El torneado scroll-free es un proceso de torneado desarrollado por EMAG en el que un filo de corte recto, inclinado 45 grados, se desplaza tangencialmente junto a la pieza de trabajo en rotación. El punto de contacto se desplaza continuamente a lo largo del filo de corte. De esta manera se obtienen superficies twist-free con una calidad comparable a la del rectificado, significativamente más rápido que el torneado convencional de acabado y completamente en seco.
Torneado scroll-free de sellos y rodamientos, núcleos laminados con rugosidad superficial definida y tiempos de ciclo más propios del desbaste que del acabado: el torneado scroll-free se ha consolidado como estándar en el mecanizado de ejes, particularmente en el campo de los accionamientos eléctricos. Es momento de las cinco preguntas y respuestas más importantes sobre esta tecnología.
El torneado scroll-free en la práctica: en el área de trabajo de la EMAG VT 4, la herramienta de torneado scroll-free mecaniza un eje sujeto verticalmente.
1. ¿Por qué se desarrolló el torneado scroll-free?
El detonante fue la espiral. En el torneado longitudinal convencional, el radio de punta de la arista de corte, la velocidad de avance y la rotación de la pieza de trabajo generan una fina estructura de ranuras helicoidales en la superficie. En un asiento de sello, esta estructura actúa como un transportador de tornillo: transporta aceite por debajo del sello radial de eje — provocando fugas en el sistema. Por este motivo, muchos planos para asientos de sello exigen explícitamente que la superficie esté libre de marcas de herramienta, generalmente combinado con valores de rugosidad superficial de Rz 1 a 4.
Durante mucho tiempo, este tipo de superficies solo podían obtenerse mediante rectificado. El objetivo del desarrollo tecnológico de EMAG fue crear una alternativa con arista de corte definida que opere directamente en el torno — sin operación de rectificado adicional y sin fluidos de corte. El resultado es el torneado libre de espiral, que lleva más de una década en uso en proyectos de producción en serie.
En el torneado convencional, el radio de la arista de corte y la velocidad de avance generan una estructura de ranuras helicoidales conocida como espiral. En los asientos de sello, esta espiral canaliza el aceite por debajo del sello radial de eje.
2. ¿Cómo funciona el torneado scroll-free?
En el torneado scroll-free – también denominado en ocasiones torneado tangencial – se utiliza una arista de corte recta de hasta 50 milímetros de longitud, posicionada a un ángulo de 45 grados. La pieza de trabajo gira como es habitual en el torneado. Sin embargo, la arista de corte no se desplaza axialmente a lo largo de la pieza de trabajo, sino que barre tangencialmente a su lado; un movimiento de compensación superpuesto garantiza la forma cilíndrica precisa.
El efecto clave: el punto de contacto se desplaza continuamente a lo largo de la arista de corte. Cada punto de la arista de corte está en contacto durante solo una fracción de segundo; la viruta se desprende de la arista de corte llevándose consigo casi todo el calor del proceso. Esto permite velocidades de corte elevadas de 250 m/min y más, con maquinado completamente en seco. Para longitudes de maquinado mayores, puede superponerse también un movimiento en el eje Z; esto incrementa adicionalmente la productividad, pero la superficie generalmente ya no queda libre de espiral.
El principio de funcionamiento: un filo de corte recto, inclinado 45°, se desplaza tangencialmente junto a la pieza en rotación. Durante el mecanizado, el punto de contacto se desplaza a lo largo del filo de corte.
3. ¿Cómo se generan las superficies twist-free?
Como en el torneado scroll-free no existe un avance axial, no se genera ninguna estructura helicoidal en la pieza. Además, el filo de corte inclinado 45° actúa como un filo de alisado: la parte del filo que queda detrás de la zona de corte recorre la superficie recién mecanizada y alisa las irregularidades residuales en una sola pasada.
Una característica especial de este proceso es que la calidad superficial de la plaquita de corte se transfiere prácticamente uno a uno a la pieza, en gran medida independientemente del avance. En este caso, EMAG utiliza dos plaquitas de corte estándar. Una variante deliberadamente más rugosa genera valores de Rz entre 1 y 4 para asientos de sellos, ya que el retén radial necesita una película de aceite; una superficie demasiado lisa puede provocar la ruptura de esa película lubricante. La variante con rectificado fino alcanza valores de Rz inferiores a 1, por ejemplo, para asientos de rodamientos. La profundidad del twist se sitúa, según la plaquita utilizada, entre 0.1 y 0.8 µm, mientras que la sección transversal teórica de transporte es inferior a 60 µm² y 20 µm², respectivamente.
