Fabricación de herramientas: materiales, técnicas y proveedores

¡Las herramientas están por todas partes! Desde pequeños kits de bricolaje hasta grandes equipos industriales, las herramientas son la base para realizar trabajos útiles. En instalaciones, construcción y fabricación, desempeñan un papel fundamental. Si bien las herramientas son importantes, las instalaciones de fabricación de herramientas lo son aún más. Los fabricantes de herramientas confiables producen herramientas que satisfacen las demandas de diversas industrias. Existe una amplia gama de productos en la categoría de herramientas que fabrican. Hay una gran cantidad de maquinaria y materiales involucrados en la fabricación de herramientas. En este artículo, aprenderemos los fundamentos de la fabricación de herramientas.

Cómo fabricar herramientas: Guía paso a paso

La fabricación de herramientas comienza con un buen diseño. En el proceso de diseño se consideran los requisitos funcionales. A continuación, se procede a la selección del material, que desempeña un papel fundamental en la durabilidad de las herramientas. Para su fabricación, se emplea un método de producción adecuado según las características deseadas. Se aplican procesos de acabado para conferir a las herramientas un aspecto estético y otras características como dureza, resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste. Finalmente, la inspección y las pruebas garantizan la calidad de las herramientas.

Diseñar las herramientas

El diseño de herramientas es el paso más crítico en su fabricación. Solo un diseño bien pensado cumple su función a largo plazo. Los ingenieros consideran las condiciones de carga, los materiales, la ergonomía y la facilidad de fabricación al diseñar herramientas. La fabricación estándar de herramientas sigue un enfoque estandarizado. La producción de herramientas personalizadas requiere una mayor atención al diseño. Los ingenieros especifican aspectos como la geometría, las dimensiones, las tolerancias y los materiales. En la fabricación de herramientas de precisión, generalmente un modelo CAD encapsula todas las características de diseño. Máquinas automatizadas como las CNC o las impresoras 3D utilizan estos archivos CAD para fabricar las herramientas.

Seleccione los materiales adecuados para las herramientas.

La selección de materiales es otro paso importante en la fabricación de herramientas. Los materiales no solo definen la funcionalidad de las herramientas, sino que también influyen en otros factores. La dureza, la tenacidad, la resistencia a la corrosión y la resistencia al desgaste son propiedades intrínsecas de los materiales. Estas determinan la durabilidad y la funcionalidad de las herramientas en condiciones de operación específicas. Por consiguiente, materiales como los aceros para herramientas, el acero de alta velocidad, los carburos y las cerámicas tienen sus propias características de idoneidad para aplicaciones específicas.

Elija los métodos de fabricación de herramientas adecuados.

En función de la aplicación, el diseño de la herramienta y el material, se emplean métodos comunes de fabricación de herramientas como el mecanizado CNC, la forja, la fundición y la metalurgia de polvos.

• El mecanizado CNC es conocido por su alta precisión y exactitud dimensional.
• El forjado produce una microestructura de grano fino que aumenta la resistencia de las herramientas.
• La fundición hace que la fabricación de herramientas de diseño complejo sea rentable.
• La metalurgia de polvos añade características especializadas, como la autolubricación, a las herramientas.

Inspección y prueba de la calidad de las herramientas

La inspección y las pruebas verifican el rendimiento de las herramientas fabricadas. La retroalimentación obtenida durante la inspección y las pruebas mejora el proceso de fabricación de herramientas. Los laboratorios bien equipados con calibradores, micrómetros, máquinas de medición por coordenadas (CMM), durómetros Rockwell, medidores de corrosión y diversas herramientas de ensayos no destructivos (END), entre otros, garantizan la fiabilidad del proceso de inspección.

Mejora de herramientas mediante tratamiento de superficies.

Una vez que las herramientas han sido moldeadas, pueden someterse a procesos de tratamiento superficial para mejorar su estética y funcionalidad.

