Na indústria de manufatura, a fabricação de ferramentas é uma etapa importante do processo na produção de peças de alta qualidade e dentro das especificações. A conversão de matérias-primas em produtos acabados requer uma combinação de tecnologia, experiência e ferramentas especializadas. Mas primeiro você precisa criar as ferramentas necessárias. Este processo de fabricação de ferramentas tem um grande impacto na eficiência e precisão da produção de peças.
Então, o que é fabricação de ferramentas? Neste artigo, discutimos sua importância na fabricação, os fundamentos do projeto de ferramentas e os diferentes tipos de ferramentas.
O que são ferramentas de fabricação?
A fabricação de ferramentas, comumente chamada de fabricação de máquinas-ferramenta, é o processo de moldagem ou projeto de materiais para produzir peças com tolerância. Envolve o uso de gabaritos, moldes, padrões, acessórios e ferramentas de corte para cortar, modelar e criar as peças. O equipamento necessário para a fabricação de ferramentas difere dependendo da produção específica, do tipo e do tamanho da ferramenta.
É importante ressaltar que ter as ferramentas necessárias é fundamental para executar as tarefas corretamente e manter as operações. Suponha que o processo de fabricação seja ineficaz sem as ferramentas certas. Além disso, quaisquer alterações feitas na tecnologia das ferramentas afetam diretamente a quantidade, a qualidade e os custos da produção.
Importância das ferramentas na fabricação
As ferramentas de fabricação têm um impacto maior na produção em massa de bens porque podem acelerar a produção e reduzir os custos operacionais. Para produzir rapidamente itens de alta qualidade, são necessárias ferramentas adequadas.
Precisão da peça
Na fabricação de ferramentas, a engenharia de precisão e a fabricação de ferramentas andam de mãos dadas. A exatidão e consistência dos componentes fabricados estão diretamente relacionadas à precisão das ferramentas. Quer se trate de componentes moldados por injeção ou peças aeroespaciais complexas, a qualidade das ferramentas impacta a qualidade do produto final.
Eficiência de fabricação e eficiência de custos
Processos de fabricação otimizados são o resultado de processos de ferramentas eficazes. Graças às ferramentas de produção é possível produzir grandes quantidades de peças idênticas com pequenas variações, principalmente em processos como a moldagem por injeção. Embora o investimento inicial em ferramentas de produção possa ser elevado, o custo por unidade a longo prazo é muitas vezes muito inferior ao de outros processos de produção.
Peças personalizadas
As ferramentas permitem a produção de componentes diferenciados e customizados, o que promove a inovação. Além disso, técnicas modernas de usinagem, como a usinagem CNC, que revolucionaram a fabricação de ferramentas, agora permitem projetos sofisticados e geometrias complexas.
Adequado para muitos materiais
As ferramentas são versáteis e podem ser usadas com uma variedade de materiais, incluindo vários polímeros e metais, como aço e alumínio. Portanto, a capacidade de selecionar materiais apropriados para aplicações específicas garante que o produto acabado atenda aos padrões exigidos de resistência, durabilidade e estética.
Quais são os princípios básicos do design de ferramentas?
Há muitas decisões de design de ferramentas que um designer de produto e seu fornecedor de fabricação devem tomar juntos para discutir em detalhes. No entanto, é possível restringir estas opções a algumas categorias que se aplicam a todas as ferramentas, independentemente da sua função. Aqui estão os princípios gerais do design de ferramentas.
Tempos de ciclo
Com que frequência a ferramenta é usada durante uma produção típica? Para um molde de fundição sob pressão, a resposta pode ser uma vez a cada dois minutos. No entanto, cada vez que o molde é exposto a calor e pressão extremos. A ferramenta pode ser tensionada a ponto de se desgastar prematuramente ou até quebrar completamente se os tempos de ciclo mais curtos forem alcançados às custas do aumento da velocidade de processamento.
Uma das melhores maneiras de prolongar a vida útil da ferramenta e acelerar o processamento é fornecer-lhe um revestimento de filme fino subsequente. No entanto, isso acarreta custos adicionais que devem ser ponderados em relação ao aumento da produtividade.