La velocidad a la que puede realizarse el scroll-free turning depende del diámetro de la pieza: para un diámetro de 35 mm es posible trabajar con avances de aproximadamente 0.18 mm/rev, mientras que para un diámetro de 100 mm pueden alcanzarse avances de hasta 0.5 mm/rev. Cuando no se requiere una superficie twist-free, son posibles avances de hasta 1.5 mm/rev.
Mecanizado suave con movimiento del eje Z superpuesto: esto permite terminar de maquinar incluso diámetros largos, como el núcleo laminado, con gran rapidez — con velocidades de avance de hasta 1.5 mm por revolución.
4. ¿Dónde se utiliza el torneado scroll-free: en mecanizado de materiales duros o suave?
En ambos casos. En el mecanizado en duro, el torneado scroll-free es una alternativa rápida al rectificado de asientos de juntas y cojinetes en ejes templados, con una dureza Rz de 1 a 4, redondez inferior a 5 micrómetros y desviaciones de cilindricidad inferiores a 8 micrómetros. En el mecanizado suave, destaca, por ejemplo, en el núcleo laminado de ejes de rotor: en lugar de terminar a aproximadamente 0.2 mm/rev, el proceso se realiza a 1 mm/rev o más. En un ejemplo práctico, esto reduce el tiempo de maquinado del núcleo del rotor de 22.7 a 6.1 segundos.
El proceso también maneja con eficacia los cortes interrumpidos — como los que atraviesan perfiles de diente o chaveteros — significativamente mejor que el torneado convencional, gracias a la entrada y salida suave de la arista de corte. La vida útil de la herramienta oscila entre 2,000 y 12,000 componentes, según el material, la velocidad de corte y los criterios de vida útil. “Con el tiempo de uso, el filo de corte del torneado scroll-free tiende a alisarse, por lo que la calidad superficial generada suele mejorar progresivamente. De hecho, en muchos casos el criterio para cambiar la herramienta es que la superficie llega a ser demasiado buena”, explica Daniel Nille, especialista en torneado scroll-free del departamento de desarrollo tecnológico de EMAG. Para obtener resultados estables es fundamental contar con una calidad uniforme de la pieza de entrada, por lo que en la práctica normalmente se realiza un torneado preliminar convencional antes del torneado scroll-free.
Torneado scroll-free en producción en serie: los tornos verticales para ejes de la serie VT y – para componentes tipo bridas – de torneado vertical de la serie VL de EMAG.
5. ¿Qué máquinas y requisitos necesita este proceso?
El torneado scroll-free requiere un torno con eje Y o una torreta giratoria y, debido a las fuerzas radiales relativamente elevadas del proceso, una sujeción estable de la pieza, por ejemplo, mediante una porta pinzas o el mandril de sujeción para ejes de EMAG; cuando es necesario, el sistema se complementa con una luneta. En EMAG, este proceso se utiliza principalmente en los tornos verticales para ejes de la serie VT y, para componentes tipo bridas, también en la serie VL.
No se requieren especialistas para operar la máquina. Un ciclo de torneado scroll-free desarrollado específicamente por EMAG calcula automáticamente los movimientos del proceso en segundo plano. El instalador de máquinas solo tiene que introducir parámetros como el diámetro, el avance y la velocidad de corte, y ajustar la herramienta como en un torneado normal; no se requiere un sistema CAM. En cuanto a las limitaciones: el proceso está diseñado el mecanizado de diámetros exteriores; no es aplicable a diámetros interiores ni a superficies frontales.
Conclusión: el torneado scroll-free combina la calidad superficial del rectificado con la velocidad y la flexibilidad del torneado, un proceso completamente en seco, con una inversión relativamente baja y una larga vida útil de la herramienta.
Para conocer por qué esta tecnología resulta especialmente ventajosa en la fabricación de ejes rotores para sistemas de accionamiento eléctricos, consulte nuestro artículo «Ejes de rotor para accionamientos eléctricos».
