Las distintas alternativas de mecanizado que se utilizan en las carreras automotrices

La industria de carreras de autos continuará manteniendo las máquinas-herramienta ocupadas durante los siguientes años. La Motorsport Industry Association, una organización británica de negocios de carreras, estima ventas de productos de carreras en Estados Unidos por aproximadamente US$19,5 billones. Lo que alimenta este enorme mercado es mucho más que las ligas de carreras por un escalón superior, como Nascar y la liga Indy Racing. En el nivel básico, los corredores de fin de semana compiten en una gran variedad de estilos de carreras, y están atentos constantemente a aquel nuevo componente que les dará un máximo desempeño en la competencia. Pasaron los días de búsqueda intensa, a través de metros de basura, de una parte para modificar. La mayoría de corredores de hoy, especialmente los que compiten a escala local, prefieren comprar componentes o ensambles diseñados para su aplicación específica, de modo que ellos simplemente atornillen y sincronicen. Un gran número de estos productos estuvo en exhibición durante la feria Performance Racing Industry que se llevó a cabo el pasado diciembre en Orlando, Florida.

La muestra PRI se enfoca en los fabricantes de autos de carreras y sus componentes. Los 1400 expositores diseñan y fabrican motores de carreras y componentes de transmisión. A esta exposición me trajo su área “Machinery Row”, donde 120 proveedores mostraron máquinas-herramienta, herramientas de corte, dispositivos de metrología, software CAD/CAM y equipo para acabado y desbarbado. Aunque no tan grande como las muestras de metalmecánica, Machinery Row ofreció una visión fugaz de cómo el mecanizado CNC estaba siendo aplicado a –y en algunos casos, personalizado hacia– la producción de componentes críticos de carreras.

Los fabricantes de componentes de carreras de tamaño medio a grande y los equipos de carreras entienden la importancia de la tecnología de mecanizado CNC y están aprovechando su ventaja. Sin embargo, algunos fabricantes y talleres más pequeños de motores que abastecen a esta industria, avanzan en la curva de aprendizaje CNC. Aquí el panorama de unas pocas tecnologías de mecanizado que captaron mi atención en la feria PRI:

–Mecanizado de puertos. Piense en una operación de mecanizado para la industria de deportes de motor, y probablemente se le vendrá a la mente un mecanizado de cinco ejes de puertos de cabezas de cilindros. Estas operaciones mecanizan los puertos de entrada y salida de las cabezas fundidas de cilindros, las ajustan en tamaño y optimizan las capacidades de flujo.

Los VMC usados para hacer los puertos de las cabezas de cilindros usan generalmente una tabla ‘trunion’ para rotación de ejes B y C, y una herramienta de corte especial tipo ‘chupete’ para alcanzar el interior de los puertos. La fabricación de los puertos también puede desarrollarse en una máquina torno/fresadora, como la Integrex serie ‘e’ de Mazak. En este caso, el husillo de torno horizontal provee rotación en el eje C, mientras el movimiento en el eje B viene de inclinar el cabezal del husillo de fresado.

Centroid mostró un sistema de puertos de cabeza que logra un movimiento de cinco ejes en una mesa inclinada. La mesa usa un drive de tornillos de bolas para proveer 50 grados de movimiento del eje B alrededor de un punto pivotante central. El sistema Centroid incluye máquina-herramienta, mesa inclinada, sonda, herramienta de corte y un asiento de Mastercam X. Los pasajes creados a mano se escanean con una sonda, de modo que todos los puertos puedan mecanizarse idénticamente para emparejar ese perfil de puerto.

–Inspección específica de componentes. Algunos fabricantes de equipos de metrología han adaptado dispositivos de medición para simplificar la inspección de componentes de motor. Por ejemplo, Mahr Federal mostró su software Primar, disponible en sus sistemas automatizados de medición de posición y forma MahrForm. Nuevos programas de medición para componentes, como pistones, ejes de levas, cigüeñales, bielas y engranajes pueden crearse rápidamente con plantillas específicas de la aplicación. Después que un operador ingresa información sobre el tamaño y geometría de la parte, el sistema mide automáticamente las características principales de la parte. Los resultados de medición pueden reportarse en forma de tabla o gráfica. La imagen 4 muestra un sistema MahrForm midiendo varias características de un pistón. La sonda rota 90 grados en el sentido de las agujas del reloj, desde la posición mostrada, con el fin de acceder a las entallas del anillo para medición.

