Sujeción sin deformación de piezas delicadas para un mecanizado preciso

Para la fabricación de cajas de corredera para cajas de velocidades de automóviles, un importante fabricante alemán de automóviles solicitó a la empresa GROB Werke de Mindelheim una línea de producción compuesta por cuatros centros de mecanizado, incluyendo los dispositivos correspondientes. Con la sujeción clásica con componentes estándar las piezas se hubieran deformado, no hubiera sido posible mecanizarlas en forma precisa con las estrechas tolerancias requeridas.


La solución la brindaron los elementos de sujeción de posición flexible, que se ajustaron exactamente para la aplicación.

“La sujeción clásica de piezas usando tres apoyos fijos, con un soporte adicional perpendicular a la superficie a maquinar, no funciona porque es demasiado reducida la estabilidad propia de la pieza”, dice, mirando en retrospectiva, el Key Account Manager Dietmar Wahl de la empresa ROEMHELD, especializada en técnicas de sujeción, de la localidad de Laubach en Hesse. Las piezas se deformarían demasiado debido a la fuerza perpendicular aplicada por el soporte. La solución alternativa era una sujeción lateral adicional de las zonas delicadas de la pieza usando elementos de sujeción de posición flexible. Con los elementos de sujeción de posición flexible del catálogo ya se pudo lograr un desplazamiento muy reducido de la pieza al sujetarla, pero todavía no brindaba la aptitud de proceso requerida. “Por eso tuvimos que desarrollar una solución especial específica para la aplicación.”


En el marco de una producción automatizada, las piezas de fundición de aluminio, compuestas por una caja de corredera y su etapa correspondiente, se mecanizan a lo largo de cuatro estaciones con diferentes centros de mecanizado. La caja de corredera, que tiene numerosos canales para regular el aceite de la caja, tiene 400 mm de largo y tiene 21 mm de espesor. Las dimensiones de la tapa son 350 mm y 24 mm. En las tres primeras estaciones se desbastan sucesivamente los laterales de la pieza y se hacen las perforaciones.
El último paso de trabajo, en la cuarta estación, es el de mecanizado fino de las superficies usando un modelo especial del centro de mecanizado GROB G320, de un husillo, cuatro ejes y un carro transversal especialmente robusto. La máquina, con un accionamiento del husillo de 20 kW y recorridos de trabajo en X/Y/Z de 615 / 655 / 630 mm, está diseñada para el mecanizado simultáneo de dos piezas. Está previsto que se fabriquen 480.000 unidades anuales de estas piezas tan exigentes.


La tolerancia es de 0,05 mm en todo el largo de la pieza


El puente se carga y descarga automáticamente en posición horizontal. Para el mecanizado gira 90 grados, quedando en posición vertical. Luego se rebajan las superficies de la caja y de la tapa 0,2 mm en dos pasos de trabajo, primero alrededor de 0,17 mm y 0,03 mm durante la terminación. Se emplea una herramienta especial de fresado de 440 mm de diámetro que ejecuta ambas operaciones en alrededor de un minuto. Un palpador de medición integrado verifica la exactitud del mecanizado en los puntos de referencia fijados de la superficie de la pieza.
“La tolerancia de planitud a lo largo de toda la longitud de la pieza es de 0,05 mm. El requisito de rectitud para 100 mm de longitud es 0,03 mm”, dice Sebastian Dichmann, diseñador de dispositivos en GROB de Mindelheim, sobre los requisitos de exactitud de la pieza. Estas tolerancias tan estrechas plantean un desafío extraordinario. Como base para el dispositivo sirvió un concepto de sujeción existente, proveniente de un proyecto anterior. Este ingeniero mecánico de 28 años tuvo que adaptarlo a las nuevas piezas y modificarlo para pasar de mecanizado húmedo a seco.

