¿Qué son las herramientas de producción? Detalles explicados

"Las herramientas de producción son la estrategia de crear herramientas precisas y duraderas para la fabricación, principalmente el moldeo por inyección".  

La fabricación de cualquier componente del producto requiere diferentes plantillas, accesorios, moldes u otras herramientas de procesamiento. Aquí, el término pherramientas de producción ”se refiere a la disposición de todas las herramientas necesarias para el moldeo por inyección de piezas de plástico. Es uno de los tipos más precisos de herramientas en la fabricación. 

Las herramientas optimizadas son importantes para la eficiencia general del ciclo de producción y la calidad de los productos finales. Hacen que el proceso sea estable y preciso y garantizan las especificaciones de funcionalidad deseadas. 

Este artículo describirá los diversos aspectos del proceso de herramientas de producción, incluidas las ventajas, las alternativas y la comparación con soluciones de herramientas rápidas. 

¿Qué son las herramientas de producción?

El utillaje de producción se ocupa principalmente de los requisitos de utillaje de moldeo por inyección El proceso de moldeo permite fabricar piezas o productos de plástico a gran escala de forma más económica que otros métodos. Sin embargo, requiere un molde de inyección y otras herramientas para el moldeo.

Ejemplos:

• Moldes de inyección
• Jigs
• Instalaciones
• Herramientas de montaje
• Comprobación de medidores

Este método de utillaje es el más preciso, ya que implica una serie de pruebas antes de finalizar cualquier herramienta. Sin embargo, también es costoso. No obstante, la capacidad de producción en masa reduce significativamente el costo de utillaje por pieza a medida que aumenta el volumen de producción.

El objetivo principal de la Estrategia de Herramientas de Producción es facilitar la fabricación eficiente de piezas de plástico diseñadas. Implica diseñar, fabricar, probar y finalizar herramientas de moldeo por inyección.

El proceso de producción de herramientas 

El proceso de producción de herramientas implica diferentes etapas, ya que requiere un diseño detallado y la creación de prototipos antes de la producción a gran escala. Comienza con el diseño CAD del molde y otro elemento de utillaje. Entonces, métodos de fabricación adecuados como Mecanizado CNC y el mecanizado por electroerosión ejecutan el diseño.

1. Creación de Diseño Según Requerimiento

Este paso es la base para las herramientas y el proceso de fabricación completo. Implica diseñar el producto o componente final, la maquinaria y las herramientas necesarias. Los ingenieros y diseñadores utilizan software de diseño por computadora para crear modelos CAD. 

Además, diferentes factores influyen en el proceso de diseño. Algunos factores son la geometría del producto previsto, las propiedades requeridas para la funcionalidad, el volumen de producción, etc.

2. Selección de materiales para moldes y otras herramientas

El material del molde se selecciona después de la creación del diseño. Aquí, las consideraciones típicas para la selección son la durabilidad requerida, el tipo de material (a moldear), el costo, las propiedades físicas y mecánicas, la conductividad térmica, etc.

En consecuencia, existen tres opciones de materiales populares para moldes de inyección: aluminio, acero y cobre berilio.  Cada uno de estos materiales para moldes destaca en diferentes escenarios de producción y ofrece propiedades únicas. Por ejemplo, la alta tasa de transferencia de calor del aluminio permite la producción de volúmenes significativamente grandes, como puede hacerlo un molde de acero. Al mismo tiempo, los moldes de acero son mucho más duraderos que los de aluminio.

Los materiales comunes para la fabricación de moldes son;

• Aluminio:
• Acero
• Cobre de berilio
• Acero P20
• Acero H13
• Acero reforzado

Además, los moldes suelen endurecerse después del mecanizado para mejorar la dureza de su superficie mediante procesos como el cementado. Mejora las diferentes propiedades originales de la aleación de acero como la dureza, la resistencia al desgaste, la solidez e incluso la calidad superficial en algunos casos. 

La siguiente tabla compara las diferentes propiedades esenciales del material de herramientas de producción en tres categorías: alta, moderada y baja:

Tabla: Materiales de moldes de inyección 

3. Fabricación de herramientas

Este es el paso donde realmente se crean las herramientas. Implica diferentes técnicas de fabricación para ejecutar el diseño como CNC, EDM, Rectificado y Corte de alambre.

Electroerosión por hilo

Cada técnica de mecanizado tenía un papel diferente en la Fabricación de Herramientas de Producción. Por ejemplo, el mecanizado CNC se utiliza para fresar moldes o matrices complejos con alta precisión. En consecuencia, la electroerosión es particularmente útil para agregar detalles finos a metales duros que son difíciles de mecanizar con métodos tradicionales.

