Más duros, más ligeros, más progreso

Sólo el motor de un vehículo cuenta con unas 5.000 piezas y prácticamente cada una de ellas requiere una técnica de mecanizado distinta. “Precisamente eso es lo que hace tan interesante el sector”, comenta Ulrich Kasperzack, director de la División Automoción y Motor de Walter. Desde hace 18 años son los vehículos los que dan sentido a la vida profesional de Kasperzack pero la actual fase de transformación hacia una movilidad ‘más verde’ también es excepcional para él. Kasperzack ve la electromovilidad como tema número uno del futuro para el sector: “El vehículo eléctrico se establecerá como vehículo urbano y habrá soluciones híbridas para recorridos medios y largos” según su valoración.

Todo el mundo habla del vehículo eléctrico, pero tiene un fallo: su escasa autonomía. El objetivo con frecuencia mencionado de los 500 kilómetros sólo se puede conseguir, hoy por hoy, si no se utilizan el aire acondicionado, la radio, los limpiaparabrisas o la luz; de lo contrario, después de 150 kilómetros como máximo, se acabó. Como esto no satisface a nadie, es necesario que los vehículos adelgacen: Renault, BMW o Mercedes, prácticamente todos los fabricantes apuestan en este momento por la construcción ligera.

Un material muy prometedor para el caso es el carbono: duro como el acero y pesa sólo una quinta parte. Con un peso de 1,5 kilogramos por decímetro cúbico, los plásticos reforzados con fibra de carbono (CFK para reforzado con fibra de carbono y GFK para reforzado con fibra de vidrio) tienen el papel principal para los especialistas en construcción ligera. Un punto débil tiene el nuevo material: el efecto de entalladura. Durante el mecanizado es necesario cortar limpiamente las fibras para evitar que se produzca deslaminación, es decir, que las fibras se arranquen. De lo contrario existe un alto riesgo de rotura. Además, los filos de corte de las herramientas de metal duro usuales, recubiertas o no recubiertas, se redondearían rápidamente debido al efecto altamente abrasivo de las fibras. El carbono requiere, por tanto, herramientas especialmente resistentes.

El material más duro que existe en la tierra es el diamante. Para la producción de herramientas se utilizan materiales de diamante policristalino (PCD) de diamante sintético. Las herramientas PCD se presentaron por primera vez en los años 80 y significaron toda una revolución en el desarrollo de los materiales de corte, pero también en la fabricación de herramientas. El granulado de diamante sintético junto con un sustrato de metal duro se someten a un proceso de sinterizado. El cobalto, componente del metal duro, actúa de catalizador provocando una intensa adherencia de las partículas de diamante. El resultado es un material de corte con la dureza, la resistencia al desgaste y la agudeza de un diamante. El nitruro cúbico de boro (CBN) es, junto con el diamante, uno de los materiales de corte más duros. Al igual que el PCD se fabrica en un proceso a alta temperatura y alta presión.

Las placas en bruto generadas en el proceso de sinterizado se mecanizan posteriormente con métodos de electroerosión y rectificado para obtener herramientas. El CBN también se cuenta, como el PCD, entre los materiales de corte preferidos en el sector automovilístico de Walter.

La especialista en herramientas de diamante dentro de la Walter AG es la empresa filial autónoma Werner Schmitt PKD-Werkzeug GmbH ubicada en Niefern-Öschelbronn, en el Distrito de Enz (Baden-Württemberg). Esta empresa ofrece todo un programa de herramientas de diamante para el mecanizado de componentes fabricados tanto con el ya convencional material de construcción ligera aluminio, como con los nuevos materiales de fibra de carbono. Las herramientas PCD fabricadas por Schmitt, con la marca tecnológica de Walter MODCO, se utilizan sobre todo para el mecanizado de culatas y cajas de engranaje. Duración extremadamente alta y máxima precisión dimensional son necesarias para que un motor de combustión funcione óptimamente.

