Los fabricantes de herramientas y matrices son artesanos altamente calificados que trabajan en las industrias manufactureras . [a] Los fabricantes de herramientas y matrices trabajan principalmente en entornos de salas de herramientas, a veces literalmente en una habitación, pero más a menudo en un entorno con límites flexibles y semipermeables del trabajo de producción. Son artesanos calificados ( artesanos ) que generalmente aprenden su oficio a través de una combinación de cursos académicos y un período sustancial de capacitación en el trabajo que es funcionalmente un aprendizaje . Fabrican plantillas , accesorios , matrices , moldes , máquinas herramienta , herramientas de corte , calibres y otras herramientas utilizadas en los procesos de fabricación. [1]
Las principales divisiones de la industria de herramientas y matrices incluyen:
A partir de dibujos de ingeniería desarrollados por el fabricante de herramientas, ingenieros o tecnólogos, los fabricantes de herramientas trazan el diseño sobre la materia prima (generalmente metal) y luego lo cortan al tamaño y forma utilizando máquinas herramienta controladas manualmente (como tornos , fresadoras , rectificadoras y amoladoras de plantilla ), herramientas eléctricas (como amoladoras de matrices y herramientas rotativas ) y herramientas manuales (como limas y piedras de afilar ).
El arte y la ciencia (en concreto, la ciencia aplicada ) están completamente entremezclados en su trabajo, ya que también están en la ingeniería . Los ingenieros de fabricación y los fabricantes de herramientas y matrices a menudo trabajan en estrecha consulta como parte de un equipo de ingeniería de fabricación . A menudo hay rotación entre las carreras, ya que una persona puede terminar trabajando en ambas en diferentes momentos de su vida, dependiendo de los giros de su trayectoria educativa y profesional particular. No hubo una diferencia codificada entre ellas durante el siglo XIX y principios del siglo XX; fue solo después de la Segunda Guerra Mundial que la ingeniería se convirtió en una profesión regulada definida exclusivamente por un título de ingeniería universitario o de colegio. Ambas carreras requieren cierto nivel de talento tanto en áreas artísticas/artesanales/creativas como en áreas de matemáticas y ciencias.
Desde la llegada de la informática a los campos de fabricación (incluidos CNC , CAD , CAM y otras tecnologías asistidas por ordenador ), los fabricantes de herramientas y matrices han ido incorporando cada vez más conocimientos informáticos a su trabajo diario. En la actualidad, se exige a los fabricantes de herramientas y matrices que posean todas las habilidades tradicionales, además de importantes conocimientos digitales; estos formidables requisitos hacen que dominar este campo sea un reto.
Aunque los detalles de los programas de formación varían, muchos fabricantes de herramientas y matrices comienzan un aprendizaje con un empleador, que posiblemente incluya una combinación de formación en el aula y experiencia práctica. Algunas cualificaciones previas en matemáticas básicas, ciencias, ingeniería o diseño y tecnología pueden resultar valiosas. Muchos fabricantes de herramientas y matrices asisten a un programa de aprendizaje de 4 a 5 años para alcanzar el estatus de oficial fabricante de herramientas y matrices. Las relaciones laborales actuales a menudo difieren en nombre y detalles de la disposición tradicional de un aprendizaje, y los términos "aprendiz" y "oficial" no siempre se utilizan, pero la idea de un período de años de formación en el trabajo que conduce al dominio del campo todavía se aplica.
En Estados Unidos, los fabricantes de herramientas y matrices que se gradúan de la NTMA (National Tooling and Machining Association) han cursado cuatro años de estudios universitarios y 10.000 horas de trabajo para completar su aprendizaje. También están acreditados por el Departamento de Trabajo de Estados Unidos.
Un fabricante de plantillas y accesorios pertenece a la facción de un fabricante de herramientas y matrices/fabricante de herramientas. La diferenciación estándar entre plantillas y accesorios es que una plantilla guía la herramienta para la operación que se lleva a cabo, mientras que un accesorio simplemente asegura el trabajo. A veces, los términos se usan indistintamente. Un fabricante de plantillas y accesorios debe saber cómo usar una variedad de máquinas para construir estos dispositivos, como tener habilidades en soldadura y, en algunos casos, el conocimiento de equipos para trabajar la madera, por supuesto con las habilidades de mecanizado en la sala de herramientas.
A menudo, reciben asesoramiento de un ingeniero para la construcción de los dispositivos. Se necesita un amplio conocimiento de diversos materiales, además de la madera y el metal, como los plásticos. También pueden crear, diseñar y construir sin planos de ingeniería.
