A medida que los clientes exigen que sus productos se lancen al mercado más rápidamente, la rentable fabricación de moldes exige un presupuesto cada vez más preciso. Los problemas de diseño que no se pueden prever durante la elaboración del presupuesto interrumpen la producción y afectan el plazo de entrega. Quick Tooling ofrece a los vendedores, los ingenieros y propietarios de empresas importante información sobre utillajes para tomar decisiones oportunas e informadas. Esta nueva tecnología permite a los fabricantes de moldes reducir el tiempo de creación del molde, resaltar importantes variables de diseño en el comienzo del proceso, y eliminar las tareas manuales que se repiten. Cuanto más rápido pueda determinar cuáles serán las restricciones que le causarán más problemas durante la fabricación de la herramienta y cuanto más exacto sea a la hora de elaborar el presupuesto, mejor se realizará la línea de trabajo.

Quick Tooling añade valor al proceso de desarrollo del mecanizado ofreciendo un entorno en el que el experto conocimiento acerca del proceso de elaboración de la herramienta se analiza; y permite así al usuario conocer las restricciones en la fase principal del proceso de diseño de la herramienta. El software de simulación permite a los usuarios visualizar digitalmente las funciones de la herramienta antes de dedicar horas en esta tarea.

La mejora de la eficacia del proceso se consigue ofreciendo información importante que no se ha tomado en cuenta anteriormente -durante el proceso de elaboración del presupuesto-.La productividad se mejora usando herramientas matemáticas para analizar la geometría y predecir con exactitud la línea de partición; y facilitando el aprendizaje ya que la persona responsable de la elaboración del presupuesto de herramientas no es un usuario de CAD.

Hace unos años Cimatron empezó a estudiar científicamente el arte de la mecanización. Se elaboraron varios estudios sobre este tema en EE.UU., Canadá, Italia, España, Portugal, Alemania y Japón. Los resultados de esta investigación revelaron tres premisas en las que podemos seguir basando nuestro enfoque de creación de software para los fabricantes de utillajes. En primer lugar, y asombrosamente, los estudios indicaron que el 80% del tiempo dedicado a fabricar un molde se utilizaba para resolver problemas de diseño y no problemas de fabricación. En segundo lugar, el estudio ofrecía un mapa de la mecanización y los problemas en la aplicación de los cambios en la ingeniería durante este proceso. En tercer lugar, reconocía la necesidad de mejorar las comunicaciones entre todo el equipo de mecanización desde el diseñador de piezas, el fabricante de utillajes y el moldeador.

Cimatron se compromete a reducir el proceso de fabricación de una herramienta en un 50%. El hecho de que los fabricantes de utillajes empleasen el 80% de la fabricación de herramientas para resolver problemas de diseño y no en el proceso de fabricación, hizo preocuparnos para establecer mejores herramientas en el análisis geométrico. Las técnicas tradicionales CAD/CAM para desarrollar superficies, moldear bases, gráficos, y trayectorias de herramientas NC no ofrecían el suficiente ahorro de tiempo para merecer este cambio paradigmático del 50% en la fabricación tradicional de herramientas.

Problemas en el diseño de herramientas

Cuando un producto se fabrica según un molde o se estampa la geometría de la pieza se tiene que dividir según el punzón y la cavidad del molde o matriz que lo forman. La superficie normal respecto a esta división se denomina superficie de partición y las líneas de división se denominan líneas de partición. Para la extracción de la pieza del molde (gráfico 1) es necesario que el producto se diseñe con conicidad y sin negativos. Una vez abierto el molde podemos extraer la pieza. A la hora de la expulsión de la pieza no se produce ni pérdida de material ni arrastre. Si las piezas tienen paredes completamente verticales, se producirán manchas en el producto a medida que se roce con la cara metálica de la herramienta. La localización de la línea de partición y la consiguiente conicidad de la pieza son decisiones de diseño que afectan tanto a la estética como a la funcionalidad del producto. Estas decisiones se deben tomar antes de que la pieza se envíe al fabricante de utillajes; cuando el tiempo constituya un factor importante.

