Según el informe World Outlook 2023 de la Agencia Internacional de la Energía (IEA), la transición hacia energías limpias y el auge de los vehículos eléctricos (EV) podrían hacer que la demanda mundial de combustibles fósiles alcanzara su punto máximo antes de 2030. A medida que los motores de propulsión fósil se abandonan en todo el mundo en favor de un futuro eléctrico, los fabricantes de automóviles también están cambiando, empezando por la configuración de sus máquinas. En este artículo, Swetapadma Mohanty, ingeniera de desarrollo senior de mecanizado de engranajes de Sandvik Coromant, analiza los métodos de mecanizado que resultarán clave para el futuro eléctrico de la automoción.
Otra predicción de la IEA es que, también para 2030, el parque mundial de coches eléctricos crecerá hasta casi 350 millones de vehículos. Es decir, más del 60 % de los vehículos vendidos. Para adaptarse al aumento de vehículos eléctricos (EV), los fabricantes de automóviles están recurriendo a métodos de mecanizado alternativos. Uno de ellos es el power skiving.
Retos de mecanizado de engranajes habituales
Antes de adentrarnos en el power skiving y sus consideraciones de mecanizado, pensemos en los retos comunes asociados al mecanizado de engranajes. El mecanizado de engranajes para vehículos con motor de combustión interna (ICE) y para vehículos eléctricos (EV) puede diferir en ciertos aspectos debido a las distintas características y requisitos de estos dos tipos de vehículos. Por ejemplo, mientras que los vehículos con ICE suelen tener complejas transmisiones de varias velocidades para optimizar la entrega de potencia, los EV suelen tener una sola velocidad o un número limitado de relaciones de transmisión fijas. Otros rasgos que los distinguen son las características de par, el ruido y las vibraciones, así como las limitaciones de peso y tamaño.
El mecanizado de engranajes, para cualquier tipo de vehículo, presenta varios retos de mecanizado. Para garantizar un engranaje adecuado y una transmisión precisa, los engranajes requieren tolerancias estrechas con una alta precisión de mecanizado. Los engranajes también deben diseñarse para minimizar el ruido y las vibraciones durante el funcionamiento con el fin de mantener la consistencia de los lotes y garantizar el mantenimiento de la herramienta, clave para lograr altos volúmenes de producción.
Entre los métodos de mecanizado de engranajes más conocidos se encuentran el tallado con fresa madre, el fresado, el tallado de diente recto y el brochado. Sin embargo, estos métodos suelen tener limitaciones, como una menor flexibilidad a la hora de manipular diversos tipos de engranajes, tiempos de ciclo más largos y complicaciones con geometrías de engranajes específicas. El tallado con fresa madre es especialmente popular para tallar engranajes rectos y helicoidales, y es el más adecuado para pequeñas series de producción y para fabricar engranajes con varios perfiles de dientes. Para la producción en serie, el tallado de engranes de diente recto es el método preferido, ya que puede lograr una gran precisión dimensional en tiempos de ciclo más cortos.
Sin embargo, estos métodos de mecanizado son sumamente especializados. El brochado y el tallado con fresa madre, por ejemplo, deben realizarse en una máquina especializada, y para el tallado del diente recto se necesita una máquina totalmente distinta. A esto hay que añadir todos los demás pasos necesarios para producir engranajes con éxito: fresado, torneado, acabado, inspección de calidad, etcétera. ¿Qué implica esto para los fabricantes? Las consecuencias de un proceso de mecanizado de engranajes que no está adaptado a nuestro sector cada vez más electrificado pueden incluir múltiples configuraciones de máquinas, una flexibilidad limitada, plazos de entrega más largos y un proceso de mecanizado costoso.
Entra en escena el power skiving.
Si queremos que 350 millones de EV circulen por nuestras carreteras de aquí a 2030, los fabricantes de automóviles deben recurrir a métodos de mecanizado que se adapten a ellos. Aquí es donde entra en juego el power skiving. Como proceso continuo que utiliza una herramienta de corte especializada para eliminar material de una pieza en bruto de engranaje, el power skiving presenta varias ventajas con respecto a los métodos tradicionales, como el tallado con fresa madre y el tallado de diente recto.
En primer lugar, el power skiving suele ofrecer una mayor precisión y tolerancias más estrechas que el proceso tradicional. Es muy adecuado para producir engranajes con perfiles complejos, incluidos engranajes helicoidales y formas no estándar. Los procesos tradicionales pueden tener limitaciones a la hora de conseguir formas de dientes complejas, especialmente cuando se trata de ángulos de hélice elevados o geometrías de engranajes específicas.
