Plantillas y Utillajes: Tipos, Partes, Ventajas y Aplicaciones

En este artículo aprenderás qué son las plantillas y utillajes, cómo se utilizan, su definición, componentes y los diferentes tipos con sus principios de funcionamiento. También puedes descargar el archivo PDF al final.

Plantillas y Utillajes

Las plantillas y utillajes son dispositivos que ayudan a aumentar la producción de piezas idénticas y reducir el esfuerzo humano necesario para fabricarlas. Ya se ha enfatizado que un torno de bancada es adecuado para producir piezas individuales de diferentes formas y tamaños, pero para producir artículos similares en gran cantidad su uso no resulta económico.

Por el contrario, un torno de torreta y cabezal móvil se adapta fácilmente al trabajo de repetición gracias a la disposición multiherramienta y el uso de topes transversales, lo que aumenta la tasa de producción.

Sin embargo, no todo tipo de pieza puede mecanizarse en un torno de torreta o cabezal móvil y puede requerir el uso de taladradoras, fresadoras, cepilladoras y rectificadoras, etc. Si dichos objetos deben producirse en formas y tamaños idénticos a gran escala, se deben utilizar dispositivos adecuados para sujetar y posicionar las piezas de modo que pueda realizarse el trabajo de repetición. Estos dispositivos son las plantillas y utillajes.

¿Qué es una Plantilla (Jig)?

Una plantilla puede definirse como un dispositivo que sujeta y posiciona una pieza de trabajo y guía y controla una o más herramientas de corte. La sujeción de la pieza y la guía de la herramienta es tal que quedan situadas en posiciones verdaderas relativas entre sí.

En su construcción, una plantilla comprende una placa, una estructura o una caja hecha de metal o, en algunos casos, de no metal, que tiene provisiones para manipular los componentes en posiciones idénticas uno tras otro, y luego guiar la herramienta en posiciones correctas sobre la pieza de acuerdo con el dibujo, especificación o esquema de operación.

¿Qué es un Utillaje (Fixture)?

Un utillaje es un dispositivo que sujeta y posiciona una pieza de trabajo durante una inspección o una operación de fabricación. El utillaje no guía la herramienta.

En su construcción, el utillaje comprende un dispositivo de sujeción de trabajo estándar o especialmente diseñado, que se fija en la mesa de la máquina para mantener la pieza en posición. Las herramientas se ajustan en las posiciones requeridas sobre la pieza mediante el uso de calibres o por ajuste manual.

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Elementos Principales de Plantillas y Utillajes

Los elementos principales son:

Cuerpo: Es una estructura tipo placa, caja o bastidor en la que se ubican los componentes a mecanizar. Debe ser bastante robusto y rígido.

Elementos de posicionamiento: Estos elementos sitúan la pieza de trabajo en la posición correcta en relación con la herramienta de corte.

Elementos de sujeción: Estos elementos aseguran firmemente la pieza en la posición determinada.

Elementos de guiado y ajuste: Estos elementos guían la herramienta de corte en el caso de la plantilla y ayudan al correcto posicionamiento de la herramienta en el caso del utillaje.

Elementos de fijación: Incluyen diferentes tipos de dispositivos de fijación, utilizados para asegurar la plantilla o el utillaje a la máquina en la posición adecuada.

Elementos de indexado: No siempre se proporcionan. Pero muchas piezas pueden tener que indexarse a diferentes posiciones para realizar operaciones de mecanizado en diferentes superficies o ubicaciones. En tales casos, estos elementos deben incorporarse en la plantilla o utillaje.

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Tipos de Plantillas y Utillajes

Tipos de Plantillas

A continuación se describen los siete tipos diferentes de plantillas:

1. Plantilla de plantilla (Template jig)
2. Plantilla de placa (Plate jig)
3. Plantilla de canal (Channel jig)
4. Plantilla de diámetro (Diameter jig)
5. Plantilla de hoja (Leaf jig)
6. Plantilla de anillo (Ring jig)
7. Plantilla de caja (Box jig)

Plantilla de Plantilla (Template Jig)

La plantilla de plantilla es la más simple de todos los tipos. Una placa con orificios en las posiciones deseadas sirve como guía, la cual se fija sobre el componente a taladrar. El taladro se guía a través de estos orificios de la plantilla y se taladran los orificios requeridos en la pieza en las mismas posiciones relativas entre sí que en la plantilla.