 
Sujeción flotante y sin deformaciones

 
Después de unas dos semanas, a principios del 2014, Dichtmann terminó de diseñar el diseño modificado. Las piezas debían sujetarse en tres lugares indicados por el cliente. Los elementos de sujeción eran giratorios, con cabezal en forma de horquilla, colocados en el extremo de la varilla del pistón. Una vez que giraron las sujeciones, la pieza se retiene con una fuerza de sujeción definida de 2,25 kN por punto de sujeción.
Para una fijación confiable, sin deformaciones, se usan además otros seis elementos de sujeción de posición flexible, dos sobre la caja de corredera y cuatro sobre la tapa. Estos elementos son pequeñas mordazas con dos correderas móviles, accionadas a través de una conexión hidráulica común. De esta forma se sujeta la pieza en forma flotante por una especie de pinza, independientemente de su posición dentro del rango de sujeción.

 
“Se emplean elementos de sujeción de posición flexible sobre todo para soportar y sujetar sin aplicar ninguna fuerza transversal, y con ello sin deformar las partes delicadas de la pieza. Porque se adaptan a la posición del lugar de sujeción, sin deformar. Al mismo tiempo amortiguan las vibraciones y absorben fuerzas de mecanizado en todas direcciones”, describe su finalidad Benjamin Nagel, que trabaja en el área de gestión de productos de ROEMHELD.


La estrecha cooperación condujo al éxito


“En el diseño original para el nuevo dispositivo también se usaron elementos de sujeción de posición flexible, con los cuales se había logrado un mecanizado preciso”, contaba Dichtmann. Pero durante la puesta en servicio del dispositivo adaptado se comprobó que no siempre se podían lograr en forma confiable las estrechas tolerancias exigidas. El diseñador comentó: “en los puntos de sujeción de los elementos de sujeción de posición flexible las piezas se desplazaban verticalmente hacia arriba hasta 0,03 mm. Por lo tanto no pudo obtenerse así la aptitud de proceso requerida.”
Trabajando estrechamente en conjunto, los expertos en técnica de sujeción de ROEMHELD, junto con Sebastian Dichmann, se pusieron a buscar una solución; y la encontraron rápidamente, según el diseñador: “la solución iba a ser un elemento de sujeción de posición flexible con una corredera especialmente ajustada”. Con la máxima celeridad se fabricó el elemento de sujeción en Laubach, ya que se estaba sobre la fecha de recepción del centro de maquinado.
Para los expertos en elementos de sujeción el desafío consistía en hacer una corredera optimizada sensible que se deslizara fácilmente a pesar de la reducción del juego. Sino ambas mordazas, bajo ciertas circunstancias, se hubieran podido mover en forma despareja, resultando en una diferencia de carrera que durante la sujeción podría generar una fuerza de empuje unilateral y una deformación. “Pudimos eliminar este riesgo”, explicaba Nagel. Para tener en cuenta todas las eventualidades, los técnicos de ROEMHELD verificaron adicionalmente las mordazas del cliente y hicieron los cálculos correspondientes, pero no hizo falta iniciar ninguna acción. Actualmente es un hecho que los elementos de fijación cumplen con todos los requisitos. “Tampoco hubo problemas por la posible penetración de virutas debido al maquinado en seco”, contaba el jefe de producto Nagel.


Elogios por la estrecha colaboración


Los esfuerzos de los técnicos condujeron al éxito deseado: Mediante el nuevo elemento de sujeción de posición flexible para GROB, la deformación de las piezas sujetadas se redujo en dos tercios, quedando en 0,01 mm, notablemente por debajo del límite de tolerancia requerido. Después de la exitosa recepción por parte del cliente, todo estuvo listo para la instalación de la línea de producción a fines del 2014.
Dichmann elogia expresamente la cooperación con el proveedor: “Estábamos bajo una gran presión por los plazos y por eso me puse muy feliz que la cooperación avanzara tan rápidamente. ROEMHELD fabricó y entregó rápidamente los nuevos elementos de sujeción de posición flexible. También fue excelente la comunicación y al final estuvimos muy satisfechos, al igual que nuestro cliente.” Desde que inició la producción, el importante fabricante alemán de automóviles Premium ya pidió dos líneas de producción más de cajas de corredera y tapas.