En la industria manufacturera, la fabricación de herramientas es una etapa importante para producir piezas de alta calidad que cumplen con las especificaciones. Transformar materias primas en productos terminados requiere una combinación de tecnología, experiencia y equipos especializados de fabricación de herramientas. Pero primero, debes fabricar las herramientas necesarias. Este procedimiento de fabricación de herramientas tiene un gran impacto en la eficiencia y precisión al producir piezas.
Entonces, ¿qué es la fabricación de herramientas? En este artículo, discutiremos su importancia en la fabricación, los fundamentos del diseño de una herramienta y los diferentes tipos de herramientas.,
¿Qué es la fabricación de herramientas en la manufactura?
Fabricación de herramientas, comúnmente conocida como herramientas de máquina, es el proceso de dar forma o moldear materiales para producir piezas con tolerancias. Esto implica el uso de plantillas, moldes, patrones, fijaciones y herramientas de corte para cortar, dar forma y moldear las piezas. El equipo necesario para la fabricación de herramientas varía según la producción en particular, el tipo y el tamaño de la herramienta.
Es importante señalar que para ejecutar tareas correctamente y mantener las operaciones, es fundamental contar con las herramientas necesarias. Supón que el proceso de fabricación es ineficaz sin las herramientas adecuadas. Además, cualquier cambio realizado en la tecnología de fabricación de herramientas afecta directamente la cantidad, calidad y costo de la producción.
herramientas de producción
Importancia de la fabricación de herramientas en la manufactura
La fabricación de herramientas para la producción tiene un impacto mayor en la producción en masa de bienes, ya que puede acelerar la producción y reducir el costo operativo. Una fabricación de herramientas adecuada es necesaria para producir artículos de alta calidad rápidamente.
Precisión de las piezas
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 producidos se correlacionan directamente con la precisión de las herramientas. Ya sea para componentes moldeados por inyección o piezas complejas para fines aeroespaciales, la calidad de la herramienta afecta la calidad del producto terminado.
Eficiencia en la fabricación y rentabilidad
Los flujos de trabajo de fabricación optimizados resultan de procedimientos efectivos de fabricación de herramientas. Es posible producir grandes cantidades de piezas idénticas con poca variación gracias a la fabricación de herramientas, especialmente en métodos como el moldeo por inyección. Aunque la inversión inicial en la fabricación de herramientas puede ser alta, el costo por unidad a largo plazo suele ser mucho menor que en otros procesos de fabricación.
Piezas personalizadas
La fabricación de herramientas permite crear componentes distintivos y personalizados, lo que fomenta la innovación. Además, técnicas avanzadas de mecanizado como el mecanizado CNC, que han revolucionado la fabricación de herramientas, ahora permiten diseños sofisticados y geometrías complejas.
Adecuado para una variedad de materiales
La fabricación de herramientas es versátil y puede usarse con una amplia gama de materiales, incluyendo diversos polímeros y metales como acero y aluminio. Por lo tanto, la capacidad de seleccionar materiales adecuados para aplicaciones específicas garantiza que el producto terminado cumpla con los estándares necesarios de resistencia, durabilidad y estética.
¿Cuáles son los fundamentos del diseño de herramientas?
Hay demasiadas decisiones de diseño de herramientas que un desarrollador de productos y su proveedor de fabricación deben tomar juntos para discutir exhaustivamente. Sin embargo, todavía es factible reducir estas opciones a unas pocas categorías distintas que se aplican a todas las herramientas, independientemente de su función. Aquí están los fundamentos comunes del diseño de herramientas.
Tiempos de Ciclo
Durante una producción típica, ¿con qué frecuencia se utilizará la herramienta? Para un molde de fundición a presión, la respuesta puede ser una vez cada dos minutos. Sin embargo, el molde estará expuesto a temperaturas extremas y presión cada vez. La herramienta puede llegar a desgastarse prematuramente o incluso romperse por completo si se alcanzan los tiempos de ciclo más bajos a costa de aumentar la velocidad de procesamiento.
Equipar la herramienta con un recubrimiento de película delgada de posventa es una de las mejores formas de prolongar su vida y acelerar el procesamiento. Sin embargo, estos tienen un costo adicional, que debe sopesarse frente a los aumentos en las tasas de productividad.
Volumen de Producción y Durabilidad de la Herramienta
Para evitar el costo de producir múltiples herramientas para una sola producción, necesitas una herramienta robusta. En consecuencia, una herramienta debe estar hecha de un metal fuerte. Se define como metal fuerte aquel que tiene la capacidad de soportar estrés repetido y deformación plástica sin romperse ni cambiar su forma de manera irreversible.
Las herramientas duraderas deben ser capaces de resistir la degradación mecánica, química y térmica mientras mantienen sus tolerancias. Sin embargo, los costos y el tiempo de producción de herramientas duraderas son mayores que los de sus contrapartes temporales.
Material Utilizado para la Fabricación de Herramientas
¿Qué tipo de material para herramientas funciona mejor? La opción óptima para crear una herramienta de producción es aquel que ofrece el mayor rendimiento para su aplicación en el menor tiempo y al menor costo. Por lo tanto, todo depende de lo que requiera que la herramienta logre, incluyendo cuántas piezas debe crear, cuánto tiempo debe durar y la precisión requerida.