Los fabricantes de plantillas y accesorios adquieren experiencia práctica mientras supervisan y realizan modificaciones a medida que el proceso de fabricación se mejora y revisa constantemente con/por parte de los ingenieros. También se les puede solicitar que realicen estos ajustes sin ayuda de los ingenieros, según el tamaño de la empresa. Algunas plantillas y accesorios requieren accionamiento electrónico y neumático, lo que también implicará conocimientos y capacitación en estos campos.
Las plantillas y los accesorios construidos correctamente reducen el desperdicio al garantizar que las piezas encajen perfectamente. Las plantillas y los accesorios pueden ser tan grandes como un automóvil o sostenerse en la mano. Las necesidades de producción dictan la forma y la función. Se necesitan plantillas, accesorios y calibres para mantener los estándares de calidad para demandas de producción repetidas de bajo y alto volumen.
La evolución continua de las tecnologías de diseño y control computarizado, como CAD/CAM , CNC , PLC y otras, ha limitado el uso de plantillas en la fabricación; sin embargo, todas las máquinas que funcionan con computadora necesitan algún tipo de dispositivo de sujeción para las tiradas de producción. Un ejemplo común es que no se necesita una plantilla de perforación para guiar las brocas hasta los centros de los orificios si se hace en un CNC, ya que está controlado numéricamente por computadora. Sin embargo, aún se necesitan accesorios para mantener las piezas en su lugar para la operación necesaria. Actualmente, las plantillas se necesitan en muchas áreas de fabricación, pero principalmente para la producción de bajo volumen.
La fabricación de matrices es una subdisciplina de la fabricación de herramientas que se centra en la fabricación y el mantenimiento de matrices . Esto suele incluir la fabricación de punzones, matrices, matrices de regla de acero y juegos de matrices. La precisión es esencial en la fabricación de matrices; los punzones y las matrices de acero deben mantener la holgura adecuada para producir piezas con precisión y, a menudo, es necesario mecanizar los componentes con tolerancias inferiores a una milésima de pulgada.
La fabricación de herramientas generalmente implica fabricar herramientas que se utilizan para producir productos. Las herramientas comunes incluyen rodillos de conformado de metales, herramientas de corte (como brocas y fresas ), accesorios o incluso máquinas herramienta completas que se utilizan para fabricar, sujetar o probar productos durante su fabricación. Debido a la naturaleza única del trabajo de un fabricante de herramientas, a menudo es necesario fabricar herramientas personalizadas o modificar herramientas estándar.
Es posible que se requiera que una persona realice todas las actividades mencionadas anteriormente, y las habilidades y los conceptos involucrados se superponen, por lo que la fabricación de herramientas y matrices a menudo se considera como un solo campo y también por qué la fabricación de moldes a menudo se considera como un subconjunto del mismo (en lugar de un campo totalmente separado).
Una sala de herramientas en el sentido original de la palabra es una habitación donde se almacenan herramientas; [2] un almacén de herramientas. En las empresas más grandes, las herramientas almacenadas allí deben registrarse al entrar y al salir, y puede haber una persona asignada para atender el área. En una fábrica, la sala de herramientas se refiere a un espacio donde se fabrican y reparan artefactos, en particular herramientas para usar en el resto de la fábrica, plantillas para configuraciones y otras piezas para ayudar a los trabajadores y, como extensión, a la producción. En ingeniería y fabricación , la actividad de la sala de herramientas es todo lo relacionado con las instalaciones de herramientas y matrices en contraste con la actividad de la línea de producción.
Originalmente, una sala de herramientas estaba literalmente en una habitación , pero al igual que la sala de emergencias , el término se ha extendido figurativamente tanto en sentido sustantivo como adjetivo a todos esos lugares y los métodos que se utilizan allí, independientemente del espacio físico. El nombre se escribía originalmente como sala de herramientas o sala de herramientas , pero ahora la sala de herramientas es la norma en ingeniería y mecanizado .
El sentido más simple de la palabra cuarto de herramientas se refiere al almacenamiento de herramientas. Un uso más amplio del término incluye una referencia a un espacio donde se fabrican, reparan, inventarian y/o distribuyen herramientas para su uso dentro de la fábrica. Esta extensión del último sentido refleja el desarrollo de una mayor sistematización en la fabricación. Durante el siglo XIX, se desarrolló gradualmente una división del trabajo por la cual las personas que fabricaban, reparaban, llevaban registros, almacenaban y recuperaban las herramientas no eran necesariamente las mismas personas que usaban las herramientas para hacer el trabajo de fabricación en sí. Ejemplos de tal división del trabajo habían existido en siglos anteriores, pero la mayor parte de la fabricación se había realizado de forma artesanal, donde no había necesidad de la idea de un cuarto de herramientas separado del resto del taller.
