¿Los fabricantes de transmisiones recurrirán al torneado fuera de redondez?

Weisser's Hyperspeed Oval Turning (HOT) "out La unidad de mecanizado "de redondo" permite el mecanizado duro y blando de pistones alternativos para motores de combustión fabricados en aluminio y acero, árboles de levas templados, perfiles o formas poligonales y bombas de combustible para automóviles, entre otras aplicaciones.

Las transmisiones automotrices continúan avanzando. También continúan usando conexiones estriadas y de ajuste por contracción para los componentes internos del eje. Sin embargo, Reiner Jörg, ingeniero jefe del departamento de I+D del fabricante de máquinas-herramienta Weisser en el sur de Alemania, afirma que los acoplamientos poligonales o las conexiones eje-cubo poligonales son una buena alternativa a estos métodos de conexión tradicionales para componentes de transmisión.

“Los acoplamientos poligonales no son nada nuevo”, dice. “Diseñado para eliminar los problemas de fallas comunes asociados con las estrías y las uniones de eje enchavetado, el sistema poligonal general es un método superior comprobado para hacer conexiones mecánicas exigentes que son más fuertes, más precisas y tienen una vida útil sustancialmente más larga, porque la distribución efectiva de la carga prácticamente elimina el punto contacto, minimizando la fatiga por tensión y la distorsión. El polígono tiene una mayor capacidad de torsión que cualquier otro accesorio de eje. La transmisión de fuerza y ​​los índices de carga están optimizados y, a menudo, se puede usar una conexión de eje más corta y ahorrar un espacio valioso. Una masa menos acelerada en un espacio más pequeño, como las cajas de cambios, contribuye a la eficiencia de combustible antes mencionada”.

Sin embargo, dice que los fabricantes de automóviles aún tienen que adoptar acoplamientos poligonales para sus transmisiones. Una de las razones es que las piezas son difíciles de mecanizar. Sin embargo, la tecnología de torneado fuera de redondez de Weisser podría cambiar eso al permitir a los fabricantes tornear formas poligonales terminadas en una sola configuración en una sola máquina. Tal capacidad puede hacer que el torneado fuera de redondez sea una alternativa más eficiente a los procesos de fresado y esmerilado de perfiles que se utilizan normalmente para producir conexiones tradicionales de ejes y cubos de automóviles.

Desde su introducción en 1993, el torneado ovalado se ha utilizado para el mecanizado duro y blando de pistones alternativos para motores de combustión hechos de aluminio y acero, árboles de levas endurecidos, perfiles o formas poligonales y bombas de combustible para automóviles. Ahora, Weisser está trabajando en varios proyectos con fabricantes de equipos originales (OEM) para demostrar cómo una adopción más amplia de este proceso podría hacer factible el reemplazo de las conexiones tradicionales eje-cubo con acoplamientos poligonales.

Los ejes poligonales están diseñados para eliminar problemas comunes de falla asociados con estrías y accesorios de eje enchavetados. El polígono tiene una mayor capacidad de torsión que cualquier otro accesorio de eje. La transmisión de fuerza y ​​los índices de carga están optimizados y, a menudo, se puede usar una conexión de eje más corta para ahorrar espacio.

Por ejemplo, el sistema de mecanizado fuera de redondez Hyperspeed Oval Turning (HOT) de la empresa es una unidad separada que se integra con la máquina de torneado vertical Vertor de la empresa. Las formas ovaladas o fuera de redondez se producen por la interacción del eje del husillo de la pieza de trabajo con el eje de avance de generación de diámetro de la herramienta.

El filo de la herramienta se mueve en la misma dirección del eje X y perpendicular al eje del husillo de la pieza. El borde de corte se puede colocar de forma variable en este plano teórico para producir contornos radiales y frontales o falta de redondez hemisférica. Weisser utiliza accionamientos lineales en lugar de husillos de bolas para acelerar las unidades de torneado ovaladas.

La potencia del accionamiento dinámico se requiere en parte para la aceleración de la masa y en parte como fuerza que actúa sobre el filo de la herramienta durante el mecanizado. La herramienta de corte se puede acelerar en un movimiento oscilante radial hasta 130 Gs. Este nivel de aceleración es tan extremo, incluso para los últimos CNC de Siemens y Bosch Rexroth, que la mayoría de las aplicaciones implican aceleraciones de solo 30 a 90 Gs.

“Para una falta de redondez determinada, las rpm máximas permitidas de la pieza de trabajo están relacionadas con la aceleración máxima de la broca de la herramienta, producida por el accionamiento oscilante. Una aceleración nominal de 30 Gs facilita la máxima precisión y la generación de un acabado superficial de primera clase”, dice Jörg.

El movimiento del filo de la herramienta está en la dirección del eje X y, por lo tanto, perpendicular al eje del husillo de la pieza. El filo de corte se puede colocar de forma variable en este plano teórico para que se puedan producir contornos radiales y frontales o semiesféricas no redondas.

A pesar de la alta aceleración nominal, se dice que las propiedades especiales de absorción de impactos garantizan la precisión al limitar la fuerza ejercida sobre la estructura de la base de la máquina. “Nuestro sistema compensa las fuerzas de aceleración al convertir el trabajo de aceleración en energía cinética, por lo que se eliminan las vibraciones de la máquina y se logran superficies de alta calidad”, explica Jörg. "Debido a la compensación de la fuerza de corte integrada, las fuerzas de corte netas (fuerzas pasivas) pueden neutralizarse casi por completo".

Uno de los clientes de Weisser fabrica levas poligonales en menos de un minuto en una configuración y cuatro pasadas de torneado, incluidas las operaciones de mecanizado frontal y biselado. A 1.500 rpm, la unidad de torneado ovalado genera una velocidad de avance de 0,1 mm por rotación y una profundidad de corte de 0,8 a 2 mm. Las piezas se acaban con una precisión de ±10 micras.

Otro cliente que ha ido un paso más allá que muchos competidores internacionales ya ha integrado un acoplamiento poligonal en una caja de cambios recientemente desarrollada, utilizando la tecnología HOT de Weisser. “El cliente reemplazó el eje estriado con un eje poligonal en la séptima marcha, lo que redujo la longitud del eje de 20 a 12 mm ya que el polígono tiene una mayor capacidad de torsión que cualquier otro accesorio de eje”, dice Jörg. “Por lo tanto, se puede usar una conexión de eje más corta y ahorrar un espacio valioso”. El ahorro de espacio ayudó a optimizar la relación de transmisión de la primera marcha, que presentaba problemas de fatiga con el diseño original.

Impulsando su tecnología HOT para conexiones poligonales entre ejes y cubos, Weisser ha vendido hasta ahora alrededor de 100 máquinas con una unidad de torneado ovalada integrada. Ahora ofrece su máquina de torneado vertical Vertor C con un cambiador automático de herramientas para permitir un mecanizado aún más flexible. Según Jörg, la precisión alcanzable actualmente está limitada por la capacidad del CNC. “Si hace funcionar su máquina a 1800 rpm y quiere mecanizar su pieza con una resolución de un grado con nuestra unidad de torneado descentrado, el controlador tiene que manejar 9180 señales por segundo. Estamos hablando de una resolución en el área de los nanosegundos. Ese es el factor limitante. Pero estamos trabajando para limitar aún más estos límites del sistema para mecanizar a un nivel de tolerancia de micras”.