Sandvik Coromant optimiza el mecanizado de aluminio en automoción

Sandvik Coromant, referente en el campo de herramientas de corte y sistemas portaherramientas, expone en el siguiente artículo técnico avances en procesos de mecanizado de aluminio.

El número de motores de aluminio, tanto para turismos convencionales como para turismos híbridos, producidos año tras año sigue creciendo. De hecho, actualmente se fabrican casi 100 millones al año. Estos motores albergan piezas de forma compleja y, tras la fundición, exigen una secuencia de varias operaciones de fresado esenciales.

Sandvik Coromant ahora dispone de una oferta completa para mecanizado de aluminio en la industria de la automoción, desde premecanizado de referencias de primera etapa hasta desbaste, semiacabado y acabado. Cada herramienta de fresado de ingeniería especial, cinco en total, ha sido diseñada para ofrecer una calidad y un coste por pieza optimizado. Para ayudar a conseguir esta eficiencia, determinadas herramientas de la gama realizan una combinación de tareas como el desbaste y el acabado en una misma operación para reducir así el tiempo de ciclo.

Ejemplo de esto es M5C90, una fresa innovadora que combina desbaste y semiacabado en una misma operación. Se trata de una herramienta de planeado a alta velocidad hecha a medida para eliminar largos tiempos de configuración en las instalaciones del cliente. M5C90 opera con un número de dientes reducido frente a las fresas convencionales, principalmente como resultado del exclusivo posicionamiento radial y axial de las plaquitas en su fila de acabado/diámetro interior (sin requerir ajuste alguno de la plaquita). Este posicionamiento garantiza un fresado sin rebabas y un acabado superficial óptimo en culatas, sistemas de frenado y cualquier pieza de aluminio que permita conseguir un gran empañe de la fresa (no aplicable en piezas de pared delgada).

Respecto a los beneficios potenciales ofrecidos a través del uso de M5C90, está el caso de un cliente dedicado al mecanizado de cuerpos de válvulas de sistemas de frenado de AlSi12Cu1. Con una diámetro exterior de 10 plaquitas de metal duro y un diámetro interior de cuatro plaquitas (más una plaquita wiper), la herramienta se aplica a una velocidad de husillo de 8.000 rpm, una velocidad de corte de 4.021 m/min (13.192 pies/min) y un avance de 0,25 mm/diente (0,009 pulg./dientes). Además, la profundidad de corte axial es de 2 mm (0,078 pulg.) con una profundidad de corte radial de 140 mm (5,51 pulg.), lo que produce un volumen de viruta de 5.600 cm3/min (342 pulg.3/min). Aunque la duración total de la herramienta aún no está determinada, lleva ya 18 meses en la máquina.

Para quienes necesiten una fresa capaz de acabar piezas de aluminio de pared delgada como los alojamientos y las carcasas de las cajas de cambio, Sandvik Coromant cuenta con otra fresa igual de efectiva: la M5F90. Es otra herramienta de desbaste y acabado en una pasada. Específica para el mecanizado de piezas de aluminio de pared delgada y operaciones de refrentado, el cuerpo de la fresa (25-80 mm, 0,98-3,15 pulgadas de diámetro) presenta puntas de PCD soldadas. Cada punta dispone de un filo de desbaste y un filo de acabado. El área de desbaste funciona como una herramienta de fresado convencional, con todos los filos en el mismo diámetro y altura, mientras que el área de acabado consiste de filos escalonados radiales y axiales. El concepto ofrece un paso estrecho para facilitar el mecanizado sin rebabas y un acabado superficial sobresaliente.

Esta herramienta permite ahorrar mucho tiempo, como pudimos ver en un caso de cliente que implicaba el planeado de una culata de aluminio (alto contenido en Si). Aquí, el uso de M5F90 frente a una fresa de PCD especial de la competencia no solo ofreció un incremento del 150% del tiempo de ciclo ahorrado sino que también eliminó la generación de rebabas. Los datos de corte incluían: una velocidad de husillo de 15.915 rpm; una velocidad de corte de 2.000 m/min (6.562 pies/min); una velocidad de avance de 0,16 mm/diente (0,006 pulg./diente); y una profundidad de corte de 1,5 mm (0,06 pulgadas).

En otro ejemplo de M5F90, se consiguió una reducción del tiempo de ciclo del 44% en una cadena de aluminio frente al uso de una fresa de plaquita intercambiable con seis plaquitas de PCD, de 63 mm (2,48 pulg.) de diámetro. Es más, la solución eliminó una operación de desbarbado anteriormente necesaria. Otra herramienta de ingeniería nueva es la fresa M610, que ha sido desarrollada para fresar la parte superior/frontal del bloque de cilindros del motor con interfaces bimetálicas, normalmente, de aluminio y fundición gris (CGI). Una gama de propiedades térmicas y mecánicas convierten el mecanizado de materiales bimetálicos en un proceso complejo. Las fresas existentes para esta aplicación son complejas y requieren ajuste, lo que compromete la tasa de producción. Además, estas herramientas a menudo provocan astillamiento en la parte de GCI de la pieza.