Volume de produção e durabilidade da ferramenta
Para evitar o custo de produção de múltiplas ferramentas para uma única execução de produção, você precisa de uma ferramenta robusta. Conseqüentemente, uma ferramenta deve ser feita de metal forte. Um metal forte é definido como sendo capaz de suportar cargas repetidas e deformações plásticas sem rachar ou alterar irreversivelmente a forma.
Ferramentas duradouras devem suportar tensões mecânicas, químicas e térmicas, mantendo suas tolerâncias. No entanto, o custo e o tempo de produção de ferramentas duráveis são superiores aos das suas contrapartes temporárias.
Material usado nas ferramentas
Qual material de ferramenta é melhor? A escolha ideal para a fabricação de uma ferramenta de produção é a matéria-prima que proporciona o maior desempenho no menor tempo e com o menor custo para sua aplicação. Portanto, tudo depende do que você deseja alcançar com a ferramenta, incluindo a quantidade de peças que ela precisa produzir, sua vida útil e a precisão necessária.
É claro que nem todo tipo de matéria-prima de ferramenta é adequado para todas as aplicações. Por exemplo, o alumínio pode ser usado para produzir ferramentas e matrizes perfeitamente perfeitas para moldes de injeção de plástico. No entanto, não é adequado para uma fresadora CNC porque o material tem menor resistência e dureza que o aço.
Alterando a frequência da ferramenta
O tempo que leva para trocar ou substituir ferramentas em uma máquina de produção é um fator de eficiência que muitas vezes é esquecido. Ferramentas grandes e pesadas, como moldes de injeção, são muito volumosas e pesadas para um operador humano, por isso são movidas por meio de guinchos e guindastes e podem levar horas para serem substituídas, impactando os custos de produção.
O fato de os trabalhadores da produção serem pagos a cada minuto, mesmo quando nenhum componente está sendo produzido na linha de montagem, torna o tempo de troca de ferramentas um custo significativo. Sempre que possível, a estimativa inicial do projeto deve considerar a eficiência da troca de ferramentas.
Precisão e tolerância da peça
Para utilizar uma ferramenta para produzir uma peça acabada extremamente precisa, ela deve ser fabricada com maior cuidado. Isto significa que tal ferramenta é mais cara de produzir e pode precisar ser substituída ou pelo menos mantida com mais frequência para manter tais tolerâncias. Instrumentos bem feitos podem prolongar a sua vida útil se forem afiados, reparados ou calibrados.
Normalmente dois tipos de ferramentas
Com base em diversos fatores como fabricação, material, durabilidade, qualidade e aplicabilidade, podemos dividir as ferramentas em duas categorias.
Ferramentas suaves
Ferramentas flexíveis são uma técnica econômica comumente usada para fundição de uretano para permitir que as empresas produzam rapidamente produtos de médio a baixo volume. O silicone é o material macio para ferramentas mais comumente usado na indústria de fundição de uretano para produção de baixo volume e protótipos.
A vantagem das ferramentas flexíveis com requisitos de materiais flexíveis é que os fabricantes podem usar materiais sem se preocupar muito com a compatibilidade. Ao mesmo tempo, essa abordagem é ideal para projetos que exigem pequenas quantidades, mas ainda assim produtos práticos e com acabamento fino, como: B. Prototipagem.
No entanto, existem várias limitações para ferramentas flexíveis. Ferramentas feitas de materiais macios às vezes não são tão duráveis e resistentes ao desgaste quanto aquelas feitas de ferramentas duras. Por exemplo, as ferramentas de silicone geralmente precisam ser substituídas após a produção de no máximo 25 componentes. Além disso, é difícil personalizar ferramentas virtuais após a conclusão da ferramenta.
