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2014 ZF Chassis Components Toluca S.A. de C.V. Diego Islas Mora CIATEQ Edo., de México Maestría en Manufactura Avanzada [DESARROLLO DE UN SISTEMA DE SUJECIÓN PARA UNA TERMINAL DE DIRRECCIÓN EXTERIOR DE NUEVA GENERACIÓN] Resumen El propósito del artículo es dar a conocer el desarrollo de un sistema de sujeción para el proceso de maquinado de las carcasas de nuevo diseño para las terminales de dirección exterior de vehículos ligeros. Para las piezas actuales de producción se contaba con un sistema de sujeción con mordazas convencionales las cuales se ajustan mediante el posicionamiento de los dientes en la cremallera del chuck. Cualquier descentramiento en el maquinado se ajusta mediante el recorrido de las mordazas en esta última. Para los nuevos diseños el tipo convencional de sujeción no es del todo eficiente ya que el flash generado por la forja llega generar sujeciones inestables que repercuten en la calidad del producto. Para ello fue necesario la generación de un sistema de sujeción que no solamente apretara la pieza, sino también la jalara hacia la base de asentamiento, dando mayor rigidez y estabilidad a la pieza al maquinase. Para llevar a cabo dicho sistema de sujeción fue necesario un diseño completamente nuevo de mordazas que se adaptase las necesidades y diseño cónico de la pieza. Se llevaron a cabo diversas pruebas físicas en las cuales se tuvieron algunas complicaciones como el descentramiento de la pieza y sujeción frágil. Finalmente se obtuvieron resultados favorables modificándose la dureza de las mordazas, variando la posición de los dientes y el tamaño de las mismas. Las carcasas maquinadas se obtuvieron con una concentricidad de 0.080 mm teniendo como límite de especificación 0.200 mm y de la misma manera el paralelismo se logró maquinar en un máximo de 0.070 mm . Introducción El proceso de fabricación de las terminales de dirección empieza por el proceso de maquinado el cual es parte fundamental del desempeño final de la pieza. La parte clave en el proceso de maquinado es tener una sujeción robusta que permita cumplir con la concentricidad, paralelismo, rugosidad estipulados que se reflejaran en el proceso de ensamble como una pieza con torques uniformes, elasticidades axiales mínimas y a prueba de fugas. Las nuevas tecnologías en este tipo de componentes automotrices han orillado a la industria a desarrollar diseños innovadores que reducen el número de componentes por una parte, teniendo con esto un ahorro en el costo de materiales y en las operaciones del proceso. Por otro lado, dichos diseños van dirigidos a fabricar terminales con mayor durabilidad y mejor desempeño en el automóvil (precisión, confiabilidad, suavidad/rigidez). Para llevar a cabo la manufactura de dichos componentes es necesario el desarrollo de procesos de producción innovadores que permitan la realización de ellos y que a su vez sean más flexibles y reduzcan el tiempo de cambio. Fundamentos El diseño de la pieza se muestra a continuación en la figura 1 A B 1 3 2 Figura 1. Carcasa de 25 mm . Cualquier dibujo mostrado es de propiedad de ZF Chassis Components Figura 2. Perfil de carcasa para terminal de dirección exterior. Esta pieza forma la estructura fundamental de una terminal de dirección exterior. Es forjada en frio de material C45R. El primer paso para la manufactura de la terminal es el proceso de maquinado. Para ello se utiliza un torno MoriSeiki CL200 con un sistema de sujeción por medio de chuck. El sistema original de sujeción se muestra en la figura 1 en los puntos A y B. Con esta variante se presentan problemas de run out y de paralelismo excediendo las tolerancias marcadas en la figura 1. La causa de la misma se debe al flash presente en la forja por la naturaleza del mismo proceso de formación presentando paredes irregulares en la zona de sujeción. Para dicho problema se tuvo que modificar el sistema de sujeción a los puntos enmarcados en la figura 1 como 1, 2 y 