El mecanizado de metales ligeros y de plásticos exige conceptos de mecanizado diferentes que para materiales de acero o fundición, por lo que también está aumentando considerablemente la variedad de procesos. Analizar y optimizar el desarrollo de los procesos son, por tanto, dos importantes ofertas que Walter hace a sus clientes. En el análisis se incluyen asimismo las fases precedentes a la producción, como la selección y el preajuste de las herramientas, e incluso el reciclaje adecuado o la eliminación respetuosa con el medio ambiente. “No se trata de que por una parte está el cliente y por otra el fabricante de herramientas, sino que ambos nos sentamos a una mesa, vemos conjuntamente lo que el cliente hace y lo analizamos de forma crítica”, explica Kasperzack el principio y menciona algunas cuestiones posibles: “¿Tiene sentido, por ejemplo, mecanizar una pieza de trabajo en varios pasos con herramientas estándar?, ¿o sería mejor reducir los pasos de trabajo utilizando herramientas especiales? La reducción de costes que se lograra de esta forma, ¿compensaría el mayor precio de las herramientas especiales? ¿Se pueden alcanzar adicionalmente mayores velocidades de corte aplicando nuevas tecnologías de recubrimiento?” Casi siempre hay algo que mejorar, y casi siempre se detecta al menos un componente en el que Walter, en comparación con sus competidores, está en la vanguardia.

Los nuevos materiales

El CFK (plástico reforzado con fibra de carbono) es un material compuesto de fibras y plástico en el que se incrustan las fibras de carbono, generalmente en varias capas, en una matriz de plástico para reforzarla. El CFK es una de las claves para reducir el peso de la carrocería de un vehículo y aumentar al mismo tiempo su rigidez, algo que es decisivo para la estabilidad del habitáculo. Además de en la construcción de vehículos y en la industria aeronáutica y aeroespacial, el material se utiliza también en artículos de deporte como bastidores de bicicleta, patines de velocidad o raquetas de tenis. El GFK (plástico reforzado con fibra de vidrio) es un compuesto de plástico y fibras de vidrio. Como base se pueden utilizar plásticos termoestables (p. ej. resina de poliéster) y termoplásticos (p. ej. poliamida). Son típicos los componentes reforzados con fibra sin fin que se producen con propiedades de material previamente definidas. Peso reducido, alta resistencia a la fatiga y una producción económica hacen de este plástico un material muy conveniente. Sin embargo, el plástico reforzado con fibra de vidrio no es adecuado cuando se da un alto requerimiento de rigidez.

Conceptos de mecanizado en la industria del automóvil

Además del avance y la duración, para los costes de mecanizado es especialmente decisiva la velocidad de corte. En acero o fundición es de entre 200 y 400 metros por minuto, mientras que en metales ligeros como el aluminio se puede alcanzar un mecanizado de alta velocidad con entre 500 y 5.000 metros por minuto o más. Aun así se mantienen los costes de herramientas en un margen aceptable. Por el contrario, los materiales altamente abrasivos como CFK y GFK sólo se pueden mecanizar con velocidades de entre 100 y 300 metros por minuto y con una duración muy reducida; aunque la velocidad de corte exacta depende de factores como el espesor y la calidad del material. Los complejos procesos necesarios para el mecanizado de plásticos reforzados con fibra de carbono sólo han resultado rentables hasta ahora en su aplicación para vehículos deportivos de lujo; actualmente se está trabajando en su optimización para la fabricación en grandes series de vehículos eléctricos.

Walter Tools ofrece entretanto sus servicios en los cinco continentes. Uno de los mayores proyectos lo está tratando el departamento de Kasperzack con el proveedor de un fabricante de automóviles en Corea del Sur. “Su negocio comenzó hace algunos años en un sótano con la producción de uno o dos componentes para turbocompresores”, refiere Kasperzack. “Nosotros pusimos las herramientas para varias operaciones con tecnología de mecanizado y optimización incluidas. De aquellos inicios ha surgido entretanto una fábrica con más de 30 centros de mecanizado de cuya gestión de herramientas tenemos nosotros la responsabilidad. El cliente ha obtenido actualmente tres pedidos grandes para los cuales compra centros de mecanizado en Alemania para llevarlos a Corea del Sur. Walter Tools se ha consolidado una vez más frente a sus competidores y suministra todo el paquete de herramientas, incluida la tecnología para los centros de mecanizado”, relata orgulloso el director: Una asociación sólida es para él una fórmula de éxito.