante la fabricación es importante.
Preguntas frecuentes
¿Cuáles son las funciones básicas de una herramienta?
Las funciones básicas de una herramienta en la fabricación incluyen:
- la mitad del núcleo
- la mitad de la cavidad
- Sala
- Sistema eyector
- Líneas de enfriamiento
- Acciones paralelas
¿Qué es el herramental rápido?
El uso rápido de herramientas permite a los fabricantes obtener piezas de forma rápida y rentable antes de que comience la producción en masa. Este proceso requiere considerar los materiales del molde, los insertos de carga manual y una base de molde incluida.
¿Cuánto cuestan las herramientas de artesanía?
El costo de las herramientas varía según el tipo de producto que se crea. Los costos de herramientas de una empresa pueden representar entre el 3% y el 6% de los costos totales. Las herramientas generalmente se consideran consumibles porque todas las herramientas deberán reemplazarse en algún momento.
