Estrategias de herramientas y mecanizado para piezas de automóviles

A medida que se acelera el auge de los vehículos eléctricos, se utilizan nuevos materiales para fabricar componentes de vehículos, lo que presenta un desafío de mecanizado para los proveedores de automóviles. He aquí por qué las herramientas de corte de diamante policristalino se están convirtiendo rápidamente en las mejores amigas de los fabricantes de automóviles.

Desde que existen los automóviles, los fabricantes de automóviles han estado utilizando aluminio para construirlos. De hecho, el pionero automotriz Carl Benz introdujo las primeras piezas de motor de aluminio en 1901, seguido por el uso de componentes de chasis y carrocería de aluminio de Bugatti en 1908 y el motor sobrealimentado de Alfa Romeo en 1934, también de aluminio.

Desde entonces, el aluminio y sus muchas aleaciones han seguido aumentando en popularidad, uno de los ejemplos más recientes y notables es la introducción de Ford Motor Co. de una camioneta pickup F-150 con cuerpo de aluminio en 2015. Esta tendencia está a punto de dar un paso más. Sin embargo, un gran salto adelante, dado el plan de General Motors de ofrecer 30 nuevos modelos de vehículos eléctricos (EV) para 2025, seguidos de la eliminación total de los motores de combustión interna (IC) 10 años después. Otros fabricantes de automóviles seguramente seguirán el camino innovador de GM.

¿Qué tiene que ver la electrificación de vehículos con el aluminio? Mucho. Donde este metal fuerte pero liviano ya era un favorito de la industria automotriz por su papel útil en el cumplimiento de los estrictos estándares de eficiencia de combustible, una encuesta reciente realizada por la firma de investigación DuckerFrontier sugiere que el aluminio promedio utilizado en vehículos eléctricos y no eléctricos en América del Norte se espera aumentar un 24 % para 2030. 
 

Parte de este consumo se debe a las ruedas, los cuerpos de las bombas, las culatas y las carcasas de la transmisión que ya están en uso, pero se expandirá gradualmente para incluir las bandejas de las baterías y los componentes del motor eléctrico, como los estatores y las carcasas. Sin embargo, solo hay un problema:donde la mayoría de las aleaciones de aluminio forjado y forjado son relativamente fáciles de mecanizar, los materiales de fundición utilizados en algunas de estas piezas pueden ser muy abrasivos, lo que reduce la vida útil de la herramienta y aumenta el tiempo de inactividad. A la luz de los volúmenes de producción notoriamente altos de la industria, esto parece presentar una seria preocupación para los fabricantes de automóviles y sus proveedores de nivel.

Abordar preguntas difíciles

Afortunadamente, hay un material de herramienta de corte a la altura de la tarea. Se llama diamante policristalino (PCD) y, como señala Gerald Fitch, especialista en aplicaciones automotrices de Kyocera Precision Tools, existe una amplia gama de brocas y fresas de PCD para soldadura fuerte disponibles, así como cortadores intercambiables y soluciones personalizadas, todas las cuales sirven para reducir costos y aumentar la productividad para cualquier taller que rutinariamente mecanice aluminio.

“Para un fabricante de automóviles, el costo por filo lo es todo, y aunque una herramienta PCD puede costar 10 veces su equivalente de carburo, el tiempo de ciclo más corto y la vida útil de la herramienta mucho mayor que proporciona compensa con creces la diferencia de precio”, dice.

Fitch apunta a las fresas MFAH y MEAS de la empresa como dos posibles soluciones. Se dice que ambos proporcionan fuerzas de corte bajas que minimizan las rebabas y el astillado de la pieza de trabajo al tiempo que generan un acabado de alta calidad, todos los cuales son críticos en el mecanizado de aluminio de gran volumen. Las herramientas intercambiables como estas también son adecuadas para fresar la parte superior de los bloques de motor donde hay revestimientos de cilindros de hierro fundido o metal en polvo, algo común pero desafiante en el mercado automotriz.

Aburrido Profundo

Rick With ve muchos de los mismos desafíos. Gerente de producto y supervisor de ingeniería de la división PCD/PCBN de Guhring Inc., señala que las tolerancias de las piezas automotrices y los acabados superficiales suelen ser bastante estrictos y, en el caso de los orificios del estator del motor eléctrico, las relaciones largas de longitud a diámetro pueden también se espera.

