Plantillas (Jigs) vs. Utillajes (Fixtures): Diferencias Clave en Manufactura

¿Plantillas o utillajes? Los dos términos son fáciles de confundir. A menudo los encontrarás emparejados y, a pesar de compartir funciones similares, los dos no son intercambiables. Aprendamos las diferencias sutiles entre estas herramientas de manufactura examinando cómo se usan para mejorar la calidad de manufactura, reducir costos de producción, y automatizar el trabajo.

¿Qué es una Plantilla (Jig)?

Una plantilla es un dispositivo usado para asegurar una pieza de trabajo y parte de máquina en una estación de trabajo. Se asegura a herramientas de máquina CNC como un cortador, donde dicta la ubicación y movimiento. Eso significa, de cierta forma, que guía tales herramientas de mecanizado. Las plantillas son únicas en que cuando se mueven, la herramienta se vuelve estacionaria.

Podrías conocer el término "plantilla" de tu afición de pesca de fin de semana, pero tiene un significado diferente dentro del léxico del ingeniero. Para nuestros propósitos, una plantilla mantiene la posición de una herramienta para realizar una tarea de manufactura. A menudo es una pieza personalizada que asegura precisión y repetibilidad al taladrar y roscar agujeros.

Las bujes de taladro son una aplicación común de plantillas. Ayudan a guiar un taladro a través de una pieza de trabajo para mantener posicionamiento y ángulo precisos. No solo conduce a trabajo de mayor calidad, sino que los bujes de taladro también pueden aumentar la velocidad de manufactura.

Tipos de Plantillas

Las plantillas son dispositivos comunes en mecanizado CNC, y vienen en diferentes y varios tipos. A continuación, los tipos comunes de plantillas usadas en operaciones de mecanizado.

1. Plantillas de Plantilla (Template Jigs)

Estas plantillas son simples e ideales debido a su precisión. También tienen tremenda velocidad. Sin embargo, los mecanizadores las usan más por precisión que por velocidad. Las plantillas de plantilla se usan de muchas formas. Por ejemplo, puedes ajustarlas sobre, en, o dentro de la pieza de trabajo. Sin embargo, usualmente no se sujetan con abrazaderas.

2. Plantillas de Placa Angular (Angle-Plate Jigs)

Las plantillas de placa angular son ideales para sostener partes preparadas para taladrar en ángulos respecto a sus localizadores de montaje.

3. Plantillas de Placa (Plate Jigs)

Las plantillas de placa son como las plantillas de plantilla con las mismas formas de uso. Sin embargo, a diferencia de las plantillas de plantilla, tienen abrazaderas integradas para sostener la pieza de trabajo.

4. Plantillas de Hoja (Leaf Jigs)

Tienen una hoja bisagrada que facilita la carga y descarga de partes. La hoja bisagrada no rodea la parte completamente.

¿Qué es un Utillaje (Fixture)?

Un utillaje o utillaje CNC es otra herramienta popular de mecanizado CNC considerada como agente de estabilidad, soporte, y posicionamiento. Como la plantilla, trabaja para asegurar, soportar, o montar una pieza de trabajo en una máquina CNC.

¿En qué difiere un utillaje de una plantilla? En lugar de guiar una herramienta de manufactura, los utillajes mantienen una pieza de trabajo en una posición, orientación, o ubicación segura. El tornillo de banco en tu banco de trabajo también es un utillaje.

Los utillajes son herramientas críticas de manufactura que habilitan la automatización. Te costaría encontrar un proceso industrial automatizado que no involucre utillajes. Una línea de ensamblaje de automóviles, por ejemplo, no es posible sin los trabajadores utillajes que aseguran y guían los autos a través del proceso de soldadura y ensamblaje.

También pueden usarse para sostener un producto en lugar para escaneo óptico y láser para evaluar calidad de manufactura. Camina por una instalación de manufactura y te toparás con un utillaje o dos.

Tipos de Utillajes

La mayoría de mecanizadores no están familiarizados con la clasificación de utillajes. No es de extrañar que tengan problema seleccionando el correcto para su operación. Los tipos de utillajes ilustrados abajo se basan en tres cosas: operaciones de mecanizado, usos, y fuentes de energía. La lista se resumirá.

Tipos de Utillajes Basados en Operación de Mecanizado CNC

• Utillajes de Torneado.
• Utillajes de Fresado.
• Utillajes de Taladrado.
• Utillajes de Mandrinado.
• Utillajes de Rectificado.

Hay otros tipos de utillajes basados en el tipo de operación de mecanizado. Hemos concluido que cada operación de mecanizado CNC que necesita un utillaje toma el nombre de la operación.

Por tanto, para operaciones de mecanizado CNC como bruñido y lapeado, tienes utillajes de bruñido CNC y utillajes de lapeado CNC, respectivamente.

