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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,