Superando un complejo desafío de mecanizado:el bastidor de escalera para un motor diésel de 13,6 litros

Cuando un cliente nos trajo un nuevo diseño de motor diésel de 13,6 litros para equipos agrícolas y de construcción de alta potencia, no solo necesitaba un proveedor de mecanizado:necesitaba un socio que pudiera ayudarle a llevarlo a la meta. Se trataba de una plataforma de motor fundamental y en su núcleo se encontraba una compleja carcasa de estructura en forma de escalera.

Desde el principio, el cliente sabía que esta pieza no sería fácil de mecanizar . Medía más de 40 pulgadas de largo, requería tolerancias estrictas y especificaciones de torsión precisas, y eventualmente se ensamblaría mediante torsión robótica para garantizar la coherencia. Vinieron a Stecker por nuestra reputación, no sólo por el mecanizado de piezas complejas, sino también por nuestro experto personal de ingeniería que podía ayudarles a perfeccionar el diseño.

Como ocurre con muchos de nuestros proyectos, el mecanizado final es sólo una pequeña parte de la historia .

Descripción del proyecto del marco de escalera

El diseño del bastidor en escalera de este OEM se asienta sobre un gran bloque de motor diésel de 684 caballos de fuerza y desempeña varias funciones esenciales. Mantiene los componentes clave del tren de válvulas (resortes de válvula, árbol de levas y eje de balancines) y distribuye las cargas internas del motor. Estructuralmente, proporciona rigidez, reduce la vibración y garantiza la alineación adecuada de los ejes que impulsan y sincronizan el movimiento de las válvulas.

Creación de prototipos, asociaciones e ingeniería sobre la marcha

El cliente trajo planos iniciales del diseño de su motor y preguntó si le ayudaríamos a convertirlo en una realidad mecanizada. No se trataba sólo de citar una parte, sino de arremangarnos y trabajar codo con codo con sus ingenieros de diseño para resolver problemas desde cero. 

Sus equipos de diseño se reunieron en Stecker para colaborar en el desarrollo de prototipos con nuestros ingenieros. Comenzamos con piezas fundidas en arena de aluminio, que son ideales para la creación de prototipos debido a sus menores costos de herramientas y su rápida respuesta.

El marco de la escalera requería tolerancias dimensionales y de torque extremadamente estrictas dentro de unas pocas micras, lo que significaba que la pieza tenía que mecanizarse exactamente como se usaría en el motor. Trabajando con el equipo de diseño del cliente, realizamos ajustes de diseño en tiempo real durante el mecanizado para refinar las características y optimizar la ubicación de los pernos. 

Debido a que las piezas fundidas de aluminio pueden torcerse o flexionarse bajo torsión, era esencial mantener especificaciones de torsión idénticas durante las pruebas. Incluso utilizamos los mismos pernos y valores de torsión durante la perforación en línea. También construimos un simulador que reflejaba su configuración de ensamblaje, lo que nos permite validar el proceso de mecanizado en condiciones del mundo real . Para garantizar la repetibilidad, integramos el torque robótico, asegurando que cada pieza cumpliera exactamente con los mismos estándares de ensamblaje que los de la línea de producción.

Ese nivel de detalle importaba. Con una pieza de este tamaño y de esta importancia estructural, incluso ligeras desviaciones podrían alterar todo el sistema del tren de válvulas. Al construir un simulador e imitar las condiciones de ensamblaje del OEM, ayudamos a garantizar que se instalara limpiamente, funcionara de manera consistente y cumpliera con las rigurosas demandas del cliente.

Desafíos de ingeniería y mecanizado

Lo que hizo que este proyecto fuera particularmente desafiante fue el cambio de la fundición en arena a la fundición a presión a medida que el programa avanzaba hacia los volúmenes de producción. La fundición a presión ofrece eficiencia y repetibilidad, pero también introduce riesgos como la porosidad:pequeños huecos en el material que comprometen la resistencia y la integridad de la superficie. 

Para agravar el problema estaba el hecho de que las piezas de fundición a presión no pueden soportar un exceso de stock de máquinas. Eliminar demasiado material durante el mecanizado puede crear porosidad, no eliminarla . Eso significaba que teníamos que caminar sobre una línea muy fina:suficiente material para mecanizar superficies limpias, pero no lo suficiente como para provocar defectos de fundición.

Para resolverlo, nos asociamos estrechamente con la fundición, realizando revisiones conjuntas tanto en nuestras instalaciones como in situ con su equipo . Juntos, probamos diferentes tolerancias de fundición, ajustamos estrategias de mecanizado y, finalmente, modificamos las herramientas más de una docena de veces para hacerlo bien.

Haciendo un esfuerzo adicional por la calidad y la trazabilidad 

La transición del prototipo a la producción completa requirió una inversión significativa en herramientas personalizadas para mantener las tolerancias y la consistencia en miles de piezas. Debido a que este marco de escalera se mecaniza en una línea dedicada, cada accesorio, abrazadera y flujo de trabajo se construyó específicamente para esta pieza . Dedicamos mucho tiempo desde el principio a los procesos Poka-yoke, las pruebas ergonómicas y los comentarios de los operadores para garantizar que la celda estuviera activada antes de acelerar. 

Desde el punto de vista de la calidad, este proyecto no deja nada al azar. Cada marco de escalera es 100% inspeccionado , y cada uno está serializado con un código de matriz de datos que enlaza directamente con su informe de inspección. Nuestro sistema registra todos los datos dimensionales digitalmente, por lo que si un cliente llama con una pregunta, ya sea mañana o dentro de cinco años, podemos obtener el historial de inspección de esa pieza exacta en segundos. Ese nivel de trazabilidad es esencial para una pieza tan crítica y le brinda a nuestro cliente total confianza de que cada componente que sale de Stecker cumple con las especificaciones y está completamente respaldado por datos.

Diseñado para los trabajos más difíciles y listo para nuevos desafíos

En mis 24 años en Stecker, puedo decir con confianza que esta es una de las piezas más difíciles que jamás hayamos construido. Exigía cada gramo de experiencia en ingeniería, coordinación de fundición y disciplina de procesos que teníamos. Y ese es exactamente el tipo de desafío para el que estamos hechos.

Piezas complejas como esta no son solo desafíos técnicos, son oportunidades para colaborar, innovar y demostrar por qué Stecker es el proveedor-socio elegido cuando la precisión y el rendimiento no pueden verse comprometidos. 

Con las recientes inversiones en equipos y mejoras de capacidad, estamos listos para asumir nuevos proyectos de mecanizado de alta complejidad para socios OEM. Contáctenos para hablar sobre su desafiante proyecto de mecanizado CNC de hoy.

Acerca del autor

A Jason le gusta resolver los desafíos de los clientes. Como vicepresidente de desarrollo comercial, Jason es responsable de desarrollar nuevos negocios además de ser la persona a quien acudir para varios de los clientes actuales de SMC. Jason ha trabajado en ingeniería, producción y ventas, y considera que su mayor fortaleza es brindar a los clientes soluciones a sus desafíos de fabricación.