Los negativos son aquellas partes de la pieza que no se pueden dibujar. Si un negativo se convirtiese en un molde sin ningún mecanismo que lo libere, la pieza quedaría destruida a la hora de abrir el molde o a la hora de la expulsión. Los negativos normalmente se dividen en dos categorías: internos y externos. Como regla general, las correderas se usan para extraer los negativos externos y los patines para extraer los negativos internos.

Con el software tradicional de CAD/CAM el desarrollo de las líneas de partición y de las superficies puede durar bastante debido a la cantidad de intentos y errores. Quedó claro que lo que se necesita es un entorno que permite que se lleven a cabo varios intentos en tan sólo unos minutos.

Una de las tareas de análisis geométrico que más tiempo consume es la de determinar la división, o la línea de partición para el diseño del punzón y de la cavidad. La aplicación de la división constituye, en realidad, un análisis geométrico de las superficies para determinar la visibilidad de estas superficies desde diferentes direcciones. El problema que hay que superar en cuanto a este análisis es, en primer lugar, la velocidad de cálculo. Los datos CAD de ingeniería son demasiado complicados para un análisis convencional. Además, el análisis se debe llevar a cabo con una geometría incompleta e inexacta con buenas capacidades de edición. Para encontrar soluciones a estos problemas, R&D se dirigieron al campo del proceso de imagen. No obstante, una herramienta de modelado para la partición de la dirección de las superficies también debería entender la diferencia entre el material interno y externo, conocer los requisitos de una buena superficie de partición y disponer de funciones NURBS, robustas y de última tecnología, para el modelado de superficies.

QuickSplit

QuickSplit es un nuevo paquete de software que se utiliza para la automatización, la búsqueda y la separación del punzón y cavidad, y de las correderas con el fin de ayudar al usuario a determinar el número de acciones que requerirá un molde. Tras abrir una pieza del Cimatron, IGES o de cualquier traductor de datos estándar e indicar una dirección de expulsión general (a través de una selección de geometría o un vector definido por el usuario) QuickSplit determina automáticamente las líneas de partición y separa las caras del molde. Si es necesario, se crean líneas (gráfico 3) y las caras relevantes se separan. QuickSplit es tolerante respecto a las superficies con huecos, los límites mal emparejados o las caras ausentes y no es necesario aplicar una tecnología curativa con sólidos sobre el modelo; por tanto, se ahorra tiempo importante en la corrección de los datos. En la animación del movimiento de los componentes la sección dinámica y los planos de división muestran las funciones del molde, reducen el error humano y verifican el diseño de la pieza. QuickSplit permite varias correcciones de intentos y errores en muy poco tiempo llevando así a cabo direcciones de dibujo óptimas.

El análisis de conicidad (gráfico 4) es importante para el diseño de las herramientas. QuickSplit permite a los diseñadores realizar un análisis de conicidad sobre cualquier componente para identificar los posibles problemas con los negativos, las localizaciones para mover el punzón y cavidad o los postizos, y confirmar la mínima conicidad por cada lado. Las variantes de conicidad en la pieza se sombrean para identificar estas áreas problemáticas. La conicidad debe aplicarse desde las líneas de partición hasta todas las paredes de la pieza de plástico. Si no aplica correctamente la conicidad a su modelo CAD se verá perjudicado de las siguientes maneras:

El fracaso en la aplicación de la conicidad a un archivo CAD antes de enviarlo al fabricante de moldes obliga al diseñador del molde a suponer cuál era la intención del diseñador. Normalmente el diseñador del molde no conoce la función de la pieza.

El diseñador de herramientas que aplica la conicidad sin conocer las piezas del cliente, la chapa metálica o los componentes consume un tiempo importante.

