Nuevas estrategias de mecanizado de transmisiones

Los talleres se han enfrentado a escenarios variables de alta y baja demanda durante la pandemia COVID-19. No obstante, independientemente de la circunstancia, la reducción de costes es siempre una prioridad.

Tomemos como ejemplo el mecanizado de engranajes. Los fabricantes buscan más flexibilidad para mecanizar engranajes, pero conseguirlo a la vez que se reducen costes no es tan sencillo. Tradicionalmente, los proyectos que implicaban el mecanizado de engranajes dependían de máquinas y procesos especiales, más si cabe en la producción en serie. Esto supone limitaciones —y a menudo mayores costes— en el proceso de producción.

Hay tres nuevas formas de mecanizar transmisiones, que permiten alejarse de estas limitaciones. Además, estas ventajas van más allá de la automoción hasta áreas de la ingeniería general, la energía eólica, aeroespacial e incluso la robótica.

Las transmisiones de VE también deben tardar en desgastarse para resistir mayores rpm, y son, por tanto, más difíciles de mecanizar.

El power skiving es una técnica de corte rotativo donde la herramienta engrana con el engranaje que se está mecanizando. El proceso de corte continuo permite realizar todo el mecanizado en un único reglaje. Básicamente, combina el tallado con fresa madre y la conformación, y el ángulo de intersección entre la herramienta y el eje del engranaje, y la velocidad de giro son decisivos para la productividad.

El power skiving nos acompaña desde hace más de 30 años; así que ¿por qué hablo de este método en un artículo dedicado a las nuevas formas de mecanizado de transmisiones? Porque los cambios que se están produciendo en el entorno del mecanizado afectarán a una variedad de sectores, entre ellos, la fabricación de transmisiones de vehículos eléctricos (VE). Voy a explicarme.

El conocimiento transmitido solía ser que los VE no necesitaban múltiples engranajes o transmisiones. Pero esta visión ha cambiado y vehículos como los Tesla y Porsche están implementando VE de varios engranajes. Los motores eléctricos alcanzan mayores revoluciones por minuto (rpm) que los vehículos convencionales; 20.000 rpm en motores eléctricos frente a solo 4.000 y 6.000 rpm en motores de combustión convencionales. En estos casos, se necesita una caja de cambios de reducción para rebajar estas rpm a un nivel manejable.

Estas transmisiones de VE también deben tardar en desgastarse para resistir mayores rpm, y son, por tanto, más difíciles de mecanizar. Además, al producir estas piezas, los fabricantes deben centrarse en el volumen de viruta, que refleja la velocidad a la que se mecaniza la pieza.

Otra gran demanda de las transmisiones de los VE es la reducción del ruido de la caja de cambios dado que el motor no emite ruido alguno. Esto significa producir componentes con tolerancias más estrechas y entraña un mecanizado más exigente.

Por ello, la cuestión a la que se enfrentan los talleres es: ¿queremos una productividad acelerada o algo diferente? Esta agilidad no podrá alcanzarse mediante procesos de fabricación de transmisiones tradicionales. En cambio, el power skiving ofrece la posibilidad de mecanizar el componente en una máquina multitarea o centro de mecanizado en un único reglaje. Esto reduce el tiempo de producción, mejora la calidad y rebaja los costes de manipulación y logística.

Las ventajas del power skiving fueron evidentes cuando un gran cliente de automoción sueco pidió que Sandvik Coromant le suministrara una solución para mecanizar un componente específico.

En colaboración con el equipo de desarrollo de automoción del cliente, el proyecto demostró la posibilidad de aplicar power skiving con dos máquinas de 5 ejes, usando la propia fresa con plaquita intercambiable CoroMill 180 para power skiving. CoroMill 180 ha sido diseñada para la producción acelerada de engranajes y estriados. El cliente logró un tiempo de ciclo mejor al esperado. Inicialmente, quería un tiempo de ciclo de máximo 14 minutos por componente y Sandvik Coromant logró un tiempo de ciclo de menos de 1 minuto por componente.

Las ventajas del power skiving no se limitan a la industria de la automoción, sino que llegan a otros sectores, que incluyen la ingeniería general, las turbinas eólicas, la industria aeroespacial y la robótica. La industria aeroespacial en particular prioriza la reducción de costes. Los efectos de la pandemia COVID-19 en la industria han sido importantes; con una reducción de la cuota de producción de aeronaves del 30% según Airbus.

Al igual que los VE, los motores aeroespaciales más antiguos se están actualizando para ofrecer mayor rendimiento y eficiencia, por lo que su producción también evolucionará. La flexibilidad del power skiving tiene mucho que ofrecer aquí, gracias a, por ejemplo, su capacidad de mecanizar cerca de las escuadras, lo que ofrece más libertad en el diseño de la pieza. Dado que los componentes aeroespaciales están hechos de materiales más exigentes, también pueden exigir plaquitas más tenaces.

Esto está cubierto por el lanzamiento de un par de nuevas calidades de plaquita de torneado de metal duro para ISO P, GC4415 y GC4425 a la gama de Sandvik Coromant. Sus nombres hacen referencia al área de aplicación ISO P15 y P25, que a su vez se refieren a los requisitos que las diferentes condiciones de trabajo exigen de los parámetros de corte. Cada una ha sido diseñada para ofrecer una resistencia al desgaste, resistencia térmica y tenacidad optimizadas.

El recubrimiento de las plaquitas presenta la segunda generación de la tecnología Inveio, con orientación unidireccional del cristal en la capa del recubrimiento de alúmina. Cada cristal apunta en la misma dirección —lo que puede verse con el microscopio—, creando una fuerte barrera en la zona de corte y proporcionando a la plaquita incluso mayor resistencia al desgaste y vida útil.

Al igual que el power skiving, las plaquitas como GC4415 y GC4425 pueden ofrecer un desgaste predecible; y mejorar por tanto la utilización de la máquina y el ahorro de costes. Asimismo, sus beneficios afectan no solo a la automoción sino también a la ingeniería general, la energía eólica y la robótica; de hecho, cualquier aplicación que requiera componentes para engranajes.

Sea cual sea el sector, la auténtica ventaja es la mejora del volumen de viruta, la capacidad de mecanizar componentes con una máquina en un reglaje y la mayor utilización de la máquina. Según las conclusiones de Sandvik Coromant, un incremento de la utilización de la máquina del 20% puede suponer un margen de beneficio bruto un 10% mayor.

Lograr estas ventajas requiere más que herramientas como CoroMill 180. Comprende algo más extenso. Es ahí donde entra en juego PrimeTurning.

En el método PrimeTurning, la herramienta entra en la pieza a la altura del portapinzas y va eliminando material a medida que avanza hacia el extremo de la misma, priorizando los importantísimos regímenes de arranque de viruta. Esto proporciona ángulos de posición más pequeños, ángulos de inclinación más grandes y mayores datos de corte. Los componentes pueden fabricarse con las mismas herramientas convencionales, por lo que los talleres pueden alternar procesos tradicionales con procesos nuevos.

Algunas aplicaciones podrían ver un incremento de la productividad superior al 50% con PrimeTurning. A esto podemos sumar nuestro software CoroPlus Tool Path, que proporciona códigos y técnicas de programación para configurar parámetros y variables que maximizan la producción.

Indistintamente de si la respuesta a su problema es el power skiving, las nuevas plaquitas de metal duro o el PrimeTurning, estas nuevas formas de mecanizar pueden aportar grandes mejoras a los procesos del fabricante y, lo que es más importante, sus resultados finales.

Al usar estos métodos, los talleres pueden dejar de hacer lo de siempre y garantizar que el cambio merece la pena.