Mecanizado de Flexspline para engranes de onda
Los Flexsplines, también conocidos como ruedas flexibles, cople flexible o manguito de cuello, forman el corazón de los engranes de onda. Estos componentes de alta precisión permiten relaciones de reducción muy elevadas en una sola etapa de engranaje, una ventaja decisiva frente a los engranes planetarios convencionales, que para obtener reducciones comparables requieren múltiples etapas y, en consecuencia, un espacio de instalación mucho mayor.
Retos técnicos de fabricación de los Flexsplines
La fabricación de flexsplines plantea requisitos más exigentes en cuanto a máquinas herramienta, control de procesos y garantía de calidad. La combinación de geometría de paredes delgadas, materiales de alta resistencia y requisitos de precisión extremos convierte a los flexsplines en una de las tareas de dentado más exigentes dentro de la tecnología moderna de fabricación.
Los flexsplines suelen tener espesores de pared inferiores a un milímetro. Este espesor reducido es necesario para su función, pero plantea retos considerables a la hora de sujetar la pieza. Incluso fuerzas de sujeción mínimas pueden provocar deformaciones elásticas que se traducen directamente en errores de dentado. Los módulos típicos oscilan entre 0,15 y 1,5 mm, con un número de dientes de entre 100 y 400. Como material se utilizan aceros de alta resistencia, como el SNCM 439 (40CrNiMo), que tras el tratamiento térmico alcanzan valores de dureza de 38 a 42 HRC.
Requisitos de precisión
La calidad del dentado de los Flexsplines debe cumplir los requisitos de la norma DIN 3960/62 o ISO 1328 clase 4. Esta clase de precisión implica tolerancias de paso en el rango de un solo dígito en micrómetros. La rotación del Flexspline debe estar dentro de los 5 micrómetros. El correcto cumplimiento de estas tolerancias es decisivo para la precisión de posicionamiento y el comportamiento operativo de todo el engrane.
Cadena de procesos para la fabricación de Flexsplines
La fabricación de los Flexsplines se lleva a cabo mediante una cadena de procesos de varias etapas, que incluye tanto maquinado en estado suave como maquinado en estado duro. Cada etapa del proceso debe estar perfectamente sincronizada para alcanzar las calidades finales requeridas.
1. Torneado en suave: Premaquinado de la geometría de la pieza en bruto y maquinado fino de los contornos antes del tratamiento térmico.
2. Tratamiento térmico: Temple y revenido a alta temperatura, tratamiento criogénico con nitrógeno líquido seguido de revenido a baja temperatura
3. Torneado en frío: Mecanizado de precisión tras el tratamiento térmico; acabado de las superficies funcionales
4. Templado en baño de aceite: Estabilización térmica y eliminación de tensiones
5. Rectificado interior: Acabado de alta precisión del diámetro interior, utilizado como referencia de sujeción para la generación del engrane
6. Gear hobbing: Mecanizado del engrane
7. Desbarbado: Eliminación de las rebabas de los bordes de los dientes
8. Limpieza: Limpieza industrial de las piezas
Proceso de fresado de engranes para Flexsplines
El proceso constituye el paso central en la fabricación de Flexsplines. EMAG ha desarrollado estrategias de procesos y equipamientos de máquinas específicos para esta aplicación, que permiten una fabricación reproducible con la máxima calidad.
Requisitos de la pieza antes del fresado de engranes
La calidad del proceso de fabricación a lo largo de toda la cadena de proceso es decisiva para el resultado final. Con este propósito, la perforación interna se somete a honing para garantizar la rugosidad superficial y la redondez requeridas para la sujeción mediante un mandril de expansión.
El espesor de la pared debe ser constante en toda la circunferencia; las variaciones provocan inevitablemente errores en el dentado, ya que influyen en el comportamiento de expansión de las piezas en bruto.
La pieza de trabajo debe estar completamente limpia antes de ser procesada; las virutas o impurezas en la perforación interna afectan la precisión de su sujeción y pueden causar daños.