• El lijado y el pulido alisan la superficie de la herramienta y afilan los bordes.
• La galvanización y la pintura protegen las herramientas contra la corrosión.
• Las cerámicas duras y los carburos aumentan la dureza de la superficie de la herramienta.

Materiales utilizados en la fabricación de herramientas

En la fabricación de herramientas se utiliza una amplia gama de materiales. Cada material tiene sus propias características para una aplicación específica. El material más común es el acero para herramientas . Le siguen los materiales ultraduros como los carburos y las cerámicas, que se utilizan en tareas especializadas. Otros materiales comunes incluyen aleaciones de aluminio, bronces, latones y aceros.

Aceros para herramientas de fabricación de herramientas

Los aceros para herramientas son muy versátiles en cuanto a facilidad de fabricación, rentabilidad, tenacidad y resistencia al desgaste. Si bien no alcanzan la dureza ni la estabilidad a altas temperaturas de los carburos, son idóneos para la mayoría de los usos prácticos. Su excelente facilidad de fabricación y rentabilidad son sus características más destacadas. Por ello, se utilizan en la fabricación de numerosas herramientas, como herramientas de corte, matrices, moldes y herramientas manuales.

Materiales ultraduros para la fabricación de herramientas

Las herramientas fabricadas con materiales ultraduros suelen requerirse para el mecanizado de alta velocidad de metales duros como las fundiciones. Los carburos y las cerámicas son ejemplos comunes en esta categoría. Los carburos ofrecen un buen equilibrio entre tenacidad, estabilidad a altas temperaturas y dureza. Se utilizan con frecuencia en la mayoría de las situaciones que requieren alta dureza. Por otro lado, las herramientas cerámicas superan a los carburos en términos de dureza y estabilidad a altas temperaturas. Sin embargo, su fragilidad limita su uso a condiciones predecibles.

Materiales mecanizables por CNC para la fabricación de herramientas.

Algunos materiales se seleccionan específicamente por su excelente maquinabilidad y ventajas funcionales en ciertas aplicaciones de utillaje. Se utilizan para aplicaciones especiales como utillaje rápido, moldes prototipo, plantillas y dispositivos de fijación. A continuación, se presenta una breve comparación de los materiales:

Aleaciones de aluminio

El aluminio y sus aleaciones son blandos y ofrecen buena maquinabilidad. Son ligeros y resistentes a la corrosión. Su facilidad de mecanizado los hace idóneos para moldes de prototipos, utillaje flexible y producción rápida.

Aleaciones de cobre

Las aleaciones de cobre, como los bronces y los latones, tienen buena maquinabilidad. Su alta conductividad eléctrica y térmica las hace adecuadas para fabricar mordazas blandas, pero no para herramientas de corte CNC, ya que el cobre es más blando que la mayoría del aluminio. También son ideales para fabricar placas base y bloques de posicionamiento debido a la excelente conductividad térmica del cobre.

Aceros inoxidables

El acero inoxidable es resistente a la corrosión, fuerte y económico. Se utiliza con frecuencia para fabricar moldes, matrices, posicionadores, soportes y vástagos de herramientas, entre otros.

Técnicas comunes para la fabricación de herramientas

La fabricación de herramientas emplea diversas técnicas. Algunas se utilizan de forma combinada, mientras que otras pueden emplearse individualmente. La elección de las técnicas de fabricación depende de factores como el coste, la facilidad de fabricación, la precisión y los materiales.

Trituración

El rectificado se considera a menudo un paso final tras la fabricación de la herramienta. Se utilizan muelas abrasivas para alisar la superficie. El rectificado también se emplea para ajustar con precisión las dimensiones. Generalmente, los materiales duros como el hierro fundido o el acero templado se mecanizan con dimensiones ligeramente mayores y luego se rectifican para obtener las dimensiones exactas.

