Cuando el proveedor anterior se retiró, al cliente solo le quedó una opción: encontrar un socio que no solo copie lo existente, sino que replantee la aplicación. Para EMCO Gears, una empresa familiar con profundas raíces en precisión, automovilismo y alta tecnología, esto fue precisamente el incentivo. Junto con el socio de herramientas HORN USA, se desarrolló un enfoque moderno de fabricación para un conjunto de engranajes cónicos exigente con geometría inusual. El diseño, la concepción de herramientas, el mecanizado en cinco ejes y la metrología se integran sin problemas, mostrando cómo se pueden fabricar engranajes de manera eficiente, reproducible y a prueba de futuro.
EMCO Gears es un fabricante familiar con dos ubicaciones: tecnología y fabricación en Elk Grove Village, Illinois, y una segunda ubicación en Indianápolis, Illinois, que apoya servicios de automovilismo y ventas. EMCO está activa en los campos de automovilismo, defensa, aeroespacial e industrial con el mismo tema: piezas de alta tecnología, donde la selección de materiales, el tratamiento térmico y la estrategia de fabricación son tan importantes como el diseño. Para esta aplicación, se pidió a EMCO que fabricara un conjunto de engranajes cónicos para un cliente cuyo proveedor anterior había detenido la producción de las piezas. EMCO aceptó bajo una condición: el conjunto de engranajes debía fabricarse con un enfoque moderno.
Un conjunto de engranajes cónicos de 60 grados
El conjunto de engranajes se utiliza en un conjunto de toma de fuerza. Normalmente, en aplicaciones de engranajes cónicos, la transmisión de fuerza se realiza a 90 grados, pero este proyecto requería una configuración de 60 grados. Esta diferencia afecta la geometría del engranaje, la relación de contacto y el proceso de fabricación necesario para cumplir con estos objetivos.
Los cambios en el perfil, en la posición o en la estabilidad del proceso se manifiestan rápidamente en forma de ruidos, calor, desgaste o fallos prematuros. Con una tolerancia de error tan baja, la repetibilidad es crucial.
El engranaje se fabrica con SAE 9310/14NiCrMo 13-4 (1.6657), una aleación de acero con alto contenido de níquel y cromo, que presenta buenas propiedades de resistencia y dureza. Tras el endurecimiento por uso, el engranaje desarrolla una superficie endurecida, mientras que el núcleo permanece tenaz. Esto proporciona una combinación de resistencia superficial y tenacidad subyacente, adecuada para ciclos de trabajo exigentes.
Más allá de los límites de los métodos tradicionales de engranajes cónicos
Una vez que se selecciona el diámetro del fresador, puede suceder que el desarrollo se vea limitado por el fresador elegido. EMCO persiguió un objetivo diferente. El equipo quería tener la libertad de diseñar la forma de diente necesaria y luego fabricar este perfil en una máquina de cinco ejes con una herramienta que corta ambos lados del perfil del diente en un solo paso. La solución desarrollada se basa en una herramienta de fresado especialmente diseñada para engranajes cónicos para la estrategia de cinco ejes de EMCO.
“Antes”, dice Wolfe, “se necesitaban cuatro herramientas especiales. Ahora lo hacemos con solo una herramienta especial.” La implementación fue rápida, ya que HORN ya conocía la interfaz del husillo de EMCO en la máquina de cinco ejes DMG. En las placas de corte, HORN partió de una forma de perfil probada y modificó este perfil para obtener el corte requerido.
El flujo de trabajo en EMCO conecta diseño, fabricación y medición. El equipo fresó el engranaje, verificó la topografía con un CMM de Zeiss y actualizó el programa según fuera necesario. La ventaja es que se pueden hacer ajustes dimensionales del engranaje sin cambiar la herramienta.
De 8 horas a 15 minutos
Antes de que se utilizara el fresador HORN, se fabricaban engranajes cónicos con fresadoras de vástago pequeñas y parámetros de corte conservadores, tomando aproximadamente 8 horas de tiempo de máquina para procesar un solo engranaje. Con el nuevo procedimiento, el fresado de los dientes solo toma alrededor de 15 minutos, seguido de mediciones y actualizaciones de programa si son necesarias. Wolfe enfatiza que la implementación depende de parámetros de inicio realistas. Describe los datos de corte recomendados por HORN como prácticos y precisos, lo que apoya una producción estable.
Sistema de desbaste en uso
Además del fresado de engranajes cónicos, EMCO se centró en el desbaste. Para garantizar un flujo continuo, EMCO integró el proceso de desbaste utilizando el sistema N117 de HORN en el torno. Wolfe describe el nuevo proceso de la siguiente manera: “En lugar de esperar a un lote, las piezas se envían con un flujo más uniforme de torneado a los pasos de trabajo posteriores. Aquí se utiliza una placa de corte especial. EMCO deseaba radios de esquina especiales para mayor resistencia, y HORN ajustó el perfil de corte en consecuencia.”
Tanto Wolfe como Bruce Williams, gerente de desarrollo de productos en EMCO, describen la colaboración con HORN como orientada a soluciones y receptiva. Wolfe señala el rápido acceso del contacto de ventas al soporte técnico, que ayudó a aclarar rápidamente preguntas y detalles sobre el diseño de herramientas. Williams explicó que, aunque EMCO puede definir cómo debe procesarse una pieza, la ventaja radica en tener un socio de herramientas que pueda convertir esta necesidad en una solución oportuna y utilizable. El resultado es una clara ventaja competitiva, ya que EMCO puede llevar el producto terminado al mercado más rápido.
Resultado positivo
Al combinar la fabricación en cinco ejes, la medición topográfica basada en Zeiss, la medición de superficies y el portafolio de productos de HORN, EMCO ha desarrollado un proceso para engranajes cónicos que es más rápido de desarrollar, más fácil de operar y mejor adaptado a las necesidades de producción reales. Para EMCO, esto significa condiciones de contacto mejoradas, un funcionamiento más silencioso, una vida útil más larga y una fabricación más sencilla, al tiempo que se cumplen los objetivos de costos en un mercado cambiante.
Extra: EMCO Gears
EMCO Gears fue fundada en 1934 en Chicago. Wolfe recuerda los inicios, cuando la empresa comenzó con engranajes simples fabricados en serie y finalmente pasó a contratos de defensa de alta precisión. En automovilismo, el papel de la empresa se expandió desde la fabricación hasta el diseño de transmisiones y sistemas. Hoy, EMCO aplica el mismo enfoque de resolución de problemas en los campos de defensa, aeroespacial e industrial.
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