Debido a las restricciones de tiempo, los diseñadores de utillajes a menudo no comunican a los diseñadores de piezas cuáles son las paredes que se están cambiando. A menudo los diseñadores de utillajes usan un paquete CAD diferente al del diseñador de piezas de modo que aunque la industria mecánica devuelva un modelo de conicidad será difícil de juntarlo con otras piezas. Es muy frecuente que cuando el molde se fabrica y las piezas no se ajustan , se pierde tiempo trabajando de nuevo sobre la herramienta.

Cambios en la ingeniería

Los ECOs (ordenes de cambios en la ingeniería) constituyen una parte del ciclo de fabricación del producto. El coste, la calidad, la velocidad, y la innovación son las fuerzas motores en el diseño del nuevo producto y su fabricación. En general, se reconoce que los cambios introducidos en el comienzo de la fabricación del producto son relativamente fáciles y se pueden llevar a cabo de manera eficaz. No obstante, cuando los cambios se introducen más tarde en el proceso de fabricación del producto, el coste que resulta de este cambio es considerable.

Los fabricantes de utillajes son conscientes de que los cambios en la ingeniería son inevitables. Dentro del proceso de diseño de herramientas, es normal recibir varios cambios de ingeniería que deben incorporarse en el diseño de la herramienta. Estos cambios de diseño se reciben como Datos Matemáticos bajo el formato estándar industrial IGES. La realización de dichos cambios consume mucho tiempo y debido a la mala comunicación es también muy propensa a errores. Cuanto más rápido se descubren los cambios, se aceptan y realizan más rápido se pueden fabricar los moldes, herramientas y matrices - más rápido se pueden lanzar los nuevos productos en el mercado-.

Para llevar esto a cabo, el análisis no se puede realizar en cualquier ubicación, de un modelo a otro. En primer lugar, se realiza una búsqueda para detectar las áreas diferentes. Se reúnen los resultados. Cuando un área se determina como diferente, entonces puede considerarse como un área cambiada. A continuación, estas zonas se presentan de nuevo para analizar de forma más precisa esta área. Este proceso de análisis de reducción y de comparación se continúa y el algoritmo de diferencia cero entre las distintas propiedades. La comparación se lleva a cabo calculando las distancias entre cada vértice de la faceta de cada modelo que se compara y la superficie más cercana del modelo base, que tiene la misma dirección como vector normal que la faceta.

QuickCompare

QuickCompare ayuda al diseñador de herramientas a determinar la extensión y efecto de los cambios en la ingeniería sobre la geometría de la pieza. QuickCompare compara matemáticamente (gráfico5) las diferencias geométricas entre los dos grupos, marca gráficamente estas diferencias y recoge estos cambios en el archivo CAD. Esto permite al diseñador de herramienta a actualizar los componentes relativos y la mecanización mientras archiva los cambios en ingeniería. El proceso de "investigación" CAD, normalmente largo e impreciso, se reduce en unos segundos haciendo así fácil y clara la gestión de información sobre el cambio. Con QuickCompare se pierde menos tiempo en los ECOs de modo que los moldes, herramientas y matrices se pueden fabricar más rápido y así los nuevos productos se pueden lanzar en el mercado más rápidamente. Lo que es más importante es que QuickCompare asegurará que se encuentren todos los ECOs independientemente si estuviesen relacionados con el diseño o no.

En muchas empresas sobretodo en aquellas que producen moldes complejos, herramientas y matrices, el procesamiento rápido y exacto de los ECOs dentro de la empresa o por parte del cliente requieren un tremendo esfuerzo. Lo que es aún más importante es que dependiendo de cómo reacciona la empresa ante un cambio producido por parte del cliente se determina si el producto se entrega a tiempo y con ganancia. Además, la posibilidad de recibir cualquier otro pedido de dicho cliente queda afectada.

Al automatizar el proceso de detección QuickCompare se ayuda a asegurar que el valioso tiempo del ingeniero se emplee en las tareas de análisis y solución de problemas para las que éstos han sido entrenados en lugar de dedicarlo a buscar cambios de diseño. Además, los errores relacionados con las búsquedas manuales se eliminan y el proceso se lleva a cabo no sólo de forma más rápida sino también más eficaz. En la industria de fabricación de utillajes el tiempo requerido para lanzar un producto en el mercado es muy importante. Al acelerar el proceso de reunión de información, Quick Compare permitirá que el producto se lance más rápidamente al mercado.

