Utillaje y Estrategias de Mecanizado Optimizadas para Piezas de Vehículos Eléctricos

Mientras el auge de vehículos eléctricos se acelera, nuevos materiales se usan para fabricar componentes, presentando retos de mecanizado a proveedores automotrices. Aquí por qué las herramientas de corte de diamante policristalino (PCD) se están volviendo el mejor aliado de los fabricantes.

Desde que existen coches, los fabricantes usan aluminio. De hecho, el pionero Carl Benz introdujo primeras piezas de motor de aluminio en 1901, seguido por chasis y carrocería de aluminio de Bugatti en 1908 y motor sobrealimentado de Alfa Romeo en 1934, también aluminio.

Desde entonces, el aluminio y sus aleaciones han seguido ganando popularidad, ejemplo reciente notable: carrocería de aluminio del Ford F-150 en 2015. Esta tendencia dará un salto masivo con el plan de General Motors de ofrecer 30 nuevos modelos de vehículos eléctricos (EV) para 2025, seguido de eliminación total de motores de combustión interna (ICE) 10 años después. Otros fabricantes seguirán el camino de GM.

¿Qué tiene que ver la electrificación con el aluminio? Mucho. Donde este metal ligero y resistente ya era favorito para cumplir estrictas normas de eficiencia de combustible, una encuesta de DuckerFrontier sugiere que el aluminio medio usado en vehículos eléctricos y no eléctricos en Norteamérica aumentará 24 % para 2030.

Parte de este consumo será por llantas, cuerpos de bomba, culatas y carcasas de transmisión ya en uso, pero se expandirá gradualmente a bandejas de baterías y componentes de motor eléctrico como estatores y carcasas. Hay un problema: aunque la mayoría de aleaciones forjadas y laminadas de aluminio son relativamente fáciles de mecanizar, los materiales fundidos usados en algunas de estas piezas pueden ser muy abrasivos, llevando a mala vida de herramienta y mayor tiempo muerto. Dados los volúmenes de producción notoriamente altos de la industria, esto parecería una seria preocupación para fabricantes y sus proveedores de nivel 1.

Abordando Preguntas Difíciles

Afortunadamente, hay un material de herramienta de corte a la altura: diamante policristalino (PCD). Como señala Gerald Fitch, especialista en aplicaciones automotrices de Kyocera Precision Tools, hay amplia gama de taladros y fresas de PCD brasados, fresas de plaquetas indexables y soluciones a medida, todas sirviendo para reducir costes y aumentar productividad en cualquier taller que mecanice rutinariamente aluminio.

«Para un fabricante, el coste por filo lo es todo, y aunque una herramienta PCD cueste 10 veces su equivalente de metal duro, el menor tiempo de ciclo y la vida enormemente mayor que proporciona compensan con creces la diferencia de precio», dice.

Fitch señala los cortadores MFAH y MEAS de la empresa como dos posibles soluciones. Ambos proporcionan fuerzas de corte bajas que minimizan rebabas y astillado de pieza generando acabado de alta calidad, todos críticos en mecanizado de aluminio de alto volumen. Herramientas indexables como estas también son adecuadas para fresar superficies superiores de bloques de motor donde hay camisas de cilindro de fundición o metal sinterizado, ocurrencia común y desafiante en automoción.

Mandrinado Profundo

Rick With ve muchos de los mismos retos. Gerente de producto y supervisor de ingeniería en la división PCD/PCBN de Guhring Inc., señala que tolerancias y acabados de piezas automotrices son a menudo muy estrictos, y en barrenos de estator de motor eléctrico se esperan relaciones longitud-diámetro grandes.

«Un ejemplo: barreno de estator en motor eléctrico, típicamente >200 mm de diámetro (7,87 pulg.) y quizás 1 a 1,5 veces eso en profundidad», dice With. «El enfoque es similar al de carcasa de transmisión convencional, que puede requerir aún más alcance. Requiere proceso de tres pasos: desbaste, semiacabado y acabado. La diferencia está en material del cuerpo de herramienta y sistema de ajuste».

La solución de Guhring para esta pieza fue un cortador personalizado cuyo cuerpo es, irónicamente, de aluminio. La herramienta tiene interfaz HSK y lleva seis o más plaquetas PCD, cada una en cartucho ajustable para control de dimensión. «Como es común en muchas herramientas de corte automotrices, fue un especial completo donde se pueden mecanizar múltiples diámetros y características con una sola herramienta», dice With.

Avances Más Rápidos con PCD

Chad Hefflinger es gerente de producto PCD/PCBN en Kennametal Inc. Explica que, aunque fabricantes usan herramientas PCD desde décadas para mejorar mecanizado de aluminio, sus proveedores de nivel 1 (Tier) se rezagaron gran parte de ese tiempo. Eso cambió en años recientes dada la disponibilidad generalizada de maquinaria CNC de coste relativamente bajo con las mayores velocidades y avances de husillo necesarios para PCD, llevando su mayor productividad al alcance incluso de los talleres más pequeños.

Otro cambio: desarrollo de herramientas PCD «venadas» (veined). «El PCD en la mayoría de herramientas se produce a partir de un disco plano recortado y brasado sobre sustrato de metal duro», dice Hefflinger. «El inconveniente: no se puede hacer forma curva como en herramientas de metal duro. Con herramienta venada, el PCD se sinteriza en ranuras curvas dentro de un blank de metal duro preparado, permitiendo su uso en taladros y fresas helicoidales».

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

«El CFRP no solo es bastante abrasivo sino también propenso a astillado y deslaminado», dice. «Por eso el PCD venado se prefiere a menudo para estos materiales, especialmente en aeroespacial pero también en automoción. Obtienes la extrema resistencia al desgaste del PCD con opciones geométricas más flexibles, lo que ayuda a eliminar problemas al mecanizar compuestos y algunas aleaciones de aluminio».

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

Usando el Mejor Utillaje y Estrategias de Mecanizado para Piezas Automotrices

A medida que el auge de vehículos eléctricos (EV) se acelera, nuevos materiales se usan para fabricar componentes, presentando retos de mecanizado a proveedores automotrices. Afortunadamente, hay un material de herramienta de corte a la altura: diamante policristalino (PCD). ¿Qué pasos toma para acelerar sus capacidades de producción EV? Participe en nuestra encuesta para compartir sus ideas.

¿Cómo está gestionando el mecanizado de aleaciones de aluminio?