Tipos de Utillajes Basados en sus Usos

• Utillajes Universales.
• Utillajes Especiales.
• Utillajes Ensamblados.
• Utillajes Modulares.
• Utillajes Combinados.

Tipos de Utillajes Basados en su Fuente de Energía

• Utillaje manual.
• Utillaje neumático.
• Utillaje hidráulico.
• Utillaje eléctrico.
• Utillaje magnético.
• Utillaje de vacío.

Combinando Plantillas y Utillajes para Mejorar Precisión

Usar plantillas y utillajes juntos ayuda a lograr la precisión de manufactura requerida para que los productos funcionen correctamente. Mira tus puertas, gabinetes, y estanterías. Los agujeros para la perilla, pestillo, y bisagras de la puerta requieren colocación precisa o guía para taladrar.

Lo mismo con gabinetes con cortes de cola de milano o los agujeros de estantería en los lados del gabinete. Sin plantillas y utillajes, los libros se deslizarían de la estantería, los cajones serían endebles, y las puertas no cerrarían correctamente.

Cómo Fabricar Plantillas y Utillajes

El mecanizado CNC es el proceso de manufactura más común para crear plantillas y utillajes ya que los volúmenes son típicamente bajos. En algunos casos, la impresión 3D es el proceso más lógico cuando la geometría es demasiado difícil o costosa de mecanizar.

Es importante notar que no todas las plantillas y utillajes necesitan ser de metal. Para muchas aplicaciones, el plástico reducirá costos y cumplirá tus requisitos de rendimiento.

La manufactura rápida no va a reemplazar tus talleres de máquinas actuales, pero cuando se utiliza correctamente puede ser una herramienta valiosa para producir brutos para plantillas y utillajes o partes menos críticas que no requieren alta precisión.

Para un puñado de partes, recomendamos nuestras capacidades de mecanizado CNC para tus plantillas u utillajes más comunes. Si tu parte requiere una geometría más intrincada que es difícil de mecanizar, recomendaríamos impresión 3D. Para necesidades de alto volumen, el moldeo por inyección rápido puede producir 25 a 10,000+ piezas en una serie de termoplásticos de grado ingeniería.

Diseño

Antes de diseñar una plantilla y utillaje, hay algunas cosas que debes saber. A continuación, un resumen de las cosas comunes que debes saber:

• Estudiar el componente.
• Estudiar elementos de localización.
• Conocer el tipo y capacidad de la máquina.
• Conocer el arreglo de carga y descarga.
• Obtener el arreglo de sujeción.
• Estudiar dispositivos de potencia y dispositivos de arreglo de seguridad.
• Conocer el espacio libre entre la plantilla o utillajes y sus componentes.
• Estudio de dispositivos de expulsión, arreglo de fijación de mesa, y dispositivo de indexado.

Materiales Usados en la Fabricación de Plantillas y Utillajes

Seleccionar un material para hacer una plantilla o utillaje depende de su aplicación y requisitos de operación de mecanizado. A continuación, los materiales usados en hacer una plantilla y utillaje.

• Acero (Inoxidable, Duro, Carburo, Dulce, Alta Velocidad).
• Hierro fundido.
• Aluminio endurecido.
• Plástico: Delrin, Nylon, y PC.
• Bronce.

Uso de la Plantilla y Utillaje

La plantilla y utillaje generalmente funcionan asegurando la pieza de trabajo y partes de máquina. Sin embargo, hay una diferencia entre ambos. Con el utillaje, la herramienta no se mueve cuando la pieza de trabajo se mueve. Esto no es así con las plantillas donde la herramienta se mueve. Dependiendo de los tipos de plantillas y utillajes, podrías necesitar sujetar también.

Ventajas de Usar Plantillas y Utillajes

Hay muchas ventajas de usar la plantilla y utillaje en cualquier operación de mecanizado. A continuación, unas pocas importantes:

• Mejor Productividad y Eficiencia: Porque las dos herramientas eliminan la alineación de una pieza de trabajo, el tiempo muerto de una máquina se reduce, lo que mejora productividad y eficiencia.
• Disminuye Costo de Manufactura: Su uso disminuye el costo de manufactura del producto mientras aumenta productividad y calidad.
• Mejora en Calidad del Producto: Eliminan la necesidad de que mecanizadores configuren manualmente partes durante la operación. Por tanto, esto elimina la posibilidad humana de crear error y mejora calidad.
• Fácil Manufactura de Herramientas Complejas y Pesadas: Permiten a mecanizadores fabricar piezas pesadas y de forma compleja fácilmente. Esto es porque las dos herramientas mantienen la pieza de trabajo rígidamente durante la operación de mecanizado.
• Mejora Seguridad: Como la plantilla y utillaje están directamente involucradas en la pieza de trabajo y máquina, eliminan la participación de humanos, aumentando así la seguridad.