Plantilla de Placa (Plate Jig)

1. Un utillaje sujeta y posiciona la pieza pero no guía la herramienta. Mientras que una plantilla sujeta, posiciona y además guía la herramienta.
2. Los utillajes son más pesados en construcción y se atornillan rígidamente a la mesa de la máquina. Mientras que las plantillas son más ligeras para un manejo más rápido, y el apriete a la mesa a menudo es innecesario.
3. Los utillajes se emplean para sujetar piezas en fresado, rectificado, cepillado o torneado. Mientras que las plantillas se usan para sujetar la pieza y guiar la herramienta, particularmente en taladrado, escariado o roscado.

Una plantilla de placa es una mejora de la plantilla de plantilla al incorporar bujes de taladro en la plantilla. Se emplea para taladrar orificios en piezas grandes manteniendo un espaciado preciso entre ellos.

Plantilla de Canal (Channel Jig)

La plantilla de canal se ilustra en la figura. Es un tipo simple de plantilla con una sección transversal en forma de canal. El componente se ajusta dentro del canal y se posiciona y sujeta girando la perilla moleteada. La herramienta se guía a través del buje de taladro.

Plantilla de Diámetro (Diameter Jig)

La plantilla de diámetro se muestra en la figura. Se utiliza para taladrar orificios radiales en una pieza cilíndrica o esférica. La pieza se coloca sobre el bloque en V fijo y luego se sujeta mediante la placa de sujeción que también posiciona la pieza. La herramienta se guía a través del buje de taladro dispuesto radialmente respecto a la pieza.

Plantilla de Hoja (Leaf Jig)

La plantilla de hoja se ilustra en la figura anterior. Tiene una hoja o placa bisagrada en el cuerpo y la hoja puede abrirse o cerrarse sobre la pieza para cargar o descargar. La pieza se posiciona mediante botones y se sujeta con tornillos de presión. El buje de taladro guía la herramienta.

Plantilla de Anillo (Ring Jig)

La plantilla de anillo se muestra en la figura anterior. Se emplea para taladrar orificios en piezas con bridas circulares. La pieza se sujeta firmemente al cuerpo del taladro y los orificios se taladran guiando la herramienta a través de los bujes.

Plantilla de Caja (Box Jig)

La plantilla de caja se ilustra en la figura anterior. Es de construcción tipo caja dentro de la cual el componente se posiciona mediante botones. La pieza se sujeta girando la leva que también la posiciona. El buje de taladro guía la herramienta. Las plantillas de caja se emplean generalmente para taladrar varios orificios en un componente desde diferentes ángulos.

Tipos de Utillajes

A continuación se describen los 10 tipos diferentes de utillajes:

1. Utillajes de torneado.
2. Utillajes de fresado.
3. Utillajes de brochado.
4. Utillajes de rectificado.
5. Utillajes de mandrinado.
6. Utillajes de indexado.
7. Utillajes de roscado.
8. Utillajes dúplex.
9. Utillajes de soldadura.
10. Utillajes de montaje.

Los utillajes suelen nombrarse según el tipo de operación de mecanizado para la que están diseñados y empleados.

Utillajes de Torneado

Es bastante fácil sujetar piezas regulares en tornos en dispositivos de sujeción estándar como platos y pinzas, entre puntas y en mandriles o placas de cara. Pero los componentes de forma irregular ofrecen muchas dificultades para sujetarlos correctamente.

Piezas de forma impar simple pueden sujetarse en plato también, por ejemplo, mediante el ajuste adecuado de las garras en un plato de cuatro garras o usando garras blandas conformadas. Sin embargo, las piezas con formas complicadas deben sujetarse necesariamente en posición con la ayuda de utillajes de torneado. Estos utillajes se montan normalmente en el morro del husillo de la máquina o en una placa de cara y sujetan las piezas.

Cuando sea necesario, el utillaje puede tener que provisto de un contrapeso para equilibrar el utillaje desbalanceado. Estos utillajes deben diseñarse cuidadosamente para ser lo suficientemente rígidos, con el mínimo voladizo, deben agarrar las piezas muy firmemente, no deben tener proyecciones peligrosas para el operador o la herramienta o ambos, y deben poder proporcionar el soporte adecuado a las secciones delgadas y débiles de las piezas durante la operación.

Utillajes de Fresado

Estos utillajes se utilizan en fresadoras para realizar diferentes operaciones de fresado en las piezas. El utillaje se ubica correctamente en la mesa de la máquina y se asegura en posición mediante tornillos y tuercas.

La mesa se desplaza y sitúa en la posición adecuada, en relación con el cortador. Las piezas se posicionan en la base del utillaje y se sujetan antes de iniciar la operación.