EDM

EDM son las siglas de «Mecanizado por Descarga Eléctrica». Las chispas eléctricas entre el electrodo y la pieza funden y desprenden material de forma controlada. Al no requerir corte físico, se pueden crear fácilmente geometrías complejas según el diseño CAD. Los detalles finos y las características complejas se incorporan fácilmente a la fabricación de herramientas. La única limitación es que el EDM solo se puede utilizar con materiales conductores de electricidad como el acero, las superaleaciones y el cobre, entre otros.

Fabricación aditiva

La impresión 3D es un ejemplo de fabricación aditiva. Construye la herramienta capa a capa. Es un proceso altamente automatizado y controlado por ordenador. Permite un alto nivel de complejidad en el diseño de herramientas. Dado que el coste de instalación no es muy elevado, resulta ideal para la creación rápida de prototipos y la producción de herramientas en pequeñas cantidades. La impresión 3D es compatible con metales, polímeros y materiales compuestos.

Mecanizado CNC

El mecanizado CNC es una técnica de fabricación automatizada y controlada por ordenador. En la fabricación de herramientas, ofrece una consistencia excepcional en calidad, precisión y exactitud dimensional. Funciona de manera óptima con una amplia variedad de materiales. Algunos tipos de máquinas CNC, como las de 5 ejes, permiten diseños de gran complejidad. Además de otros procesos de fabricación, el mecanizado CNC se utiliza ampliamente para la creación rápida de prototipos. Una vez finalizado un prototipo, los mismos archivos CAD pueden utilizarse para la producción en masa.

Normas para la fabricación de herramientas

Las normas reconocidas internacionalmente establecen el marco para la selección de materiales, dimensiones, tolerancias, límites y ajustes, acabados y gestión de la calidad. El cumplimiento de estas normas garantiza resultados repetibles, independientemente de la escala de producción.

Estándares de materiales

Existen normas reconocidas internacionalmente como ISO, DIN, JIS, ASTM, GB, NZS, AS, etc. Los materiales de las herramientas deben ser duros y resistentes al desgaste. Estas normas especifican los requisitos de resistencia a la tracción, dureza y límite elástico de los materiales. La fabricación de herramientas debe basarse en estas normas.

Normas de tolerancia

Las normas de tolerancia especifican las variaciones admisibles en las dimensiones. Generalmente, la norma ISO 286 se utiliza para definir los límites y ajustes de orificios y ejes. Por otro lado, la norma ISO 2768 se utiliza habitualmente para las tolerancias. El cumplimiento de estas normas garantiza el correcto ajuste de las herramientas durante el montaje y la intercambiabilidad de los componentes.

Estándares de acabado superficial

Las normas de acabado superficial, como la ISO 1302, especifican la rugosidad y la textura de la superficie. Esto afecta al rendimiento, la fricción y la resistencia al desgaste de las herramientas.

Normas para la inspección de calidad

La norma ISO 9001 es un estándar universalmente reconocido para sistemas de gestión de la calidad. Proporciona directrices para los procedimientos de inspección y establece procedimientos operativos estándar (POE). Incluye acciones preventivas y correctivas para mitigar errores. Un flujo de proceso adecuado, conforme a la norma ISO 9001, garantiza una alta repetibilidad y una calidad constante en la fabricación de herramientas.

Ventajas del CNC para la fabricación de herramientas

El mecanizado CNC es un proceso de fabricación de precisión para la creación de herramientas. Es eficiente, preciso y repetible. Además, su alto grado de personalización ofrece un sinfín de posibilidades para la fabricación de herramientas especializadas. La alta consistencia, las dimensiones exactas, la mínima intervención humana y la gran capacidad de personalización convierten al CNC en un proceso muy rentable para la fabricación de herramientas.

Alta eficiencia de fabricación

Esta automatización ofrece resultados consistentes con una mínima generación de desperdicio. Menos intervención manual significa menos errores humanos. El CNC facilita la fabricación eficiente de herramientas mediante:

• Corte de alta velocidad
• Estrategias CAM optimizadas
• Torneado, fresado y rectificado CNC para crear diferentes características en poco tiempo.

