El panorama global del vehículo eléctrico (VE) se presenta más competitivo que el de los mercados automovilísticos de décadas anteriores, ya que cada vez más fabricantes —grandes y pequeños— compiten para hacerse un hueco. ¿Cómo pueden los fabricantes mantenerse a la cabeza de la competencia y, al mismo tiempo, superar los crecientes retos que plantean los materiales difíciles de mecanizar, como los aceros de alta resistencia? En este artículo, Staffan Lundström, director de producto del especialista en corte de metales Sandvik Coromant, explica por qué un innovador método de mecanizado omnidireccional, junto con la siguiente generación de plaquitas CoroTurn® Prime tipo B, es la respuesta.
Desde mediados de los años treinta, los «Big Three» (Tres Grandes) fabricantes dominaban el mercado automovilístico de EE. UU.: General Motors, Ford y Daimler Chrysler. Y así continuó durante más de 70 años. Sin embargo, la competencia entre los fabricantes de automóviles está cambiando, tanto en EE. UU. como en los principales mercados mundiales de VE: Asia-Pacífico, seguida de Europa.
Según recoge Matthias Holweg en The Evolution of Competition in the Automotive Industry (Evolución de la competencia en la industria del automóvil) , un capítulo del libro Build To Order: The Road to the 5-Day Car (Fabricar por encargo: el camino hacia el coche de 5 días): «La competencia ha pasado del liderazgo en costes durante el apogeo de la producción en serie original de Ford, a la variedad y la oferta [y después] a la diversificación mediante el liderazgo en diseño, tecnología o excelencia de fabricación».
Esto también se aplica a los mercados de VE. Estos mercados se están presentando como más diversos y competitivos que los mercados automovilísticos de antaño, ya que grandes empresas consolidadas, como Porsche, compiten con pequeños fabricantes en expansión mundial, como Polestar. Según Statista, a escala mundial, estas empresas tienen que ponerse a la altura de China; de hecho, seis de los diez vehículos eléctricos enchufables más vendidos en todo el mundo eran de marcas chinas en 2021.
Para los fabricantes de equipos originales (OEM), los mercados competitivos están cambiando las exigencias impuestas a las piezas. Los VE tienen menos piezas, más pequeñas y ligeras, y deben soportar mayores niveles de par del motor eléctrico. Las piezas deben soportar mayor eficiencia energética y aumentar la densidad de potencia. Esto, por supuesto, exige mucho de las piezas, lo que ha provocado un cambio en la tecnología de los materiales.
Los especialistas de Sandvik Coromant prevén que este cambio incluya un aumento continuo del uso de aceros de alta resistencia, que pasarán de representar alrededor del 15 % de todos los materiales utilizados en la fabricación de automóviles en 2010, al 38 % en 2030. Estos nuevos materiales, incluidos los aceros limpios y ultralimpios, se fabrican con elementos de aleación y son capaces de resistir los retos mencionados -como los mayores niveles de par del motor eléctrico- porque tienen menos impurezas metalúrgicas.
Pero, ¿cómo se relaciona esto con la maquinabilidad? Con los aceros limpios y ultralimpios, observamos un aumento de la plasticidad del material, ya que la reducción de impurezas en los aceros se traduce en retos de mecanizado relacionados con la capacidad de rotura y la eliminación de virutas. Estos materiales tienen un alto rendimiento elástico que, a su vez, requiere mayores fuerzas de corte durante el mecanizado y crea mayores niveles de desgaste de la herramienta. Aunque los aceros de alta resistencia, limpios o ultralimpios son más difíciles de mecanizar, la creciente integración de la digitalización y la fabricación asistida por ordenador (CAM) en las líneas de producción está elevando los estándares de calidad y eficiencia de la fabricación.
Éstos son los retos a los que se enfrentan los fabricantes de automóviles, y los que no actualizan sus procesos de producción o recurren al tradicionalismo corren el riesgo de quedarse atrás. Pero, ¿cómo pueden los fabricantes dominar las tendencias? La respuesta reside en una mejora de las máquinas herramienta, pero también en un nuevo método de mecanizado diseñado para optimizar la calidad y mejorar la eficacia, los tiempos de ciclo y el ahorro de costes, incluso en el mecanizado de aceros duros.