El sentido más simple mencionado anteriormente también puede transmitirse con la palabra toolcrib (a veces denominada tool-crib o tool crib ).
En ingeniería y fabricación, una sala de herramientas es todo lo relacionado con las instalaciones y los métodos de fabricación de herramientas y matrices, en contraste con la actividad en la planta de producción y la línea de producción. Para quienes no estén familiarizados con estos campos, para entender el uso especializado, es necesario explicarles lo siguiente:
En el campo general del mecanizado existe una división aproximada pero recurrente entre (a) la práctica de la sala de herramientas y (b) la práctica de producción (la fabricación de grandes cantidades de piezas duplicadas). Es la diferencia entre la fabricación en sí y el trabajo con herramientas y matrices que se realiza en apoyo de la fabricación. Es probable que se puedan encontrar ejemplos anecdóticos de distinciones similares aquí y allá a lo largo de la historia de la humanidad, pero como parte generalizada del "tejido" de la cultura material, esta distinción (y la terminología con la que hablar de ella) ha evolucionado desde la Revolución Industrial , y más especialmente desde el advenimiento de la práctica de la armería y, posteriormente, la producción en masa .
Una buena forma, simplista, de resumir el cambio de ideas es comparar la fabricación de un determinado producto en diferentes períodos de tiempo. En 1750, un artesano fabricaba un rifle en un taller con herramientas manuales y, si necesitaba una nueva herramienta, es probable que la fabricara él mismo utilizando las mismas herramientas y métodos que utilizaría para fabricar su producto, el rifle (herrería, limas , cuchillos para tallar madera, etc.). Este tipo de artesanía todavía se puede realizar hoy en día, pero es costosa en términos de tiempo de mano de obra calificada por unidad de producción y, por lo tanto, implica un pequeño volumen total de producción y un alto precio unitario. Sin embargo, hoy en día la forma de fabricar rifles en grandes cantidades con un precio unitario bajo es hacer primero el trabajo de herramientas y matrices (trabajo de taller de herramientas) (es decir, fabricar, o hacer que alguien más fabrique, máquinas herramienta, plantillas y accesorios), y luego utilizar esas herramientas especializadas para producir en masa los rifles de una manera automatizada que no implica métodos de taller de herramientas.
Otro ejemplo, en lugar de comparar diferentes siglos, simplemente compara diferentes métodos de control de trayectoria de herramientas que podrían elegirse hoy: si necesita una determinada ubicación de orificio en cada pieza para su broca , ¿la marcará cuidadosamente a mano muchas veces (una vez para cada pieza producida), o la marcará cuidadosamente a mano solo una vez , mientras hace una plantilla de perforación para que las perforaciones posteriores se guíen rápidamente y sin esfuerzo?
La fabricación de lotes pequeños ha sido a menudo el mayor desafío para esta división de métodos. Cuando sólo se demanda un lote pequeño de producción, ¿se producirá (a) cada pieza utilizando métodos "personalizados" (artesanal o diseño y mecanizado al estilo de taller de herramientas), lo que aumenta el costo unitario; o (b) se mantendrá la división de producción en taller de herramientas, que requiere un alto costo de capital, lo que también aumenta los costos unitarios a su manera? En otras palabras, ¿vale la pena invertir tiempo en fabricar un accesorio y vale la pena limitar la disponibilidad de un taladro de columna configurándolo para un uso exclusivo con ese accesorio? El taladro de columna puede ser necesario mañana para una pieza diferente, con una configuración diferente. Para 100 piezas, los costos de fabricar un accesorio y limitar la disponibilidad de una máquina están justificados. Para 5 piezas, tal vez se deba simplemente fabricar cada una de las 5 utilizando el diseño y el control de la trayectoria de las herramientas al estilo de taller de herramientas.
La evolución de la TI y su integración en la fabricación está cambiando aún más las preguntas y las ecuaciones. Por ejemplo, el CNC y la robótica han abierto el camino hacia el prototipado rápido y la fabricación instantánea , que cambian la división de producción de la sala de herramientas al brindar a una inversión inicial en la sala de herramientas la flexibilidad para usarse de manera rápida y sencilla para cualquier diseño de producto, sin que importe el tamaño del lote.
En las grandes corporaciones puede haber una división del trabajo muy marcada entre el trabajo en el taller de herramientas y el mecanizado de producción, con diferentes empleados para cada uno, mientras que el trabajo en el taller suele ser una combinación de trabajo en el taller de herramientas y trabajo de producción, porque cada proyecto requiere un poco de ambos, y los mismos empleados pueden "desempeñar cada función" en secuencia.