Ferramentas difíceis
Um método comum de fabricação de ferramentas para moldagem por injeção é a fabricação de ferramentas duras. Ferramentas duras feitas de metais duráveis que podem suportar vários ciclos de fabricação – como aço ou ligas de níquel – permitem que os fabricantes produzam rapidamente grandes quantidades de peças. Ferramentas rígidas são uma escolha melhor do que ferramentas flexíveis quando os fabricantes precisam atender a tolerâncias rígidas, especificações de teste e padrões funcionais. Este tipo de ferramenta é perfeito para produzir peças precisas e duradouras.
No entanto, a produção de ferramentas duras é muito mais cara e demorada do que a produção de ferramentas leves em termos de custos de aquisição e prazos de fabricação. Portanto, as ferramentas duras demoram mais para serem produzidas, pois precisam ser tratadas termicamente, refinadas e posteriormente usinadas para obter uma superfície lisa.
Escolha o caminho certo: ferramentas suaves ou ferramentas duras
Ferramentas leves ou ferramentas duras, quais você deve usar? As ferramentas macias, que utilizam silicone e outros materiais de montagem rápida, são perfeitas para prototipagem e produção de pequenos lotes.
No entanto, ao usar metais robustos como o aço, as ferramentas duras garantem maior vida útil do molde e qualidade consistente da peça. Eles são mais adequados para produção em grande volume.
No geral, embora as ferramentas rígidas sejam inicialmente mais caras, elas reduzem significativamente o custo de uma peça em cenários de produção de longo prazo, enquanto as ferramentas flexíveis têm custos iniciais mais baixos nos estágios iniciais do projeto.
Diferentes fases da fabricação de ferramentas
A fabricação de ferramentas inclui três fases principais: ferramentas de protótipo, ferramentas de ponte e ferramentas de produção.
Ferramentas de protótipo
A primeira etapa no processo de fabricação de ferramentas é a prototipagem. Moldes e ferramentas são fabricados para produzir protótipos ou pequenas séries de produtos. Geralmente são ferramentas descartáveis e essenciais para testar e confirmar o projeto antes da produção em massa.
Ferramentas de ponte
As ferramentas Bridge servem como uma fase de transição entre o final do desenvolvimento do protótipo e o início das ferramentas de produção. Comparadas às ferramentas de produção, elas são menos robustas. Não requerem grandes investimentos e podem ser construídos mais rapidamente.
Portanto, o ferramental de ponte é utilizado por diversos fabricantes para facilitar o aumento de volume. Mais comumente, é usado para refinar o processo de fabricação e obter uma compreensão abrangente do design do produto.
Ferramentas de produção
Na fase da ferramenta de produção, o produto final é fabricado e testado. Esta etapa é importante porque fornece uma boa base para a produção em massa em grande escala. Portanto, este tipo de ferramenta é projetada para uso a longo prazo e garante que a ferramenta possa produzir peças de acordo com as especificações e padrões corretos.
Porém, requer um investimento significativo de tempo e recursos, mas ainda garante eficiência e custo-benefício na produção de grandes quantidades.
Quais processos são usados para fazer ferramentas?
As ferramentas rápidas são fabricadas utilizando dois processos de produção: duro e macio. Num mercado competitivo, as ferramentas pesadas requerem mais tempo para serem produzidas do que as ferramentas leves, mais baratas. Dependendo de suas necessidades, as ferramentas macias geralmente são fabricadas pelo processo de fundição de silicone, fresadas ou impressas em 3D.
Assim como as ferramentas leves, as ferramentas duras também podem ser produzidas por fresamento ou usinagem. No entanto, ao contrário das ferramentas leves, as ferramentas duras também podem ser produzidas por EDM (usinagem por descarga elétrica) ou torneamento de precisão.
Materiais metálicos para ferramentas de produção
Durante a fabricação e produção, os materiais utilizados nas ferramentas de produção são essenciais para garantir durabilidade e desempenho. Metais endurecidos, como aço para ferramentas, alumínio e ligas, são comumente usados porque são excepcionalmente resistentes ao desgaste, duráveis e capazes de atender às demandas da produção em massa.