• Mejor control de la viruta
Es bien sabido que un control eficaz de las virutas contribuye a la productividad y fiabilidad de los procesos de mecanizado, así como a la calidad final de las superficies mecanizadas. Examinemos más de cerca el control de virutas y cómo afecta a la productividad en el mecanizado y al desgaste de la propia herramienta.
Si la plaquita mecaniza la pieza en un ángulo cercano a 90°, el grosor de la viruta será igual a la velocidad de avance (fn); así, a una fn de 1 milímetro por revolución (mm/rev), la viruta tendrá un espesor de 1 mm. Si reducimos el ángulo de entrada, cuanto menor sea, menor será el grosor de la viruta. Podemos aumentar la fn en consecuencia. Así, por ejemplo, si disminuimos el ángulo de entrada de 90° a 25° mientras aumentamos la fn de 0,25 a 0,6 mm/rev, el grosor de la viruta seguirá siendo el mismo. El resultado es un mecanizado más productivo con los mismos niveles de control de virutas.
Para lograrlo, Sandvik Coromant ha creado su metodología PrimeTurning™ que incluye el mecanizado con un ángulo de entrada pequeño para ofrecer una productividad muy alta y una larga vida útil de la herramienta. El método permite a los clientes realizar torneados en todas las direcciones y, de este modo, pueden lograr una mayor eficacia y productividad que con el torneado convencional. Gracias al PrimeTurning™ se ha conseguido un aumento de la productividad y una mayor vida útil de las herramientas para los clientes.
No obstante, el proceso necesita unas herramientas específicas para aprovechar estas ventajas. Una herramienta convencional no permitirá los mismos niveles de control de virutas, ni los ángulos de incidencia adecuados, por lo que en la práctica no funcionará. Por ello, Sandvik Coromant ha desarrollado las herramientas CoroTurn® PrimeTurning™, cuyo último desarrollo es la segunda generación de plaquitas CoroTurn® Prime tipo B. La herramienta de nueva generación incorpora plaquitas negativas de doble cara con cuatro filos de corte diseñados para un mecanizado más rentable, junto con un nuevo diseño robusto del asiento de la punta y geometrías actualizadas. Con estas características, la herramienta puede realizar cortes más profundos (mm), con mayores velocidades de mecanizado (mm/rev) y fn, además de un mejor control de la viruta durante el mecanizado de aceros de alta resistencia y otros aceros duros.
Esto beneficia a la productividad, pero ¿qué pasa con el desgaste de la herramienta? Esto nos lleva al diseño de la propia plaquita. Con una plaquita convencional, el mecanizado con un ángulo de entrada menor hace que la mayor parte del calor y la carga recaigan en la esquina de la plaquita, que también resulta ser la parte más débil de la plaquita, con la menor cantidad de metal duro para absorberlo. En su lugar, cada plaquita CoroTurn® Prime tipo B de nueva generación tiene cuatro filos de corte en lugar de dos, con esquinas más fuertes. Con más filos, se puede conseguir más mecanizado con cada plaquita,mientras que el calor y la carga se reparten por una parte mucho mayor del filo de corte.
La segunda generación de plaquitas CoroTurn® Prime tipo B también ha sido diseñada para superar los problemas que normalmente se experimentan al utilizar plaquitas con una profundidad de corte axial (ap) y fn mayores. Eso incluye riesgos de sobrecarga y, a ap y fn más bajos, riesgo de virutas largas. De este modo, las operaciones de mecanizado pueden ejecutarse a una fn mucho mayor para mejorar el control de la viruta, la estabilidad, la seguridad del proceso y la vida útil de la herramienta. Para los fabricantes, el cumplimiento de estos estándares más elevados de calidad y eficiencia puede lograrse aplicando mejoras en la fase de mecanizado.
Las ventajas del método PrimeTurningTM se refuerzan aún más con el software digital CoroPlus® Tool Path. El software es un generador de recorrido de la herramienta en línea específico, que suministra técnicas y códigos de programación de control numérico (NC) para configurar los parámetros y variables adecuados para una aplicación de mecanizado concreta. Cuando estos datos de corte precisos se utilizan en combinación con las herramientas de corte CoroTurn® Prime, los clientes de Sandvik Coromant consiguen ángulos de posición más pequeños, un uso eficiente del filo y ningún atasco de viruta.