Dado que las fuerzas de corte involucradas son bastante altas e intermitentes, los elementos de sujeción deben ser robustos. La correcta ubicación del utillaje en la mesa de la máquina se logra generalmente con la ayuda de dos chupones provistos bajo la base del utillaje. Estos chupones entran en una ranura en T de la mesa para proporcionar la ubicación requerida. La base del utillaje puede entonces asegurarse a la mesa mediante tornillos en T y tuercas.

Utillajes de Brochado

Estos utillajes se utilizan en diferentes tipos de máquinas de brochado para posicionar, sujetar y soportar las piezas durante las operaciones, como el brochado de chaveteros, brochado de orificios, etc. El uso de una placa de sujeción como utillaje para brochado interno de tracción.

Utillaje de Rectificado

Se utilizan varias formas diferentes de utillajes en rectificadoras para posicionar, sujetar y soportar las piezas durante las operaciones. Estos utillajes pueden ser los dispositivos estándar de sujeción de trabajo, como platos, mandriles, platos con garras conformadas, platos magnéticos, etc.

Por ejemplo, una rectificadora de superficie vertical con mesa giratoria normalmente tendrá un utillaje giratorio asegurado a su mesa. De manera similar, un utillaje plano o de cuerda puede proporcionarse en una rectificadora de superficie con mesa alternativa. Un accesorio para afilar brocas es un ejemplo evidente de un utillaje estándar utilizado para el rectificado de la geometría de la broca.

Sea cual sea el tipo de utillaje diseñado para la operación de rectificado, debe tener previsiones para la entrada y salida de refrigerante, montaje de acondicionadores de muela y debe estar correctamente equilibrado, si es un utillaje giratorio.

Utillaje de Mandrinado

La operación puede realizarse de una de las dos formas siguientes:

• Manteniendo la barra de mandrinar (herramienta) estacionaria y avanzando la pieza a mandrinar sobre la barra.
• Manteniendo la pieza estacionaria y avanzando la barra de mandrinar giratoria hacia la pieza.

Por lo tanto, el utillaje de mandrinado se fabrica en dos diseños comunes.

Uno de estos incorpora el principio de una plantilla de taladrado, y en este, la barra de mandrinar (herramienta) se guía a través de un buje piloto. Este utillaje también se conoce a menudo como plantilla de mandrinado. El otro diseño facilita la sujeción de la pieza en posición correcta, relativa a la barra de mandrinar.

Aunque este utillaje incorpora casi todos los principios comunes de diseño de plantillas y utillajes, su construcción no necesita ser tan robusta como la de los utillajes de fresado, porque nunca tienen que soportar cargas de corte tan pesadas como las involucradas en las operaciones de fresado.

Utillaje de Indexado

Varios componentes necesitan mecanizado en diferentes superficies de modo que sus superficies o formas mecanizadas estén espaciadas uniformemente.

Estos componentes deben indexarse igualmente tantas veces como superficies deban mecanizarse. Obviamente, los dispositivos de sujeción (plantillas o utillajes) utilizados se fabrican para llevar un mecanismo de indexado adecuado. Un utillaje que lleva dicho dispositivo se conoce como utillaje de indexado.

Utillaje de Roscado

El utillaje de roscado está especialmente diseñado para posicionar y sujetar firmemente piezas idénticas para cortar roscas internas en orificios taladrados en ellas. Componentes de forma impar y desbalanceados siempre necesitarán el uso de tales utillajes, especialmente cuando la operación de roscado deba realizarse repetidamente a gran escala en dichos componentes.

Utillajes Dúplex

Es el nombre dado al utillaje que sujeta dos componentes similares simultáneamente y facilita el mecanizado simultáneo de estos componentes en dos estaciones separadas. Mientras una pieza se mecaniza en una estación.

Ambas operaciones según el requisito pueden ser similares o diferentes. Una vez finalizado el mecanizado en ambas estaciones, el utillaje se indexa 180 grados para que el primer componente pase a la segunda estación para la segunda operación y el componente terminado a la primera estación.

El componente terminado se descarga aquí, se reemplaza por uno nuevo y se realiza la primera operación sobre él. El ciclo se repite, lo que permite la producción en masa de componentes a una velocidad bastante alta.

Utillajes de Soldadura

Los utillajes de soldadura se diseñan cuidadosamente para sujetar y soportar los diversos componentes a soldar en las ubicaciones adecuadas y prevenir distorsiones en las estructuras soldadas. Para ello, los elementos de posicionamiento deben ser cuidadosos, el apriete debe ser ligero pero firme, la colocación de los elementos de sujeción debe estar fuera de la zona de soldadura. El utillaje debe ser bastante estable y rígido para soportar los esfuerzos de soldadura.