O aço ferramenta é um material comumente usado para a produção de moldes e matrizes robustos devido à sua excelente dureza, tenacidade e usinabilidade. Além disso, materiais inovadores com propriedades especiais, como resistência a altas temperaturas, baixo peso e resistência à corrosão (como ferramentas compostas) são adequados para determinadas aplicações industriais.
Considerações e dicas para ferramentas de usinagem
O tipo de ferramentas usinadas depende muitas vezes das necessidades específicas do projeto. Abaixo estão algumas considerações ao usinar ferramentas.
Geometria da peça
Ao trabalhar com geometrias que não são muito complexas, as ferramentas flexíveis são a melhor escolha devido à sua eficiência de custos e tempos de entrega mais rápidos. Métodos de ferramentas flexíveis, como impressão 3D ou usinagem CNC, simplificam o redesenho e permitem a criação de ferramentas complexas em horas ou dias.
Vida útil da ferramenta
Outro fator crucial a considerar ao usinar ferramentas é a vida útil da ferramenta. Ferramentas duras são a melhor escolha se você valoriza a durabilidade. Ferramentas macias são adequadas para aproximadamente 25 a 50 disparos de moldagem por injeção e têm uma vida útil mais curta. Por outro lado, as ferramentas de metal duro são mais resistentes à temperatura do que os materiais macios e têm uma vida útil mais longa, de milhares de disparos.
Seleção de materiais
Outro fator a considerar na usinagem de ferramentas é o tipo de material utilizado no processo. O tipo de material a ser usinado, o volume de produção e a vida útil necessária da ferramenta devem ser considerados ao selecionar o material correto para a ferramenta. Alguns materiais duram mais e são mais duráveis, mas também mais caros.
Que fatores influenciam os custos das ferramentas?
Embora os preços das ferramentas sejam influenciados por vários fatores, todos eles dependem do tipo de material que está sendo usinado e das especificações da ferramenta.
Especificação da peça
O custo da ferramenta também depende do número de operações que a máquina CNC precisa realizar. Cortes simples ou perfurações requerem menos ferramentas. Mais ferramentas são necessárias para torneamento, furação e cortes complicados.
Além disso, as peças podem exigir certos tratamentos de superfície, como polimento, ou propriedades que outras ferramentas podem capturar, como: B. Selos. Os preços das ferramentas aumentam com cada etapa adicional de especificação.
Formulários
Indústrias como medicina, aeroespacial e defesa têm requisitos muito rigorosos para peças de alta resistência. Ferramentas de maior dureza são necessárias para cortar materiais como titânio e aço endurecido. Compreensivelmente, estas ferramentas custam mais do que cortar materiais mais macios.
Qualidade das ferramentas
Um aspecto importante que afeta diretamente os custos das ferramentas é a qualidade das ferramentas utilizadas na fabricação. A produção de ferramentas de alta qualidade normalmente requer materiais de maior qualidade e técnicas de design e fabricação mais sofisticadas, o que aumenta os custos de aquisição. Por outro lado, estes investimentos de qualidade podem proporcionar poupanças e eficiências significativas a longo prazo.
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Concluindo
Na fabricação de ferramentas, as matérias-primas são convertidas em peças acabadas por meio de máquinas e ferramentas especiais. Para produzir um produto de forma rápida e eficiente, a qualidade dessas ferramentas durante a fabricação é importante.
Perguntas frequentes
Quais são as funções básicas de uma ferramenta?
As funções básicas de uma ferramenta na fabricação incluem:
- metade do núcleo
- metade da cavidade
- corredor
- Sistema ejetor
- Linhas de resfriamento
- Ações paralelas
O que é ferramental rápido?
Ferramentas rápidas permitem que os fabricantes obtenham peças de forma rápida e econômica antes do início da produção em massa. Este processo requer consideração de materiais de molde, insertos de carregamento manual e uma base de molde incluída.
Quanto custam as ferramentas de fabricação?
O custo das ferramentas varia dependendo do tipo de produto que está sendo criado. Os custos com ferramentas de uma empresa podem estar entre 3% e 6% dos custos totais. As ferramentas são geralmente consideradas consumíveis porque todas as ferramentas precisarão ser substituídas em algum momento.