"Un ejemplo sería el orificio del estator en un motor eléctrico, que normalmente puede medir más de 200 milímetros de diámetro (7,87 pulgadas) y quizás de 1 a 1,5 veces más profundo", dice With. “El enfoque de mecanizado es bastante similar al de una carcasa de transmisión convencional, que en realidad puede requerir un alcance significativamente mayor. Esto requiere un proceso de mecanizado de tres pasos con operaciones de mandrinado de desbaste, semiacabado y acabado. La diferencia aquí es el material del cuerpo de la herramienta y el sistema de ajuste”.

La solución de Guhring para esta pieza en particular fue un cortador personalizado cuyo cuerpo, irónicamente, está hecho de aluminio. La herramienta de perforación tiene una interfaz de husillo HSK y está equipada con seis o más insertos PCD, cada uno montado en un cartucho ajustable para controlar el tamaño. “Como es común con muchas herramientas de corte para automóviles, esta fue una especial en toda regla en la que puede mecanizar múltiples diámetros y características de piezas con una sola herramienta”, dice With.

Alimentación más rápida con PCD

Chad Hefflinger es el gerente de productos de PCD/PCBN de Kennametal Inc. Explica que, si bien los fabricantes de automóviles han estado usando herramientas de PCD durante décadas para mejorar sus operaciones de mecanizado de aluminio, sus proveedores Tier se han quedado rezagados durante gran parte de ese tiempo. Todo eso cambió en los últimos años debido a la disponibilidad generalizada de maquinaria CNC de costo relativamente bajo que cuenta con las velocidades de husillo y las tasas de avance más altas necesarias para PCD, lo que hace que su mayor productividad esté al alcance incluso de los talleres más pequeños.

Otra cosa que ha cambiado es el desarrollo de las denominadas herramientas de PCD "veteado". “El PCD en la mayoría de las herramientas de corte se produce a partir de un disco plano que se corta y se suelda sobre un sustrato de carburo”, dice Hefflinger. “La desventaja aquí es que no se puede hacer una forma curva como con las herramientas de corte de carburo. Sin embargo, con las herramientas veteadas, el PCD se sinteriza en ranuras curvas dentro de una pieza en bruto de carburo preparada, lo que permite su uso en brocas helicoidales y fresas de extremo”.

Hefflinger también sugiere que el aluminio no es el único juego en la ciudad automotriz. Cada vez más fabricantes recurren al plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP) y otros compuestos para los paneles de la carrocería, los componentes del marco, los parachoques y, en el caso de los vehículos eléctricos, las bandejas de las baterías. Una vez más, las herramientas de PCD son la primera y, a veces, la única opción para mecanizar estos materiales de grado aeroespacial.

“El CFRP no solo es bastante abrasivo, sino que también es propenso a astillarse y delaminarse”, dice. “Esta es parte de la razón por la cual las herramientas de PCD veteado a menudo se prefieren para estos materiales, particularmente en la industria aeroespacial pero también en la industria automotriz hasta cierto punto. Obtiene la extrema resistencia al desgaste del PCD junto con opciones de geometría más flexibles, lo que ayuda a eliminar algunos de los problemas que surgen al mecanizar compuestos, así como algunas aleaciones de aluminio”.

¿Qué pasos está tomando para acelerar sus capacidades de producción de vehículos eléctricos? Comparta sus pensamientos e ideas en los comentarios a continuación.

Uso de las mejores estrategias de herramientas y mecanizado para piezas automotrices

A medida que se acelera el auge de los vehículos eléctricos (EV), se utilizan nuevos materiales para fabricar componentes de vehículos, lo que presenta un desafío de mecanizado para los proveedores de automóviles. Afortunadamente, hay un material de herramienta de corte a la altura de la tarea:diamante policristalino o PCD. ¿Qué pasos está tomando para acelerar sus capacidades de producción de vehículos eléctricos? Participa en nuestra encuesta para compartir tus ideas sobre este tema.

¿Cómo se las arregla para mecanizar aleaciones de aluminio?