Mecanizado fiable de carcasas pequeñas para motores eléctricos de magnesio y aluminio

En el 2018, solo en Alemania, se fabricaron un millón de bicicletas eléctricas. En la fase de producción, las carcasas del motor plantean un gran desafío. Después de todo, tienen que ser pequeñas, ligeras y, al mismo tiempo, muy precisas. El pequeño tamaño de toda la unidad es el resultado del espacio limitado disponible en una bicicleta eléctrica. La mayoría de los motores se instalan directamente en o sobre el propio bastidor de la forma más discreta posible. Todas las unidades deben ser especialmente ligeras. Cuanta menos carga tenga que mover, menos tendrá que ‘trabajar’ el motor y más tiempo durará la batería sin necesidad de cargarla. Después de todo, las carcasas deben fabricarse con alta precisión para garantizar que el motor funcione de manera silenciosa y suave. Además de esto, solo un motor fabricado con precisión funciona sin problemas y alcanza el máximo nivel de eficiencia.

Como resultado de los requisitos mencionados anteriormente, generalmente la mayoría de los fabricantes de motores eléctricos pequeños utilizan aluminio fundido a presión para producir las carcasas de motor, pero cada vez es más habitual que utilicen magnesio fundido a presión. Ambos materiales son muy ligeros. El magnesio tiene una densidad de 1,7 g/cm³ y, por tanto, es ligeramente más ligero que el aluminio con una densidad de 2,7 g/cm³. Además de esto, el magnesio es incluso más fácil de fundir que el aluminio. Esto permite diseños con paredes aún más delgadas y estructuras más complejas. Ya sea que estén hechos de aluminio o magnesio, la mayoría de las carcasas del motor constan de la carcasa más una o dos cubiertas. Las carcasas, tienen paredes muy delgadas y son inestables, por lo tanto, son susceptibles de vibraciones. Los contornos en varias etapas dentro de la carcasa, proporcionan espacio para los diversos componentes funcionales de los motores. Los requisitos geométricos y dimensionales son altos: se especifican tolerancias de forma, funcionamiento y posición, muy estrechas.

“Para el mecanizado de las carcasas, las propiedades del material y las paredes delgadas de la pieza, plantean los mayores desafíos”, dice Leander Bolz, gerente de Ventas en el Centro de Competencia Mapal —comercializada por Ayma Herramientas— para herramientas PCD. Además, las carcasas a menudo ya están recubiertas cuando se mecanizan. Estos recubrimientos no deben dañarse durante el mecanizado. “Nuestros clientes de este sector producen volúmenes muy elevados, por lo que es igualmente importante que las herramientas para el mecanizado sean económicas”, añade Bolz.

En las últimas décadas, Mapal ha ganado una amplia experiencia en el mecanizado de carcasas de motores pequeños tanto en aluminio como en magnesio. “Siempre se han utilizado carcasas pequeñas para motosierras, ciclomotores o cortadoras de césped, por ejemplo, pero con la electrificación los requisitos de precisión han aumentado aún más”, explica Leander Bolz. Por eso Mapal ha adaptado su programa para el mecanizado completo de carcasas pequeñas a las condiciones cambiantes. En primer lugar, las herramientas de PCD y de metal duro son las más adecuadas para mecanizar ambos materiales. En algunos casos, los expertos en herramientas diseñan el proceso como mecanizado en seco. Los canales pulidos para las virutas y las superficies especialmente lisas de las herramientas evitan que se ensucien. Esto hace que el proceso de mecanizado sea seguro incluso sin la necesidad de emplear líquido refrigerante.

“Cuando se trata de diseñar las herramientas para mecanizar una carcasa de magnesio, siempre estamos en el límite de tolerancia superior”, explica Bolz. Esto se debe a que las tensiones en el interior de la pieza, los diferentes espesores de recubrimiento o la ductilidad del material, hacen que después del mecanizado y debido a la introducción de calor del mismo, se produzcan desviaciones en el diámetro de los agujeros mecanizados. “Solo después de una perforación de prueba con una verificación dimensional subsiguiente de la pieza, determinamos los diámetros de herramienta requeridos, que también se aplicaran a las herramientas posteriores”.

Para que el mecanizado de carcasas de motor sea lo más económico posible y reduzca al mínimo el tiempo improductivo, se combinan varios pasos de trabajo para las herramientas individuales.

Un ejemplo es la herramienta para el mecanizado del asiento del cojinete de una carcasa de magnesio. “Durante este proceso de mecanizado, tuvimos que lidiar con fuertes vibraciones ya que la pieza tiene paredes extremadamente delgadas, especialmente en el área del tercer orificio del rodamiento”, recuerda Leander Bolz. La herramienta debe eliminar 0,6 - 1 mm de material en los orificios prefabricados.

El cliente tenía altas exigencias:

• Redondez <0,01 mm.
• Tolerancia de diámetro IT7.
• Profundidad de rugosidad media Rz <10 µm.

Mapal diseñó una herramienta combinada de PCD compleja y con múltiples escalones. “Esto nos permitió mecanizar los tres orificios de los cojinetes y el orificio de posición del asiento del cojinete de una sola vez, de una manera fiable y dentro de las tolerancias requeridas”, dice Bolz.

La herramienta trabaja con los siguientes valores de corte:

• Velocidad del husillo 8.000 rpm.
• Velocidad de avance 3.200 - 4.800 mm / min.
• Avance 0,1 - 0,15 mm/rev.

Otra herramienta combina los procesos de fresado y taladrado. Mientras en un paso mediante una operación de taladrado se mecanizan el orificio del cojinete y el orificio de posición, se utiliza otro paso de operación de fresado para producir la ranura de sellado. “Así mismo, con esta herramienta, nuestra principal tarea era evitar vibraciones y reducir la presión de corte”, explica Bolz. Los expertos en herramientas lograron esto coordinando de manera óptima el número de dientes y la geometría en la operación de fresado. “Esto también nos ayuda a evitar virutas en la ranura y garantiza que el proceso de fresado se ejecute de forma fiable”, dice Bolz.

La operación de fresado de la herramienta funciona con los siguientes valores de corte:

• Velocidad del husillo 8000 rpm.
• Velocidad de avance 7.200 mm / min.
• Avance 0,15 mm.

Mapal ofrece el paquete completo

Mapal también diseñó las otras herramientas para el mecanizado completo de la carcasa como herramientas combinadas. “Para uno de nuestros clientes, mecanizamos la carcasa completa con solo ocho herramientas”, dice Bolz. Sin embargo, este número varía según la pieza, el material de la pieza de trabajo y los requisitos. Otro cliente con una carcasa mucho más compleja requiere 31 herramientas. “Hoy ofrecemos el paquete completo para el mecanizado de pequeñas carcasas de aluminio o magnesio. Dependiendo de los requisitos y la complejidad, diseñamos el concepto de herramienta adecuado”, concluye Bolz.