3. Para ello se trabajó con el proveedor Schunk Alemania para el desarrollo e implementación de un chuck de nueva generación (NCS). Una vez que se tuvo el chuck se procedió a realizar el diseño de las mordazas internamente. Las mordazas debían de tener una distribución uniforme alrededor de la circunferencia de la carcasa para cumplir con la distribución de fuerzas. Figura 3. Distribución de las mordazas a 120º con respecto una de la otra En las siguientes fotografías se muestran las Mordazas colocadas en el chuck de maquinado Fotografía 1. Mordazas prototipo de acero Fotografía 2. Mordazas de acero con dureza de 58 HRC Por otra parte, la sujeción en la carcasa se realiza a un altura partiendo de la base de 4.0 ± 0.5 mm 4.0 ± 0.5 mm Figura 4. Sección de corte que muestra el área de sujeción para el maquinado de la carcasa de una terminal de dirección exterior La sujeción se realiza mediante una fuerza horizontalmente aplicada y una vertical que garantiza un clampeo centrado y uniformemente apoyado a la base donde asienta la carcasa para cumplir con las dimensiones acotadas en diseño. Figura 5. Chuck de nueva generación con sistema de clampeo horizontal y vertical Por último se procedió al cálculo de la fuerza de clampeo para el maquinado de la pieza (Fsp) Para ello se debe aplicar la siguiente fórmula Fsp = Fspz · Sz [N] Donde Fspz es la fuerza de clampeo determinada por el proveedor del chuck y Sz es el factor de seguridad que de acuerdo a la norma VDI 3106 es de 1.5 Por lo tanto Fsp = 2680 N · 1.5 = 3082 N Procedimiento y análisis de resultados El presente trabajo de investigación se llevó a cabo de forma práctica en la industria. Se tomó como base el sistema de clampeo convencional para carcasas analizando sus ventajas y desventajas. Fue necesario el trabajo en conjunto con el proveedor que desarrollo el chuck para lograr la mejora del mismo y su aplicación en el los nuevos diseños de las terminales de dirección exterior.0 Un vez que se tuvo el chuck disponible, se procedió al diseño de las mordazas de sujeción. Aquí se tuvieron varias complicaciones dado que originalmente se desarrollaron mordazas que tenían 4 dientes, sin embargo tuvieron una sujeción irregular liberándose la carcasa al maquinar. Se hicieron pruebas en campo y se tuvo como apoyo el software de diseño para la ejemplificación de los diversos escenarios. Finalmente y después de diversas pruebas se consiguió un resultado exitoso en el desarrollo de un sistema de sujeción con tres mordazas uniformemente distribuidas (120 ª de separación una de otra) y con dos dientes por pieza. Fotografía 3. Diseño final de mordaza de sujeción con dos dientes Conclusiones Los nuevos sistemas de dirección han llevado a la industria automotriz a desarrollar sistemas de manufactura más esbeltos e innovadores retando día a todos los proveedores involucrados a la mejora día con día. Para ser competitivos es necesario tener procesos más eficientes y estables que reduzcan los desperdicios e incrementen la productividad. El tiempo de fabricación juega un papel importante para tener diversos beneficios, pero se debe poner como premisa que antes de hacer cualquier reducción en ello la calidad se debe de respetar. Es por eso que el presente desarrollo ha resultado exitoso ya que la empresa será capaz de producir las piezas para el nuevo proyecto en tiempo y forma, cumpliendo con las especificaciones y sin tener que hacer una cuantiosa inversión para la herramentación de un centro de maquinado por la complejidad del sistema de sujeción. Bibliografía ZF LEMFÖRDER FAHRWERKTECHNIK GmbH & CO. KG. LMN 727-2 Piezas hechas de acero, Lemförder, Alemania, 2011-03 Organización Internacional para la Estandarización, ISO 13715 Dibujos técnicos, bordes de forma indefinida, Suiza, 2000-06 Instituto Alemán de Normalización, DIN 7168 Tolerancias generales para dimensiones lineales y angulares, Alemania, 1991-04 Organización Internacional para la Estandarización, ISO 2768 Tolerancias Generales, , Suiza,