–Ingeniería inversa. Numerosos cambios de diseño son comunes durante las fases de I&D y prueba de componentes. Cuando se altera una parte física del modelo CAD original, debe ser escaneada para capturar la nueva geometría. Los datos de superficie pueden obtenerse a través de diferentes métodos. Lo más común en la muestra PRI fueron los brazos de inspección ofrecidos por compañías como Faro, Romer e Immersion. Estas usan una sonda de contacto o un láser sin contacto para capturar el perfil de la parte.

El escáner láser puede capturar los datos de superficie más rápidamente que las sondas de contacto. Los digitalizadores y CMM portátiles, con capacidad de escaneado láser, recolectan datos en nubes de puntos de objetos 3D. A medida que la línea láser barre la superficie de la parte, los puntos capturados aparecen en tiempo real y facilitan al operador ver en dónde debería incrementarse la densidad de los puntos. Algunos sistemas permiten acortar la longitud del láser para incrementar la densidad y resolver mejor las áreas con alta curvatura. El software transforma los datos de nubes de puntos en datos de polígono, almacenados en formatos de archivos estándar en la industria. Un paquete CAM puede entonces tomar los datos escaneados y generar patrones de herramientas.

–Bruñido preciso. Las superficies bruñidas apropiadamente son fundamentales para el sello efectivo y el control de aceite entre componentes que encajan. El bruñido se requiere para cilindros de motor y camisas de cilindros, así como para los extremos grandes y pequeños de las bielas. El ángulo del entramado para el bruñido es algo que los fabricantes tienen en consideración porque afecta la forma como fluye el aceite en el cilindro (véase la imagen 7. )En general, un entramado excesivo permite un alivio más rápido del aceite en el cilindro, mientras un ángulo más bajo retiene más aceite.

Generalmente, el bruñido se realiza en máquinas dedicadas como la bruñidora automática de cilindros SV-10, de Sunnen. El ángulo de entramado está determinado por la tasa de carrera y velocidad rotacional de la herramienta. Es posible un número infinito de ángulos de entramado. La SV-10 acomoda bloques de motor hasta de 42” y permite perforar cilindros que miden desde 2” hasta 8” de diámetro.

–Pasajes suaves. Las cabezas de cilindros y la mayoría de válvulas de entrada son componentes fundidos (algunas entradas se producen con lámina metálica soldada). El proceso de fundición deja un acabado superficial rugoso para pasajes internos como corredores de entrada y puertos de cabezas de cilindros, lo cual restringe el flujo de mezcla aire/combustible y gases de escape. Ya que un motor es, esencialmente, una bomba de aire, el flujo no restringido crea más potencia. El proceso de mecanizado por flujo abrasivo (AFM), desarrollado por Extrude Hone, es una forma de suavizar estos pasajes internos.

El AFM utiliza medios abrasivos bajo presión para debarbar y pulir esas superficies de difícil alcance. Para aplicaciones en carreras, el proceso se aplica normalmente en conductos de entrada y puertos de cabezas de cilindros para remover superficies rugosas después del proceso de fundición (véase el puerto suavizado de la imagen 8). Esto maximiza la velocidad de flujo a través del componente. Ya que el pulido se desarrolla en paralelo al flujo de aire/fluido, el ‘grano’ final de la superficie resultante va acorde con la dirección de flujo.

Una versión MicroFlow, de AFM, utiliza un medio que tiene menor viscosidad y partículas abrasivas más pequeñas. El medio puede fluir a través de agujeros con diámetros que van desde 0.002” hasta 0.030”. Dos aplicaciones automotrices comunes son las boquillas de inyectores para pulverización de combustible y los agujeros de escape en los sistemas de inflado de airbags.