Por supuesto, no todos los tipos de materiales para herramientas serán adecuados para cada caso de uso. Por ejemplo, el aluminio puede ser utilizado para crear herramientas y matrices perfectamente finas para moldes de inyección de plástico. Sin embargo, no es apropiado para un fresado CNC cortador, porque el material tiene menor resistencia y dureza que el acero.
Frecuencia de Cambio de Herramientas
El tiempo necesario para cambiar o reemplazar la herramienta de una máquina de producción es un factor de eficiencia que a menudo se pasa por alto. Herramientas grandes y pesadas, como moldes de inyección, son demasiado voluminosas y pesadas para que un operador humano las maneje, por lo que se mueven con polipastos y grúas, y pueden tardar horas en reemplazarse, lo que influye en los costos de producción.
El hecho de que los trabajadores de producción cobren por minuto, incluso cuando no se están produciendo componentes en la línea de ensamblaje, hace que el tiempo de cambio de herramienta sea un factor de costo importante. Siempre que sea posible, la estimación inicial de diseño debe incluir la eficiencia en el cambio de herramientas.
Precisión y Tolerancia de las Piezas
Para usar una herramienta en la producción de una pieza terminada extremadamente precisa, necesita ser fabricada con mayor cuidado. Esto implica que dicha herramienta costará más de construir y puede necesitar ser reemplazada con mayor frecuencia, o al menos mantenida, para mantener esas tolerancias. Los instrumentos bien fabricados pueden extender su vida útil cuando se afilan, reparan o calibran.
Dos Tipos Típicos de Herramientas
Basándonos en varios factores como fabricación, material, durabilidad, cualidades y aplicabilidad, podemos dividir las herramientas en dos categorías.
Herramientas Blandas
La fabricación con herramientas blandas es una técnica económica que se utiliza a menudo para el moldeo de uretano fundido para permitir a las empresas fabricar rápidamente productos de volumen medio a bajo. El silicona es el material de herramienta blanda más utilizado en la industria del uretano fundido para lotes de producción de bajo volumen y prototipado.
La ventaja de las herramientas blandas con requisitos de material flexibles, es que permite a los productores usar materiales sin tener que preocuparse demasiado por la compatibilidad. Al mismo tiempo, este enfoque es ideal para proyectos que requieren pequeñas cantidades, pero productos prácticos con un acabado fino, como el prototipado.
Sin embargo, hay varias limitaciones con las herramientas blandas. Las herramientas hechas con materiales de herramienta blanda a veces carecen de la durabilidad y resistencia al desgaste de las hechas con herramientas duras. Por ejemplo, las herramientas de silicona generalmente necesitan ser reemplazadas después de fabricar no más de 25 componentes. Además, una vez que la herramienta está completa, es difícil ajustar las herramientas blandas.
Herramientas Duras
Un método común de fabricación de herramientas para moldeo por inyección es la herramienta dura. Las herramientas duras, construidas con metales resistentes que pueden soportar numerosos ciclos de fabricación—como aceros o aleaciones de níquel—permiten a los productores fabricar rápidamente grandes cantidades de piezas. La herramienta dura es una mejor opción que la herramienta blanda cuando los fabricantes tienen tolerancias estrictas, especificaciones de prueba y estándares funcionales que cumplir. Este tipo de herramienta es perfecta para crear piezas precisas y duraderas.
Sin embargo, la herramienta dura es mucho más costosa y lleva más tiempo que la herramienta blanda en términos de gastos iniciales y tiempos de fabricación. Por lo tanto, las herramientas duras tardan más en fabricarse porque necesitan ser tratados térmicamente, post-procesados y mecanizados adicionalmente para lograr un acabado suave.
Elige la adecuada: Herramienta blanda o herramienta dura
¿Herramienta blanda o herramienta dura, cuál deberías usar? La herramienta blanda, que utiliza silicona y otros materiales de montaje rápido, es perfecta para el prototipado y la producción en tiradas cortas.
Sin embargo, la herramienta dura garantiza una mayor vida útil del molde y una calidad constante de las piezas mediante el uso de metales resistentes como el acero. Es mejor para la producción de alto volumen.
En total, aunque inicialmente más costosa, la herramienta dura reduce significativamente el costo de una pieza en escenarios de producción a largo plazo, mientras que la herramienta blanda ofrece costos iniciales más bajos durante las etapas iniciales del diseño.
Diferentes etapas de fabricación de herramientas en Fabricación
Existen tres etapas principales para la fabricación de herramientas: herramientas prototipo, herramientas puente y herramientas de producción.
Herramientas prototipo
El primer paso en el proceso de fabricación de herramientas es la herramienta prototipo. Esto implica fabricar moldes y herramientas para crear prototipos o pequeños lotes de productos. Estas son generalmente herramientas de un solo uso que son cruciales para probar y confirmar el diseño antes de la producción en masa.
