Entrevista al profesor Dirk Biermann, del ISF de la Universidad Técnica de Dortmund, Alemania
Profesor Biermann, ¿con qué materiales se puede hacer un coche más ligero y, por lo tanto, más bajo en emisiones?
Las normas cada vez más estrictas de la política están sometiendo a la industria del automóvil a una gran presión, lo que obliga a los fabricantes a utilizar materiales más ligeros y a optimizar la combustión. Si se reduce el tamaño del motor, se reduce al mismo tiempo el peso del vehículo. Un motor de cuatro cilindros tiene hoy día una potencia parecida al de seis cilindros antiguo. Esto sólo se consigue con turboalimentadores o compresores y optimizando el proceso de combustión. El problema es que los componentes sufren una carga mucho mayor y se necesitan aceros de muy alta resistencia. Los denominados aceros bainíticos, por ejemplo, responden a estas exigencias.
Los aceros bainíticos, ¿para que piezas del vehículo se utilizan y de qué condiciones dependen?
Los aceros bainíticos se pueden utilizar para bielas, cigüeñales y, sobre todo, para sistemas de inyección diésel. Cuando se mecanizan estos aceros, las herramientas se someten a una gran carga termomecánica debido a la gran resistencia. Por eso experimenta nuestro instituto con materiales de corte y recubrimientos apropiados que resistan estas cargas. También optimizamos herramientas en lo relativo a su conformación, por ejemplo para el taladrado de orificios profundos, de manera que resistan mejor a los materiales más sólidos.
Eso no es todo en lo que está investigando. ¿Qué materiales siguen dando dolor de cabeza a la industria del mecanizado?
Para los componentes del motor y del chasis se pueden utilizar asimismo materiales de titanio, que también son muy ligeros. Y también con el titanio se desgastan las herramientas con rapidez, sobre todo por la alta carga térmica. Por esta razón apuesta el ISF por el enfriamiento criogénico del proceso con CO2, en el que desde una boquilla se proyecta una mezcla de finas partículas de dióxido de carbono y gas de CO2 a -78 °C que da en el punto de arranque de viruta. Nosotros lo llamamos el chorro de nieve. Con el enfriamiento criogénico también podemos reducir la proporción de oxígeno en la zona de virutaje y, por tanto, las reacciones químicas del material con el oxígeno del aire ambiente. Por último, con el enfriamiento criogénico se puede mejorar asimismo la rotura de viruta.
En el torneado y el taladrado está el filo cortante continuamente en acción, por lo que, en caso extremo, se produce una única viruta larga que puede enrollarse alrededor de la pieza de trabajo y también es peligrosa para el operario de la máquina. Si se enfría el material con CO2, los materiales fácilmente deformables se vuelven más frágiles y la viruta se rompe antes. Las partículas de nieve poseen además energía cinética, lo que mecánicamente facilita la rotura de viruta.
¿La industria del automóvil está procesando ya aceros bainíticos y aleaciones de titanio?
Los aceros bainíticos están en fase de desarrollo y se están ensayando sobre todo en sistemas de inyección de motores diésel. Los materiales de titanio se están aplicando hasta ahora solamente en la aeronáutica y en vehículo deportivos de lujo. Hasta que podamos ver estos materiales en los vehículos de gama media, puede pasar algún tiempo.
Cooperación entre ISF y Walter
Actualmente, el Instituto de Tecnología de Mecanizado (ISF: Institut für spanende Fertigung) coopera con Walter en un proyecto para el mecanizado con arranque de viruta de aceros bainíticos de alta dureza. Además, Walter tiene previsto participar también en las investigaciones del ISF para el torneado criogénico de materiales con base de titanio y níquel y desarrollar sistemas de herramientas adaptados a ese nuevo enfriamento de proceso. Otro proyecto de cooperación trabaja con la preparación completa de complejas herramientas para arranque de viruta a fin de incrementar su rendimiento.
Aceros bainíticos
La bainita se produce en el tratamiento térmico de acero al carbono por transformación isotérmica (en la que la temperatura se mantiene invariable) o por enfriamiento continuo. Este tratamiento se denomina también bainitizado. La fina distribución de carburo que se alcanza en este proceso proporciona excelentes propiedades de resistencia y tenacidad.
Enfriamiento criogénico del proceso
El enfriamiento criogénico en el denominado chorreado con nieve de CO2 consiste en rociar el punto de arranque de viruta con una fina niebla de dióxido de carbono líquido. A temperaturas de -78 °C, se forman cristales de nieve de CO2 en la boquilla de salida de la arista de corte. Con este proceso se mejoran notablemente la duración de la herramienta y los datos de corte.