Por el contrario, M610 no requiere reglajes ni ajustes, y permite aplicar grandes velocidades de avance sin astillar, desbarbar o arañar las piezas. Esta capacidad es importante porque las imperfecciones superficiales pueden dar lugar a fugas entre el bloque de cilindros y la culata, lo que a su vez afecta a la potencia y el rendimiento. Algunos fabricantes de vehículos mundiales ya se están beneficiando del uso de M610.

Como ejemplo, un cliente ha conseguido una gran ventaja competitiva al mecanizar la cara de combustión de los bloques motores bimetálicos. Frente a la fresa ajustable con cartuchos de la competencia, M610 ofreció una mejora de la vida útil del 833%, completando más de 4.000 piezas frente a las 480 de la fresa de la competencia. Además, M610 multiplicó por 10 la velocidad de corte. Los datos de corte de la fresa M610 de 15 plaquitas incluían: una velocidad de corte de 3.000 m/min (9.843 pies/min); una velocidad de avance de 5.720 mm/min (225 pulg./min); una velocidad de husillo de 3.820 rpm; una velocidad de avance de 0,15 mm/diente (0,006 pulg./diente); y una profundidad de corte de 0,5 mm (0,02 pulg.) en aluminio y 0,05 mm (0,002 pulg.) en fundición.

Otras herramientas de la gama incluyen la fresa de desbaste tangencial M5Q90, que realiza premecanizado de referencias de primera etapa (primer mecanizado de superficies tras la fundición) en una única operación sin rebabas. La herramienta presenta plaquitas tangenciales de PCD para ofrecer una acción de corte suave y estable, y reducir así el consumo de potencia y eliminar las vibraciones.

Las culatas y los bloques de aluminio se encuentran entre las piezas que se beneficiarán de M5Q90. La operación de premecanizado de referencias de una culata de fundición habitualmente implica el mecanizado de la superficie del árbol de levas, la superficie de entrada y salida, y la superficie de combustión. En el caso de un cliente, el planeado en desbaste de las culatas de fundición de la aleación de aluminio AS-9 ofreció una vida útil de la herramienta impresionante. A una velocidad de corte de 3.000 m/min (9.843 pulg./min); un avance por diente de 0,2 mm (0,008 pulg.) y una profundidad de corte axial de 2,0 mm (0,079 pulg.) en empañe completo a 40 mm (1,57 pulg.), se completaron más de 10.000 piezas.

Otra herramienta adicional es M5R90 para desbaste/semiacabado de segunda etapa. Esta fresa estándar opera con cartuchos ajustables y es compatible con profundidades de corte de hasta 8 mm (0,315 pulg.) con un radio de 0,4 o 0,8 mm (0,016 o 0,031 pulg.) según el cartucho empleado. Los cartuchos fáciles de ajustar ofrecen ventajas en múltiples aplicaciones de automoción, como pudimos ver en la prueba reciente de un cliente dedicado al planeado de una tapa de motor. Fundida a partir de una aleación de aluminio MRHB Si12, la fresa M5R90 presentó un rendimiento muy favorable frente a la fresa de la competencia. Con los mismos datos de corte, la vida útil de M5R90 se amplió de 8.000 a 10.000 piezas. Además, la fresa de la competencia tuvo que reajustarse cada 1.000 piezas debido al desplazamiento del cartucho que comprometía el acabado superficial. Por el contrario, M5R90 produjo 8.000 piezas antes de tener que ajustar el cartucho.

También incluida en la gama está la fresa de planeado de superacabado con su exclusivo posicionamiento axial y radial de las plaquitas. Esta configuración, junto con la plaquita wiper, garantiza un mecanizado sin rebabas con una calidad superficial excelente, como descubrió recientemente un fabricante de culatas para turismos. La empresa estaba experimentando problemas de inestabilidad del proceso y rebabas, además de una vida útil de la plaquita impredecible, lo que dependía del ajuste del cartucho que diferían de un reglaje a otro. Cambiar a la fresa M5B90 ofreció una operación de acabado fluida con un desgaste predecible y sin rebabas. La herramienta produce únicamente virutas delgadas, que se eliminan fácilmente durante el proceso de corte para evitar dañar la superficie de la pieza. Además, pasar a la fresa M5B90 amplió la vida útil de 30.000 a 45.000 piezas de media.

Las herramientas de taladrado y roscado con macho CoroDrill y CoroTap también forman parte de la misma gama de soluciones para mecanizado de piezas de automoción de aluminio, como la fresa estándar de planeado-acabado CoroMill Century 590.

En resumen, la posibilidad de reducir la duración de los ciclos y el coste por pieza, a la vez que mejora la vida útil y la calidad, es una realidad, como demuestran los casos descritos. En la industria de la automoción, donde predomina la producción en serie, hasta un pequeño ahorro en el tiempo de ciclo puede suponer importantes beneficios económicos. Por este motivo, es difícil ignorar cualquier tecnología que demuestre la capacidad de ofrecer mayores beneficios.