Además, las superficies de las cavidades del molde, matrices y accesorios deben ser lisas. Por lo tanto, se utilizan el pulido de metales personalizado y otras técnicas de acabado de superficies para alcanzar el nivel de acabado de superficie deseado. 

4. Herramientas de prueba y prototipo

Una vez que el molde y otras herramientas estén listas, es importante probar su rendimiento y eficiencia integrándolas en equipos compatibles. Esta etapa también se conoce como Etapa de utillaje rápido. Se producen algunas muestras de los productos finales y se analizan diferentes áreas (como el desgaste desigual y el comportamiento inesperado del material) para mejorarlas antes de la fabricación final.

Además, los moldes se prueban en diferentes circunstancias para optimizar su rendimiento y eficiencia.

¿Cuál es el costo de herramientas en la fabricación?

El costos de herramientas se refieren a los gastos totales asociados con el diseño, creación y mantenimiento de las herramientas para cualquier tarea de fabricación. 

Incluye principalmente;

• Costo de diseño
• Costo material
• Costo de mecanizado
• Costo de acabado
• Costo de montaje
• Costo de Envío
• Variables como complejidad, requisitos de precisión, plazos de entrega y otros costos ocultos 

Sin embargo, distribuir estos costos entre un gran volumen de productos puede reducir el costo unitario de producción. Además, el nivel de precisión (tolerancias) también afecta los costes. Las herramientas de alta precisión para industrias como la aeroespacial y la de dispositivos médicos a menudo requieren tolerancias estrictas. Como resultado, aumenta el costo de las herramientas.  

Puntos clave para los costos de herramientas de producción

• Altos costos iniciales de diseño, materiales y fabricación de herramientas. Los grandes volúmenes pueden justificar los altos costos iniciales al reducir el gasto por unidad.
• Los diseños más complejos aumentan los costos debido a los requisitos de precisión y mecanizado avanzado.
• La necesidad de reemplazar herramientas debido al desgaste afecta los costos de herramientas a largo plazo. 
• Los costos pueden aumentar con la integración de tecnología avanzada como sensores y sistemas de control. 

¿Cuáles son las ventajas de las herramientas de producción en la fabricación? 

• Durabilidad de las herramientas 

El uso de materiales de alta calidad y un enfoque de fabricación orientado al detalle crean herramientas altamente duraderas para los procesos de fabricación, ya sea un molde de inyección o una matriz de estampado. En consecuencia, las herramientas de producción pueden soportar hasta millones de ciclos de producción con un mantenimiento adecuado.

• Calidad consistente

Estas herramientas de precisión garantizan que cada componente producido cumpla con estrictas especificaciones físicas y dimensionales. Por lo tanto, produce artículos uniformes a través de los lotes. Esta coherencia es crucial en aplicaciones donde la más mínima variación puede provocar problemas funcionales importantes. Por ejemplo, componentes automotrices y aeroespaciales.

• Eficiencia de producción

Las herramientas de producción maximizan la eficiencia de fabricación. La razón es que las herramientas se pueden personalizar con características como moldes de múltiples cavidades o matrices complejas que realizan múltiples operaciones simultáneamente. Como resultado, reduce los tiempos de ciclo y la eficiencia general.

• Menor costo de herramientas por unidad

Aunque la inversión inicial en herramientas de producción es mayor que la de otros métodos de herramientas, los costos unitarios de herramientas son significativamente bajos debido a una mayor capacidad de producción. 

• Integración Tecnológica

Las herramientas de producción modernas pueden integrar tecnologías avanzadas, como automatización, sensores y sistemas de control. Estas integraciones permiten monitoreo y ajustes en tiempo real durante el proceso de producción.

Alternativas a las herramientas de producción 

Como se discutio, herramientas de producción Es el método estándar para la fabricación de herramientas duraderas utilizadas en el moldeo por inyección y otros procesos de producción. Según el cronograma del proyecto y el volumen de producción, los fabricantes también pueden optar por otras opciones de utillaje, como el utillaje rápido o el utillaje puente.

Herramientas rápidas

Para prototipos y producción de bajo volumen, herramientas de producción A menudo resulta más caro de lo necesario. En estos casos, el utillaje rápido o el prototipado ofrecen una solución más práctica al reducir el coste y el tiempo de producción de las herramientas para procesos como el moldeo por inyección, el estampado y el punzonado.

En ocasiones, los fabricantes o diseñadores de productos necesitan optimizar un producto existente o desarrollar nuevos componentes. En esos casos, no desean invertir grandes sumas en herramientas. Por lo tanto, el utillaje rápido ofrece la mejor opción a bajo costo. Si nos centramos específicamente en el utillaje para moldeo por inyección, el aluminio es el metal más común para el molde y el acero para las demás herramientas. 