Mecanizado de alta precisión

Es posible lograr tolerancias dimensionales muy ajustadas, del orden de las micras. Incluso las geometrías complejas pueden cumplir satisfactoriamente con sus estrictos requisitos de tolerancia. El software CAM permite generar trayectorias de herramienta de alta precisión.

Mantenga una calidad constante.

Se pueden fabricar repetidamente productos idénticos con la misma calidad. Todo el proceso sigue el mismo programa para cada trabajo de fabricación. Mientras el programa permanezca sin cambios, la calidad se mantiene constante.

El desafío de la fabricación de herramientas

Si bien las herramientas sencillas son fáciles de fabricar, existen desafíos para satisfacer las exigencias de las industrias de alta tecnología. Las tolerancias estrictas, las formas complejas y los materiales duros suelen ser difíciles de fabricar.

Precisión extremadamente alta

Los componentes críticos utilizados en industrias de alta tecnología como la aeroespacial, la automotriz y la médica requieren un nivel de precisión extremadamente alto. Incluso una desviación de nivel micrométrico en algunos componentes los vuelve inservibles. Factores como las limitaciones de la maquinaria, la dilatación térmica, el desgaste de las herramientas y las vibraciones hacen que esta tarea sea aún más compleja.

Materiales duros

Muchas máquinas herramienta están fabricadas con materiales duros como aceros para herramientas, carburos y cerámicas. Las técnicas de mecanizado sencillas pueden no ser adecuadas para su fabricación. Los métodos de fabricación más comunes incluyen el mecanizado CNC, el rectificado, la electroerosión, etc. En el caso del mecanizado CNC, los materiales duros son difíciles de mecanizar fácilmente mediante la eliminación de material debido a su alta resistencia, resistencia al desgaste y escasa maquinabilidad.

Geometrías más complejas

A medida que aumenta la complejidad, la fabricación de herramientas se vuelve más difícil. Mantener características como los filos de corte, los canales de refrigeración internos y los contornos multieje resulta complicado. Los fabricantes de herramientas podrían tener que recurrir a técnicas avanzadas como el mecanizado CNC de 5 ejes.

¿Por qué es importante el prototipado rápido para las herramientas de fabricación?

El prototipado rápido fomenta la eficiencia del desarrollo. En lugar de malgastar tiempo y recursos en acciones correctivas, el prototipado rápido evita dicho desperdicio. La validación del diseño en el prototipado de herramientas reduce los costos y acorta los plazos de entrega.

Validar la viabilidad del diseño

Las herramientas prototipo ayudan a los fabricantes a probar y evaluar los diseños antes de la producción en masa. Los problemas de ajuste, funcionamiento y rendimiento se pueden identificar con antelación. Posteriormente, los ingenieros corrigen los fallos de diseño y optimizan las geometrías.

Reducir costos

La creación de prototipos de herramientas reduce los costos relacionados con errores y rediseños. En lugar de desperdiciar material costoso en ciclos de prueba y error, los defectos de diseño se abordan desde el principio. La baja generación de desechos y la menor atención del departamento de I+D durante el rediseño en la producción real reducen drásticamente los costos.

Reducir el tiempo de entrega

La creación de prototipos de herramientas acelera el desarrollo de productos. Gracias a la validación y las pruebas previas a la producción, se reducen las interrupciones en la fabricación de herramientas. La creación rápida de prototipos agiliza la transición a la producción en masa.

¿Por qué elegir el servicio de fabricación de herramientas a medida?

En determinadas condiciones, los requisitos de rendimiento específicos exigen el uso de herramientas a medida. La fabricación de herramientas a medida permite incorporar requisitos personalizados. Desde el punto de vista del rendimiento, las herramientas a medida aportan eficiencia.

Cumplir con requisitos específicos

En ciertos casos, las herramientas estandarizadas no cumplen con los requisitos de la aplicación. Los requisitos de rendimiento específicos exigen soluciones personalizadas. La fabricación de herramientas a medida se adapta a las necesidades exactas. Se pueden incorporar características como ángulos de corte especializados y perfiles únicos, lo que mejora la compatibilidad de las herramientas con las aplicaciones.