En muchos casos, una práctica preferida y comúnmente utilizada es primero soldar a puntos la estructura sujetándola en una plantilla de soldadura y luego transferirla a un utillaje de sujeción para la soldadura completa. Esto ayuda a reducir considerablemente las posibilidades de distorsión y el utillaje se somete a menores esfuerzos.

Utillaje de Montaje

La función de estos utillajes es sujetar diferentes componentes juntos en su posición relativa adecuada en el momento de ensamblarlos. Por ejemplo, dos o más placas de acero pueden sujetarse juntas en posiciones relativas y remacharse.

Estos utillajes, que se utilizan para sujetar los componentes para realizar operaciones mecánicas, se conocen como utillajes de montaje mecánico. En contraposición, hay otros tipos de utillajes en los que los componentes se sujetan para unir, como los utillajes de soldadura que también son utillajes de montaje, pero para unión en caliente.

Diferencia entre Plantillas y Utillajes

Las siguientes son las diferencias fundamentales entre un utillaje y una plantilla:

1. Un utillaje sujeta y posiciona la pieza pero no guía la herramienta, mientras que una plantilla sujeta, posiciona y además guía la herramienta.
2. Los utillajes son más pesados en construcción y se atornillan rígidamente a la mesa de la máquina, mientras que las plantillas son más ligeras para un manejo más rápido y el apriete a la mesa a menudo es innecesario.
3. Los utillajes se emplean para sujetar piezas en fresado, rectificado, cepillado o torneado, mientras que las plantillas se usan para sujetar la pieza y guiar la herramienta, particularmente en taladrado, escariado o roscado.

Ventajas del uso de plantillas y utillajes en producción en serie

Las siguientes son las ventajas de las plantillas y utillajes en producción en serie:

1. Elimina el trazado, medición y otros métodos de ajuste antes del mecanizado.
2. Aumenta la precisión del mecanizado porque la pieza se posiciona automáticamente y la herramienta se guía sin hacer ningún ajuste manual.
3. Permite la producción de piezas idénticas que son intercambiables. Esto facilita la operación de montaje.
4. Aumenta la capacidad de producción al permitir que varias piezas se mecanicen en una sola configuración, y en algunos casos, varias herramientas pueden operar simultáneamente. El tiempo de manipulación también se reduce considerablemente debido al posicionamiento y sujeción rápidos de la pieza. La velocidad, avance y profundidad de corte pueden aumentarse debido a la alta rigidez de sujeción de las plantillas y utillajes.
5. Reduce el trabajo y la fatiga consecuente del operador ya que las operaciones de manipulación se minimizan y simplifican.
6. Permite a un operador semi-cualificado realizar las operaciones ya que el ajuste de la herramienta y la pieza está mecanizado. Esto ahorra costes laborales.
7. Reduce el gasto en control de calidad de los productos terminados.
8. Reduce el coste total de mecanizado al automatizar total o parcialmente los procesos.

Ventajas de las Plantillas y Utillajes

Las ventajas de las plantillas y utillajes son:

1. Aumenta la precisión del mecanizado porque la pieza se posiciona automáticamente y la herramienta se guía sin hacer ningún ajuste manual.
2. Aumenta la capacidad de producción al permitir que varias piezas se mecanicen en una sola configuración y en algunos casos, varias herramientas pueden operar simultáneamente.
3. El tiempo de manipulación también se reduce considerablemente debido al posicionamiento y sujeción rápidos de la pieza.
4. La velocidad, avance y profundidad de corte para el mecanizado pueden aumentarse debido a la alta rigidez de sujeción de las plantillas y utillajes.
5. Permite la producción de piezas idénticas que son intercambiables. Esto facilita la operación de montaje.
6. Elimina el trazado, medición y otros métodos de ajuste antes del mecanizado.
7. Estos dispositivos reducen el trabajo del operador y la fatiga consecuente, ya que las operaciones de manipulación se minimizan y simplifican.
8. Permite al operador semi-cualificado realizar la operación ya que las operaciones de ajuste de la herramienta y la pieza están mecanizadas. Esto ahorra coste laboral.
9. Reduce el gasto en control de calidad de los productos terminados.
10. Reduce el coste total de mecanizado al automatizar total o parcialmente los procesos.

Aplicaciones de Plantillas y Utillajes

Aplicaciones de las plantillas:

• Taladrado
• Escariado
• Roscado

Aplicaciones de los utillajes:

• Fresado
• Rectificado
• Cepillado
• Torneado
• Escopleado

Conclusión

Así que ahora, esperamos haber aclarado todas tus dudas sobre Plantillas y Utillajes. Si aún tienes alguna duda sobre "Plantillas y Utillajes", puedes contactarnos o preguntar en los comentarios.

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