Puntos claves: 

• Las herramientas prototipo son mucho más rápidas que las herramientas convencionales. Reduce el tiempo desde el diseño hasta el prototipo y la producción.
• Su bajo costo de herramientas beneficia las producciones de bajo volumen o lotes de prototipos.
• Las pruebas exhaustivas reducen el riesgo de posibles defectos o problemas antes de comprometerse con la producción en serie.
• Es más fácil realizar cambios y modificaciones con el rápido proceso de herramientas.

Herramientas de puente

Esta estrategia o solución de utillaje se encuentra en el medio si comparamos su coste y tiempo de producción con el utillaje rápido y de producción. Como sugiere el nombre, une la fase de creación de prototipos y las ejecuciones a gran escala. Por lo tanto, se utiliza en situaciones en las que los fabricantes sienten la posibilidad de realizar cambios en el diseño.

Tomemos un ejemplo de herramientas de puente para un proyecto de moldeo por inyección. Los fabricantes quieren producir volúmenes considerables de moldes una vez validados los prototipos, pero no en grandes volúmenes. La razón es que no están seguros de cómo reaccionará el mercado y es posible que el producto necesite algún ajuste después de un tiempo.

Puntos claves:

• Acelera la transición desde el desarrollo de productos hasta la entrada al mercado.
• Las herramientas de puente son menos costosas que las herramientas permanentes o de producción. Como resultado, es rentable para volúmenes de producción moderados.
• Los fabricantes pueden ajustar el diseño del producto basándose en los primeros comentarios de los clientes y en los datos de uso del mundo real.
• Reduce los riesgos financieros y operativos al facilitar las pruebas tempranas de mercado a un costo razonable.

Herramientas rápidas vs. Herramientas de producción 

Estos dos procesos de herramientas son estrategias distintas de fabricación de herramientas para distintos requisitos y escenarios de producción. El mecanizado rápido es un proceso de mecanizado rápido que tiene un coste menor. Por otro lado, las herramientas de producción son las más refinadas y duraderas.

Las siguientes tablas muestran las diferencias clave entre herramientas rápidas y herramientas de producción en manufactura;

Tabla: Herramientas rápidas versus de producción 

¿Necesita soluciones de herramientas de producción de China?

China es un destino popular para diversas soluciones de fabricación, incluidas las herramientas de producción. La sólida cadena de suministro de materiales y las instalaciones de fabricación avanzadas de los fabricantes chinos pueden proporcionar soluciones precisas a costos asequibles.

Boda es una empresa de fabricación con sede en China que proporciona servicio de utillaje de producción Además, ofrecemos una amplia gama de soluciones de fabricación bajo demanda. Nuestras instalaciones propias están equipadas con máquinas CNC, electroerosión, rectificado y más de 10 procesos de fabricación adicionales, lo que nos permite producir herramientas para diversos requisitos de producción.

Además, podemos probar sus moldes y otras herramientas con nuestro equipo avanzado. Ayudará a optimizar su eficacia según sus necesidades. Entonces, envíenos su diseño y especificaciones para una cotización precisa. 

Recapitulación 

En general, la producción o las herramientas a gran escala son la mejor opción para la fabricación a gran escala. Las herramientas y soportes duraderos construidos con una estrategia de herramientas de producción garantizan una precisión estricta y una larga vida útil. Aunque es más costosa que otras herramientas, la capacidad de producción de alto volumen la hace rentable a largo plazo. 

Existen otros enfoques además del Herramientas de producción: herramientas de puente y herramientas rápidas. Principalmente, las herramientas rápidas sobresalen para lotes pequeños y proyectos de creación de prototipos. 

Preguntas Frecuentes

¿Por qué son importantes las herramientas?

Las herramientas definen la calidad, consistencia y eficiencia de los procesos de fabricación. Garantiza que las piezas previstas cumplan con estándares específicos.

¿Cuáles son los diferentes tipos de soluciones de herramientas?

Los tipos comunes de soluciones de herramientas son herramientas rápidas, herramientas puente y herramientas de producción.

¿Cómo equilibrar la calidad y el coste de las herramientas de producción?

Puede elegir materiales adecuados y niveles de precisión para las herramientas según el volumen de producción y la complejidad de las piezas. Por ejemplo, elija herramientas duraderas para necesidades de gran volumen, mientras que herramientas rápidas o de puente son adecuadas para necesidades de bajo volumen. 

¿Cómo afecta la superficie del molde a la calidad del producto final?

Especialmente, el primer nivel de la superficie de las cavidades del molde impacta directamente en el acabado y otras calidades del producto final. La superficie lisa de las cavidades produce piezas moldeadas con mejor calidad de acabado.