Mejorar la calidad de las herramientas

La fabricación de herramientas a medida implica una consideración exhaustiva de los requisitos de la aplicación. La calidad de las herramientas personalizadas siempre es superior a la de las herramientas estándar. El diseño y la selección de materiales tienen en cuenta todos los aspectos del uso de la herramienta. Por lo tanto, la fabricación de herramientas se optimiza para cada aplicación.

Ahorre costos

Si bien los costos de configuración para la fabricación de herramientas personalizadas son más elevados, a largo plazo resultan rentables. La eficiencia del rendimiento, gracias a la optimización de las herramientas, prolonga su vida útil. Unas herramientas perfectas se traducen en menos defectos y menor tiempo de inactividad.

La siguiente tabla ofrece una comparación entre las herramientas estándar y las herramientas personalizadas:

¿Cómo elegir proveedores adecuados para la fabricación de herramientas?

Los clientes suelen buscar al fabricante de herramientas adecuado. No todos los proveedores son iguales. La calidad del producto, la consistencia, la fiabilidad y el servicio posventa son algunos de los parámetros que se deben tener en cuenta al elegir un proveedor.

Capacidad de fabricación

Un buen proveedor de herramientas debe contar con todo el equipo de fabricación necesario. Lo ideal es que todos los servicios se presten internamente. El fabricante de herramientas debe ser capaz de producir herramientas a medida. Las máquinas CNC, los sistemas de rectificado y la electroerosión son fundamentales en este sentido. Para diseños de alta complejidad, pueden ser necesarias máquinas CNC de 3+2 o 5 ejes.

Sistema de control de calidad

Los sistemas de control de calidad son fundamentales para mantener la consistencia y la repetibilidad. Permiten a los fabricantes de herramientas establecer plazos razonables y gestionar pedidos y reclamaciones. Los sistemas de trazabilidad fomentan la confianza del cliente. Por lo general, un proveedor de herramientas que cumple con la norma ISO 9001 ofrece mejores servicios que otros.

Servicio postventa

Un proveedor fiable no solo entrega buenos productos, sino que también ofrece soluciones eficientes posteriormente. Además de las opciones de mantenimiento y reparación, los clientes suelen necesitar asistencia técnica. Los buenos proveedores satisfacen estas necesidades.

Los servicios personalizados de mecanizado CNC avanzado de Tuofa ofrecen a los clientes una producción estable en lotes pequeños, basada en nuestras técnicas de mecanizado consolidadas. Inicie su proyecto de fabricación de herramientas con Tuofa para una colaboración rápida.

Conclusión

Las herramientas son esenciales en muchas actividades cotidianas. Desde pequeños juegos de herramientas domésticos hasta diversas configuraciones industriales, las herramientas están por todas partes. El diseño, la validación y la selección de materiales desempeñan un papel fundamental en la fabricación de herramientas de alta calidad. La personalización en la fabricación de herramientas suele ser necesaria para tareas especializadas. Los fabricantes bien equipados son los que tienen más probabilidades de cumplir con los requisitos de rendimiento de las herramientas. Existen diversas normas reconocidas internacionalmente. Los fabricantes fiables suelen cumplir con estas normas para ofrecer la mejor calidad.

Preguntas Frecuentes

¿En qué consiste el proceso de utillaje en la fabricación?

Implica el diseño, desarrollo y producción de herramientas.

¿Qué son las herramientas en la fabricación?

El utillaje se refiere a la producción y el uso de herramientas, matrices, moldes y dispositivos de fijación que se utilizan para dar forma a las piezas.

¿Qué es el utillaje frente a las herramientas?

El término "herramientas" es más amplio e incluye un conjunto de matrices, moldes, plantillas y dispositivos de fijación. Por otro lado, una herramienta suele referirse a un solo objeto, por ejemplo, una