• 4 de agosto de 2025

La solución para el mecanizado de los estatores está lista para la producción en serie

El proceso integral de mecanizado de las carcasas de los estatores para los motores eléctricos, desarrollado conjuntamente por el fabricante de máquinas NILES-SIMMONS (Chemnitz) y el especialista en herramientas MAPAL, ha alcanzado la fase de producción en serie. Tanto proveedores como fabricantes de equipos originales (OEM) lo están utilizando actualmente para fabricar componentes de alta eficiencia destinados a sistemas de propulsión en vehículos eléctricos a batería y modelos híbridos de los principales fabricantes de automóviles.

Imagen 1: Llevaron la nueva tecnología a la madurez de la producción en serie (de izquierda a derecha): Daniel Pilz (Jefe de Proyecto NSH TECHNOLOGY) con el componente de muestra de MAPAL, André Ranke (Gerente Regional de Ventas de MAPAL) con una herramienta de mandrinado de precisión y Thomas Lötzsch (Gerente de Ventas de NSH TECHNOLOGY) con un componente de cliente. ©MAPAL

Ambos fabricantes demostraron recientemente, en un proyecto de desarrollo, que es posible producir la carcasa del estator de forma altamente rentable y precisa en un torno pick-up. Para el accionamiento de los vehículos eléctricos son necesarios los componentes de aluminio de paredes delgadas; que presentan nervaduras en el exterior para el circuito de refrigeración y se instalan en la carcasa del motor, de mayor tamaño.

Imagen 2: La pieza se transporta sucesivamente a las diferentes estaciones de mecanizado en el torno de recogida. ©MAPAL

Si bien NILES-SIMMONS utilizó un torno modular adaptado durante la fase de desarrollo, ahora se comercializa una máquina diseñada específicamente para la producción de los estatores. La base del desarrollo fue el centro de mecanizado vertical de la marca RASOMA, que, al igual que NILES-SIMMONS, pertenece al Grupo NSH (NILES-SIMMONS-HEGENSCHEIDT GmbH). Ambas marcas están organizadas conjuntamente en NSH TECHNOLOGY, filial del Grupo NSH, y han impulsado conjuntamente el desarrollo. El nombre RASOMA DZS 400-2 indica que funciona con dos husillos.

Para su uso en la producción en serie, la máquina se equipó lateralmente con una zona de recogida para piezas en bruto y una zona de descarga para piezas terminadas. Los componentes se suministran y retiran mediante cintas transportadoras. Con el montaje manual, es posible incorporar un almacén automatizado con capacidad para entre diez y veinte componentes. Esto permite operar varios sistemas mientras el empleado puede realizar otros procesos simultáneamente a la producción. «Hemos implementado una automatización en serie extremadamente sencilla. No se requieren robots ni bloques en la máquina. Los operarios pueden colocar las piezas directamente en la cinta transportadora de palés», explica Thomas Lötzsch, director de ventas de NSH TECHNOLOGY. Opcionalmente, está disponible la carga y descarga de piezas totalmente automatizada para varias máquinas con un sistema de transporte central. La máquina se integra fácilmente en un entorno de producción existente. Las dimensiones de instalación relativamente compactas de 7,50 x 2,60 m contribuyen a ello. El diseño de la RASOMA DZS 400-2 se basó en la colaboración con LTH Castings, socio con amplia experiencia en fundición y especialista en el mecanizado de componentes complejos, de alta calidad y paredes delgadas de aluminio fundido a presión. Por lo tanto, el diseño tuvo en cuenta directamente la experiencia práctica y las necesidades del usuario.

Imagen 3: El primer paso del mecanizado es el pre-desbaste de los distintos diámetros interiores del componente. La herramienta permanece inmóvil y solo gira la pieza. ©MAPAL

Mecanizado completo en dos sistemas de sujeción

Entre la recogida inicial y la descarga final, el mecanizado completo del componente se realiza en una máquina vertical utilizando dos sistemas de sujeción. En primer lugar, un dispositivo de sujeción recoge la pieza desde la parte superior y la traslada secuencialmente a las distintas estaciones de mecanizado de la máquina. En una estación de transferencia dentro del área de trabajo, la pieza gira 180 grados y es tomada por un segundo husillo para completar el mecanizado. Mientras tiene lugar esta segunda sujeción, el siguiente componente ya comienza su mecanizado en el primer sistema de sujeción, lo que permite un proceso continuo y eficiente.