Herramientas puente
Las herramientas puente sirven como una etapa de transición entre el final del desarrollo del prototipo y el inicio de la fabricación de herramientas de producción. En comparación con las herramientas de producción, son menos robustas. No requieren una gran inversión y pueden construirse más rápidamente.
Por lo tanto, las herramientas puente son utilizadas por varios fabricantes para facilitar la escalada de volumen. Se usan con mayor frecuencia para perfeccionar el proceso de fabricación y adquirir una comprensión completa del diseño del producto.
herramientas de fabricación
Herramientas de producción
La fase de herramientas de producción es donde se fabrica y prueba el producto final. Esta fase es importante ya que establece una base sólida para la producción en masa a gran escala. Como resultado, este tipo de herramienta está diseñada para uso a largo plazo y garantiza que las herramientas puedan producir piezas con las especificaciones y estándares correctos.
Sin embargo, requiere una inversión sustancial de tiempo y recursos. No obstante, garantiza eficiencia y rentabilidad en la producción de alto volumen.
¿Qué procesos se utilizan para fabricar herramientas?
Las herramientas rápidas se fabrican utilizando dos procesos de producción: duro y blando. En un mercado competitivo, las herramientas duras requieren más tiempo para crear que las herramientas blandas, que son más rentables. Las herramientas blandas suelen ser fundición de silicona, fresadas o impresas en 3D según las necesidades.
Al igual que las herramientas blandas, las herramientas duras también pueden ser producidas mediante fresado o mecanizado. Sin embargo, a diferencia de las herramientas blandas, las herramientas duras también pueden fabricarse mediante EDM (Mecanizado por Descarga Eléctrica) o torneado de precisión.
Materiales metálicos para herramientas de producción
En la fabricación y producción, los materiales utilizados para las herramientas de producción son cruciales para garantizar la vida útil y el rendimiento. Los metales endurecidos como el acero para herramientas, aluminio y aleaciones se utilizan con frecuencia debido a su resistencia excepcional al desgaste, durabilidad y capacidad para manejar las demandas de la producción en volumen.
El acero para herramientas es un material comúnmente elegido para fabricar moldes y matrices resistentes debido a su dureza, resistencia y maquinabilidad sobresalientes. Además, materiales innovadores con cualidades especiales, como resistencia a altas temperaturas, son livianos y resistentes a la corrosión, como las herramientas compuestas, y son adecuados para aplicaciones industriales específicas.
Consideraciones y consejos al mecanizar herramientas
El tipo de herramienta mecanizada suele depender de las necesidades específicas del proyecto. A continuación, algunas consideraciones al mecanizar herramientas.
Partes de inyección de plástico a partir de herramientas
Geometría de la pieza
Al trabajar con geometrías no muy complejas, las herramientas blandas son una mejor opción debido a su rentabilidad y tiempos de entrega más rápidos. Los métodos de herramientas blandas, como la impresión 3D o el mecanizado CNC, facilitan el rediseño y permiten la creación de herramientas complejas en horas o días.
Vida útil de la herramienta
Otro factor crucial a considerar al mecanizar herramientas es la vida útil de la herramienta. Las herramientas duras son la mejor opción si buscas durabilidad. Las herramientas blandas son efectivas para aproximadamente 25-50 ciclos de moldeo por inyección y tienen una vida útil más corta. Por otro lado, las herramientas duras, hechas de metal, son más resistentes a la temperatura que los materiales de herramientas blandas, lo que prolonga su vida útil a miles de ciclos.
Selección de material
Otro factor a considerar al mecanizar herramientas es el tipo de material utilizado para el proceso. El tipo de material a mecanizar, el volumen de producción y la vida útil necesaria de la herramienta deben ser considerados al seleccionar el material adecuado para la herramienta. Algunos materiales duran más y son más duraderos, aunque más caros.
¿Qué factores afectan el costo de las herramientas?
Aunque muchos factores afectan los precios de las herramientas, todos están relacionados con el tipo de material trabajado y las especificaciones de la herramienta.
Especificaciones de la pieza
El costo de las herramientas también depende del número de operaciones que la máquina CNC necesita realizar. Los cortes o taladros simples requieren menos herramientas. Torcer, taladrar y realizar cortes intrincados necesitará más herramientas.
Además, las piezas pueden necesitar ciertos tratamientos superficiales como pulido o características que otras herramientas pueden sujetar, como juntas. Los precios de las herramientas aumentarán con cada paso adicional de especificación.
Aplicaciones
Industrias como la médica, aeroespacial y de defensa tienen especificaciones muy estrictas para piezas de alta resistencia. Se requieren herramientas con mayor dureza para realizar cortes en materiales como titanio y acero endurecido. Comprensiblemente, estas herramientas cuestan más que cortar materiales más blandos.
Calidad de las herramientas
Un tema importante que tiene un impacto directo en los costos de herramientas es la calidad de las herramientas utilizadas en la fabricación. Generalmente, se necesitan materiales superiores y técnicas de ingeniería y fabricación más exigentes para producir herramientas de alta calidad, lo que eleva sus costos iniciales. Por otro lado, puede haber ahorros y eficiencias significativas a largo plazo con esta inversión en calidad.
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