En general, el power skiving es más rápido que los procesos tradicionales de mecanizado de engranajes y, como solo elimina el material necesario para formar los dientes del engranaje, los residuos producidos son mínimos. Uno de los principales factores que impulsan su uso en la producción de EV es la flexibilidad del power skiving: es adecuado para diversas aplicaciones de engranajes, incluidas aquellas con requisitos de rendimiento específicos. De este modo, los fabricantes pueden adaptarse a distintos tipos de engranajes con mayor facilidad que con los métodos de mecanizado tradicionales. Gracias a la reducción de los ajustes en las máquinas multitarea con el power skiving, se puede alcanzar una mayor calidad.
Lo más importante es que el power skiving se realiza en una máquina multitarea. La ejecución de múltiples actividades en una sola máquina reducirá los tiempos de configuración, mejorará la precisión, aumentará el rendimiento y agilizará la programación. Sin embargo, para aquellos que actualmente utilizan varias máquinas para ejecutar los métodos tradicionales de mecanizado de engranajes, la actualización a una máquina multitarea para el power skiving requiere cierta inversión. Corresponderá a los fabricantes sopesar los pros y los contras de su configuración de mecanizado, pero hay algo que no podemos negar: el ritmo de la electrificación no va a disminuir. Para competir en un mercado cambiante y competitivo, la flexibilidad, la adaptabilidad y la eficacia de los procesos serán fundamentales.
Selección de la herramienta
Si el power skiving es el método de mecanizado adecuado para el futuro de la automoción, ¿cuáles son las herramientas adecuadas? Empecemos por las propias herramientas de fresado de engranajes. Las herramientas deben tener tolerancias estrechas para garantizar un mecanizado preciso y producir engranajes con una calidad uniforme. Una buena herramienta de fresado de engranajes también debe ser termorresistente para mantener su rendimiento de corte y evitar el desgaste prematuro, con un diseño que facilite la evacuación adecuada de la viruta para garantizar operaciones de corte fluidas.
La gama CoroMill®178 y CoroMill®180 de herramientas de fresado de engranajes cumple estas expectativas. Para engranajes internos y externos, capaz de mecanizar engranajes cilíndricos rectos y helicoidales desde el desbaste hasta el acabado, CoroMill® 178 es una parte importante de una configuración de power skiving de calidad. Se utiliza mejor en aplicaciones en las que se requiere un gran volumen de mecanizado a altas revoluciones con una prolongada vida útil, mientras que CoroMill® 180 es mejor para uso general en escuadra o diámetros pequeños. Estas herramientas ofrecen la máxima precisión de la herramienta en lo referente a excentricidad y paso frente a las herramientas de plaquita intercambiable, lo que proporciona un acabado optimizado del perfil del engranaje y el estriado.
En el caso de éxito de un cliente, la sustitución de un proceso tradicional por el power skiving con CoroMill® 178 permitió reducir el tiempo de corte y aumentar considerablemente la vida útil de la herramienta. Con un aumento anual de la producción, el cliente podría ahorrar más de 100 horas de tiempo de mecanizado al año.
Sandvik Coromant va más allá de la fabricación de herramientas de corte: a los clientes se les ofrece un amplio soporte en herramientas y aplicaciones, así como una oferta de servicios con consultoría de viabilidad técnica. Por ejemplo, nuestro software ESCO constituye otra pieza crucial de nuestra oferta de herramientas de power skiving, que promete una producción de alta calidad y precisión.
InvoMilling® constituye otra pieza fundamental de la oferta de mecanizado de engranajes de Sandvik Coromant. Parte del software CoroPlus® Tool Path, InvoMilling® es un proceso diseñado para el mecanizado de engranajes exteriores, estriados y engranajes cónicos con una flexibilidad inigualable, por lo que es muy atractivo para producciones de lotes pequeños y cuando los ciclos de duración reducida son una prioridad. La solución se beneficia de la capacidad de las máquinas multitarea y los centros de mecanizado de producir muchos perfiles de engranaje diferentes con el mismo conjunto de herramientas.
A medida que el mundo se prepara para un futuro electrificado, los fabricantes de automóviles deben reconsiderar sus técnicas de fabricación. Aunque los métodos tradicionales de mecanizado de engranajes han servido durante mucho tiempo a la industria, prosperar en un entorno cambiante y cada vez más competitivo exige flexibilidad. El power skiving ofrece un enfoque flexible y adaptable, a la vez que proporciona componentes acabados de la máxima calidad. Como líder del mercado, Sandvik Coromant también se centra en el alto nivel de sostenibilidad de las herramientas de power skiving y en la reducción de la huella de CO₂.