La geometría de paredes delgadas de los Flexsplines requiere conceptos de sujeción especiales. Las pinzas de sujeción mecánicas con aplicación puntual de la fuerza provocarían deformaciones inadmisibles. Por ello, EMAG utiliza mandriles de sujeción de expansión hidráulica que garantizan una distribución uniforme de la fuerza sobre toda la superficie interior. Estos mandriles de sujeción hidráulicos deben presentar la máxima precisión: la concentricidad no debe superar los 3 a 5 micrómetros. Es imprescindible un posicionamiento axial inequívoco de las piezas de trabajo en la posición de sujeción para que las modificaciones de las líneas de flanco puedan aplicarse correctamente.
Las fresas de rodadura para el mecanizado de Flexspline están sujetas a los más altos requisitos de calidad. Se utilizan fresas de rodadura de metal duro. Para determinados módulos se requieren fabricaciones especiales con tolerancias de paso especificadas; en estos casos es necesaria una estrecha coordinación con el fabricante de herramientas. Además, las fresas de rodadura para Flexspline presentan perfiles especiales.
Concepto de máquina y tecnología de control
La fabricación de Flexsplines plantea los más altos requisitos en cuanto a la cinemática de la máquina, la estabilidad térmica y la regulación de accionamientos directos de los ejes relevantes para el proceso. EMAG ha desarrollado para esta aplicación un completo paquete de alta precisión que aborda todos los factores relevantes.
Las máquinas de fresado de la serie K de EMAG cuentan con una base hecha de fundición mineral (concreto polímero). Este material se caracteriza por su excelente efecto amortiguador de vibraciones y por una expación térmica muy baja. La estabilidad térmica es decisiva para la seguridad del proceso y la calidad del engrane.
Tanto el husillo de la herramienta (eje B) como el husillo de la pieza (eje C) están diseñados como accionamientos directos con enfriamiento por agua.
Esta construcción elimina elementos mecánicos de transmisión como correas o engranes, los cuales podrían generar errores de posicionamiento. La refrigeración por agua asegura una temperatura constante en las unidades de accionamiento y evita desviaciones de posición provocadas por efectos térmicos.
Estrategias de control para la minimización de errores de sincronización
En el fresado, el husillo de la pieza (Eje C) debe rotar de manera sincronizada con el husillo de la herramienta (Eje B). Sin embargo, incluso los servomotores de alta calidad presentan irregularidades inherentes al sistema, conocidas como torques de arrastre o efectos de cogging, que resultan de la interacción entre los imanes permanentes y los devanados del estator. Para el maquinado de Flexsplines, EMAG ha desarrollado una estrategia de compensación especial para el mecanizado Flexspline.
El sistema de control EMAG ofrece amplias posibilidades para la modificación del engrane. Además de las modificaciones estándar como coronamiento en el ancho de diente y conicidades en la línea de flanco, también pueden programarse directamente mediante parámetros en diálogo las modificaciones específicas de la línea de flanco para Flexsplines. Las modificaciones de perfil se generan normalmente a través del perfil del cortador de generación. Estas modificaciones optimizan el patrón de contacto y la vida útil del engrane durante la operación.
Gama de máquinas EMAG para el mecanizado de Flexspline
EMAG ofrece, dentro de la Serie K, dos plataformas de máquinas optimizadas específicamente para el maquinado de componentes de reductores armónicos (wellgetriebe). Ambas máquinas cuentan con el paquete de alta precisión descrito y se diferencian principalmente en su rango de trabajo.
K 300: solución de alta rigidez para piezas de trabajo de mayor tamaño
La K 300 cuenta con un bastidor cerrado que garantiza la máxima rigidez incluso con fuerzas de mecanizado elevadas. Este diseño es especialmente adecuado para Flexsplines de mayor tamaño, de hasta 140 mm de diámetro exterior. La estructura de bastidor cerrado, en la que un yugo conecta el lado del husillo principal con el lado del contrapunto, evita la deformación de la máquina incluso bajo fuerzas de sujeción elevadas.
Calidad de engrane alcanzable
Con el concepto de fabricación descrito, EMAG logra de manera comprobada calidades de engrane conforme a DIN 3960/62 o bien ISO 1328, Clase 4 o mejor. Esta precisión ha sido validada y documentada en proyectos de producción en serie con fabricantes líderes de reductores armónicos.
Las mediciones abarcan todos los parámetros relevantes del engrane: desviación de la línea de flanco, desviación del perfil, paso, excentricidad y espesor del diente. En particular, los parámetros de desviación del paso son decisivos para la uniformidad de la transmisión en el engrane.
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