Los automóviles de Tesla suelen usarse como ejemplo de que los vehículos eléctricos (VE) no necesitan múltiples engranajes o transmisión dual. Para ser exactos, esto es aplicable a todos, salvo aquellos que sí los necesitan. Dado que la tendencia de los VE de varios engranajes coge fuerza, Mats Wennmo —director general de transmisiones de automoción de Sandvik Coromant, explica cómo un proceso conocido como el power skiving puede ayudar a los fabricantes de VE a adoptar esta tendencia con tiempos de mecanizado muy reducidos.
Por Mats Wennmo —director general de transmisiones de automoción de Sandvik Coromant
Los vehículos modelo S, modelo X y modelo 3 de motor dual de Tesla presentan dos engranajes diferentes, uno delantero y otro trasero. El potencial de los VE con múltiples engranajes ha sido explorado por Porsche, quien ha confirmado que su vehículo eléctrico Taycan tendrá una caja de cambios de dos velocidades. Los vehículos eléctricos de Polestar, Volvo, Lucid y Volkswagen también tienen transmisiones, pero estas transmisiones no son como las que se tenían en el pasado. Entre las nuevas tecnologías se encuentra una unidad propulsora transaxial de VE de dos velocidades anunciada por ZF, el fabricante de sistemas técnicos para vehículos.
Las múltiples relaciones de transmisión de los VE ofrecen varias ventajas de rendimiento, que estudiaremos en este artículo. Pero, si los VE de varios engranajes como los de Porsche y Tesla demuestran ser un éxito, ¿cómo pueden el resto de los fabricantes seguir su ejemplo garantizando la rentabilidad de su producción?
Las principales razones por las que los VE necesitan transmisiones (Figura 1) son dos. Primero, la relación de par/revoluciones por minuto (rpm) no es la misma en un VE que la de un vehículo de combustión interna. En los VE, es difícil conseguir par/aceleración de la batería sin una transmisión. Un par elevado incrementa la carga puesta en los flancos del engranaje y, de la mano de las rpm grandes, cobra importancia la reducción del ruido dado que los VE no tienen un motor que oculte el sonido.
Por otra parte, el aumento de las rpm de los VE incrementa los requisitos de calidad de la transmisión, lo que complica enormemente el uso de métodos de mecanizado convencionales. Aquí, la fila de máquinas va sumando desviaciones a los engranajes cada vez que el componente cambia de una a otra. Las transmisiones de los VE son principalmente planetarias, cuyo diseño compacto también redujo el peso y el espacio necesarios para la transmisión. Algunas transmisiones también se llaman transmisiones de reducción, dado que la tarea es reducir el par y las rpm al principio.
Power skiving llevado a la práctica
Entonces, ¿cuál es la mejor forma de fabricar estos componentes de transmisión de mayor calidad? La respuesta reside en un concepto que nos acompaña desde hace más de un siglo: power skiving. El proceso combina la conformación y el tallado con fresa madre —un proceso de mecanizado para tallado de engranajes— en un único proceso de corte continuo.
El power skiving presenta múltiples ventajas frente al método de mecanizado tradicional, además de mayor productividad y flexibilidad. Al usar este método, se puede mecanizar un componente completo en una máquina multitarea o centro de mecanizado con un único reglaje. Esto reduce el tiempo de producción, mejora la calidad y reduce los costes de manipulación y logística. El proceso también contribuye a ofrecer un mecanizado de componentes más manejable y predecible.
Dado que el mecanizado se desarrolla en un mismo reglaje, esto elimina la necesidad de utilizar múltiples máquinas especializadas y cambios de máquina. Para los fabricantes de automoción — para quienes el tiempo improductivo es extremadamente costoso—, reducir los cambios de máquina puede tener un gran impacto en sus resultados finales.
Un cliente de Sandvik Coromant puso a prueba el power skiving para conformar los componentes del engranaje principal de acero de baja aleación 16MnCr5 con las fresas CoroMill® 178 o CoroMill 180 de plaquita intercambiable de Sandvik Coromant.
La pieza se desbastó y acabó con la fresa de acero rápido enteriza CoroMill 178H PM-HSS. Antes, el cliente usaba una fresa de conformación para este proceso, a una velocidad de corte de 40 m/min (131 pies/min) para la fase de desbaste y 50 m/min (164 pies/min) para la fase de acabado. El nuevo método le permitió incrementar la velocidad a 250-300 m/min (820-980 pies/min) en desbaste y acabado.
El fabricante aplicó las fresas de acero rápido enterizas CoroMill 178H PM-HSS a entre tres y cinco pasos de desbaste y dos pasos de acabado. El cliente también redujo el tiempo de reglaje y cambio de la herramienta, incrementó la estabilidad del proceso y mejoró drásticamente la calidad de la pieza. La calidad mejoró principalmente gracias a la desaparición de la necesidad de mover el componente de una máquina u operación a otra, ampliando las desviaciones centrales y de excentricidad. El mecanizado completo se realizó en un único reglaje.
Es más, al sustituir el laborioso proceso anterior por power skiving, el tiempo de mecanizado se redujo y la vida útil aumentó considerablemente. Esto resultó en un descenso del tiempo de mecanizado del 90%, lo que proporcionó al cliente una valiosa capacidad liberada.
Elegir una herramienta
Sandvik Coromant ofrece varias fresas de metal duro para power skiving, CoroMill 178S y CoroMill 178H con sustrato de acero rápido (PM-HSS). Han sido diseñadas para proporcionar gran precisión y rendimiento y están disponibles para los módulos 0,5–6 (DP 50–5). Sandvik Coromant también cuenta con la fresa CoroMill 180. Esta es una fresa de plaquita intercambiable con alojamientos guiados que ofrece una excelente precisión repetible en los módulos de 2,5 a 8 (DP 10–3).
Aunque el power skiving nos acompaña desde hace mucho, recientemente, su uso ha dado un nuevo giro gracias al incremento de la robustez y rigidez de las máquinas y a que los fabricantes buscan nuevos métodos de mecanizado. El power skiving es especialmente efectivo en producciones en serie, donde los plazos de entrega reducidos son decisivos, además de en industrias en las que el tiempo improductivo es extremadamente caro, como en el mercado de la automoción y la fabricación de VE.