Los pasos de mecanizado se encadenan de forma secuencial, como en una línea transfer en miniatura. El proceso se inicia con el pre-desbaste de los diferentes diámetros interiores del componente, durante el cual la herramienta permanece fija mientras la pieza gira. “A diferencia del torneado convencional con herramientas de filo único, el mecanizado con una herramienta de mandrinado ISO de cuatro filos montada en un husillo HSK-A 100 reduce el tiempo productivo a una cuarta parte”, explica André Ranke, director regional de ventas de MAPAL. El siguiente paso de mecanizado —en el que la carcasa del estator rotativo se mecaniza simultáneamente por dentro y por fuera con cuatro filos en cada lado— destaca también por su alta eficiencia. En este caso, la herramienta interior gira, y la velocidad de corte en sus filos se genera por la diferencia entre la velocidad de la herramienta y la de la pieza. La herramienta exterior, con forma de campana, permanece fija. Durante el proceso, el componente se posiciona en el espacio entre ambas herramientas para su mecanizado. Este innovador proceso, protegido por patente, reduce significativamente las fuerzas que actúan sobre el sistema de sujeción, lo que permite prescindir de dispositivos de amarre complejos con amortiguación de vibraciones, incluso al mecanizar componentes de paredes delgadas con alta precisión. “Al desarrollar esta herramienta, se prestó especial atención al elevado volumen de viruta y a las importantes fuerzas generadas, ya que no es habitual mecanizar los diámetros interior y exterior al mismo tiempo”, señala Michael Kucher, gerente de componentes para movilidad eléctrica en MAPAL.

Imagen 4: En el segundo paso del mecanizado, el componente de pared delgada se coloca en el espacio entre la herramienta interior y la exterior. ©MAPAL

Durante el proceso de acabado, únicamente se acciona la herramienta de mandrinado de precisión, mientras que la pieza permanece estática. Esto evita que las geometrías sin simetría rotacional generen desequilibrios en el material que puedan afectar negativamente al mecanizado. Posteriormente, la pieza se vuelve a sujetar en la máquina para mecanizar la zona exterior que anteriormente estaba fijada por la brida. Además, esta estación de sujeción puede cumplir una función adicional: sirve como punto de reposo previo al mandrinado de precisión, permitiendo que el material se relaje antes del mecanizado final.

La máquina está equipada con dos torretas portaherramientas motorizadas, que se encargan de realizar las operaciones posteriores según los requerimientos específicos del componente.

Más rápido y estable de lo esperado

En resumen, la RASOMA DZS 400-2 combina lo mejor de ambos mundos: la rapidez del torneado para el premecanizado del contorno interior y exterior, y la alta precisión del mandrinado para el acabado del contorno interior, tal como señala Daniel Pilz, jefe de proyecto en NSH TECHNOLOGY. Esta solución integral es fruto de la colaboración entre el fabricante de máquinas-herramienta y MAPAL, quienes aportaron sus respectivas competencias clave al desarrollo. Gracias a la estandarización de la máquina, la tecnología de herramientas y el proceso completo, los resultados obtenidos con el prototipo no solo se consolidaron, sino que incluso se superaron. La fiabilidad del proceso alcanzada excedió las expectativas iniciales, lo que permitió aumentar aún más la velocidad de corte objetivo de 700 m/min. "En el mecanizado de componentes de aluminio, la amplia experiencia tecnológica de NILES-SIMMONS contribuye de forma decisiva a la fiabilidad general tanto de la máquina como de la tecnología de herramientas", añade Michael Kucher, director de componentes de movilidad eléctrica en MAPAL.

 La RASOMA DZS 400-2 logra tiempos viruta a viruta significativamente más cortos que los de un centro de fresado convencional. Esto se debe a que todas las herramientas están ya posicionadas dentro del área de trabajo y simplemente se activan mediante la rotación del disco revólver, eliminando completamente los cambios de herramienta y reduciendo drásticamente los tiempos improductivos. Ya en estudios preliminares, esta tecnología anticipaba una reducción del 50 % en el tiempo de ciclo frente al torneado convencional. Durante la fase de optimización del proceso, se alcanzaron velocidades de corte de hasta 1.000 m/min gracias a la utilización del material de corte ideal para la aplicación. Además, al perfeccionar los tiempos improductivos, se logró un ahorro de tiempo adicional del 20%.