Herramientas de análisis y presupuesto

La comunicación entre las personas no carece ni de errores ni de malentendidos y tampoco es completamente eficaz. Existe una clara necesidad de mejorar la comunicación entre todos los miembros del equipo de fabricación de utillajes; desde el diseñador de la pieza hasta el fabricante de la herramienta y el moldeador. La necesidad de poseer ciertas capacidades para colaborar en una tarea o el requisito de que cierto tipo de información se comparta entre los colaboradores afecta el diseño de la herramienta. La colaboración implica un trabajo común para llevar a cabo un objetivo común aunque las razones para colaborar y el modo en que esta tarea se realiza puede variar entre los colaboradores.

Con el tipo de utilidades mencionadas anteriormente, el presupuesto y la estimación de la fabricación de una herramienta ahora puede implicar un análisis más completo. La capacidad de elaborar un presupuesto de manera precisa y de calcular el coste constituye una de las funciones más importantes en una empresa ya que una estimación errónea y una pérdida de capital enviaría a sus clientes a la competencia. Los cálculos manuales pueden requerir horas para completarse y aún así no garantizan que algunas de las partes integrantes no se vayan a pasar por alto. Durante la elaboración de un presupuesto, el departamento de ingeniería se encarga de leer en el modelo IGES, pedir información, determinar las acciones, cortar varias secciones y establecer dimensiones clave.

QuickConcept

Con QuickConcept (gráfico 6) los usuarios pueden visualizar modelos 3D CAD/CAM sin tener que utilizar un sistema CAD. QuickConcept ofrece un diseño preliminar de herramientas, un análisis geométrico, una visualización y aumento de las utilidades diseñadas para los fabricantes de utillajes. Con esto el equipo de fabricación de la herramienta tiene la ventaja de visualizar la acción de la herramienta completada como una maqueta digital sin tener que invertir las innumerables horas que un diseñador de herramienta suele dedicar en reunir la información exacta de diseño, realizar un análisis comparativo, un proyecto del análisis, el cálculo del volumen, el aumento, la sección dinámica a tiempo real y la exportación IGES ( para información split y ECO). Los diseñadores pueden compartir modelos 3D a través de Internet o por correo electrónico con los proveedores, los clientes, diseñadores, moldeadores, los directores, los vendedores, los responsables del marketing y otros ingenieros.

QuickConcept se puede usar como una herramienta de colaboración permitiendo a los diseñadores, suministradores y clientes elaborar sesiones visualizadas de revisión de modelo mediante una colaboración por Internet. Los usuarios pueden marcar las secciones de un diseño para recalcar áreas de discusión y reforzar las funciones de cavidad y punzón y de las correderas. Las características del Navegador procesador de datos permite a cualquier miembro del equipo "guiar" a los otros miembros a través del modelo proporcionando a los grupos un modo de comunicarse visualmente y colaborar en el proceso de mecanizado sin tener que descargar el modelo entero.

Conclusión

Quick Tooling busca perfeccionar el proceso de fabricación desde que se reciben los datos electrónicos iniciales hasta que se transporta el metal. Quic Tooling es el resultado de varios años de investigación que analizó el proceso de mecanizado y determinó el tiempo de toma de decisiones.

La tecnología CAD/CAM está empezando a reconocer la necesidad específica de un proceso de ingeniería y fabricación dentro de un entorno basado en Windows. Estos avances en el proceso de automatización reducen sustancialmente el ciclo de entrega de la herramienta, elevan las variables importantes de diseño y eliminan las tareas repetitivas.

Mientras en el pasado se requería mucho tiempo y dinero para producir un mecanizado de calidad con un sofware de nueva generación, ahora Quick Tooling puede contribuir a producir la misma herramienta en la mitad de tiempo.