El PrimeTurning™ también incluye software CAM y soporte de programación. Por este motivo, Sandvik Coromant ha establecido sólidas colaboraciones con Mastercam, TopSolid, Siemens NX, CAMWorks y GibbsCAM para garantizar que PrimeTurningTM y CoroPlus® Tool Path se incluyan en los paquetes de software CAM más importantes. Los talleres de mecanizado que no utilizan software CAM pueden utilizar en su lugar el anteriormente mencionado software digital CoroPlus® Tool Path para generar códigos NC.
• Aumento de la productividad
En una ocasión, un cliente de Sandvik Coromant ,del sector de la automoción, deseaba realizar una operación de desbaste de una pieza de acero DIN 48CrMoV6-7 en un torno EMAG VSC 250. El cliente pretendía alcanzar mayores niveles de productividad y vida útil de las herramientas en su producción en serie, pero comprendió que los ajustes en los datos de las herramientas no serían suficientes. Por eso, aunque se tratara principalmente de una operación de desbaste, la aplicación se realizaría con torneado exterior discontinuo y refrentado mediante el método PrimeTurning™.
Para ello, Sandvik Coromant recomendó la segunda generación de plaquitas CoroTurn® Prime tipo B, las cuales se probaron frente a las plaquitas existentes del cliente para evaluar las ventajas de rendimiento de la herramienta de conformación. Cada herramienta se utilizó con una velocidad de corte (vc) idéntica de 180 m/min y una profundidad de corte axial (ap) de 1,5~1,8 mm. Sin embargo, la CoroTurn® Prime tipo B de segunda generación funcionó a una fn más del doble de alta, 0,65 mm/rev, frente a los 0,3 mm/rev de la plaquita de la competencia.
Aunque la vida útil de cada plaquita era aproximadamente la misma, 9,58 min para la plaquita de la competencia frente a 10 min para la plaquita de nueva generación CoroTurn® Prime tipo B, se percibió una diferencia significativa en la productividad. La herramienta de la competencia demostró una vida útil de tan solo 25 piezas con un tiempo de corte de 23 segundos por pieza. Sin embargo, la vida útil de la plaquita Sandvik Coromant, de 50 piezas, duplicó con creces esta cifra, ya que solo se emplearon 12 segundos —aproximadamente la mitad del tiempo— en cada pieza. La segunda generación de plaquitas CoroTurn® Prime tipo B también presentó un desgaste del filo más predecible y un mejor control de la viruta.
De cara al futuro, Sandvik Coromant prevé que su segunda generación de plaquitas CoroTurn® Prime tipo B logrará beneficios similares para otros clientes del sector de la automoción, incluidos los fabricantes de VE. Al utilizar estas plaquitas dentro del método PrimeTurningTM, los fabricantes pueden ahorrar tiempo al trabajar con materiales difíciles de mecanizar, junto con las ventajas adicionales de la vida útil de la herramienta. Con estas máquinas herramienta y estos métodos, los fabricantes de automóviles podrán, parafraseando a Holweg, diversificarse mediante el liderazgo en el diseño, la tecnología o la excelencia en la fabricación.
Para recibir más información sobre el mecanizado en desbaste con una mayor productividad y régimen de arranque de metal, visite la página web de Sandvik Coromant.
• Pies de foto
Foto uno: Los mercados de vehículos eléctricos (VE) se están diversificando a medida que grandes empresas consolidadas, como Porsche, compiten con fabricantes más pequeños.
Foto dos: La segunda generación de plaquitas CoroTurn® Prime tipo B está diseñada con cuatro filos de corte para un mecanizado más rentable.
• Sandvik Coromant
Como parte del grupo de ingeniería industrial global Sandvik, Sandvik Coromant está a la vanguardia de las herramientas de fabricación, las soluciones de mecanizado y los conocimientos que impulsan las normas y las innovaciones industriales necesarias para el sector del mecanizado actual y futuro. La formación, una fuerte de inversión en I+D y una sólida colaboración con nuestros clientes garantizan el desarrollo de tecnologías de mecanizado que cambian, lideran y dirigen el futuro de la fabricación. Sandvik Coromant cuenta con más de 1700 patentes en todo el mundo, más de 7700 empleados y está presente en 150 países.
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