Imagen 5: La diferencia entre la velocidad de la herramienta y la velocidad de la pieza determina la velocidad de corte en los filos interiores. La herramienta exterior, con forma de campana, permanece inmóvil. ©MAPAL

La fiabilidad del proceso es tan alta que basta con un muestreo aleatorio para asegurar la calidad. Mientras que al inicio se inspeccionaban todas las piezas producidas, actualmente se recomienda medir solo una por turno. Daniel Pilz respalda esta confianza con datos concretos: “La RASOMA DZS 400-2, equipada con herramientas especiales de MAPAL, alcanza un índice de capacidad de proceso (CpK) superior a 1,67 en características críticas como la forma, el diámetro y la concentricidad, cumpliendo plenamente los estándares industriales.” Los clientes que ya han implementado esta solución están logrando volúmenes de producción de hasta 180.000 componentes al año en operación a tres turnos.

Eficiencia demostrada en producción a gran escala

LTH Castings, con sede en Eslovenia, ha sido una de las primeras compañías en adoptar el proceso de producción en serie de estatores utilizando la RASOMA DZS 400-2. Esta fundición con una sólida trayectoria opera más de 100 celdas de fundición y cuenta con más de 250 centros de mecanizado CNC para el procesamiento de piezas en bruto. La empresa emplea a unas 3.800 personas distribuidas en seis plantas de producción. El Dr. Primož Ogrinec, director de tecnología de LTH Castings, comenta: “Gracias a nuestras soluciones integrales, que abarcan desde el diseño hasta la producción en serie, actuamos como un socio estratégico clave para la industria de automoción. Nuestra oferta incluye componentes para sistemas de propulsión, motores eléctricos e híbridos, así como soluciones para dirección y frenos.”

Las máquinas RASOMA DZS 400-2 se cargan y descargan mediante robots en la producción ultramoderna.

Imagen 6: En la estación de transferencia, la pieza gira 180 grados y se prepara para la sujeción del husillo. ©MAPAL

Como ocurre con la mayoría de los proveedores del sector de automoción, LTH Castings fabrica componentes para una amplia variedad de modelos de vehículos. En este contexto, la flexibilidad de la RASOMA DZS 400-2 representa una gran ventaja, ya que permite adaptar rápidamente el sistema mediante el simple cambio de dispositivos de sujeción y herramientas, lo que resulta especialmente útil en la producción de carcasas de estator. “Con un único sistema y aplicando el nuevo proceso, se desarrolló una solución optimizada, adaptada a los requerimientos específicos de cada fabricante, tanto en volumen como en calidad, y se trasladó con éxito a la producción en serie”, explica André Ranke. Gracias a esta versatilidad, es posible fabricar carcasas de estator con diámetros de hasta 500 mm y longitudes de componente también de hasta 500mm.

“La RASOMA DZS 400-2 permite fabricar prácticamente cualquier tipo de carcasa que hayamos visto hasta ahora, y hemos visto muchas”, afirma Thomas Lötzsch. El equipo del proyecto, sin embargo, se encontró con un desafío inesperado cuando una carcasa diseñada por un importante fabricante de automóviles requería una hendidura específica en su interior, algo que no estaba presente en el componente de muestra desarrollado por MAPAL para el diseño del proceso. MAPAL reaccionó con rapidez, desarrollando junto con los especialistas del Grupo NSH una solución adaptada: en lugar de utilizar la herramienta de mandrinado de precisión habitual, se optó por una herramienta de accionamiento ultrapreciso equipada con cuatro correderas de su propia gama de productos, lo que permitió generar con exactitud el contorno interior requerido. En lo que respecta a la máquina, una interfaz adaptada fue diseñada en colaboración con MAPAL y estuvo lista en cuestión de días. Esta solución alcanzó la madurez para producción en serie durante el propio desarrollo del pedido. Gracias a la estrecha integración de sus estructuras de desarrollo, ambas compañías están en condiciones de responder rápidamente a nuevos requisitos geométricos y adaptarse a diseños de componentes emergentes.

Imagen 7: Una vez torneado el componente, mientras se realiza la operación 20 en el segundo husillo, se puede comenzar la operación 10 para la siguiente carcasa del estator en el primer husillo. ©MAPAL

La nueva referencia en fabricación de alto rendimiento y bajo coste

La RASOMA DZS 400-2, en combinación con la tecnología de herramientas de MAPAL, se ha consolidado como una solución eficaz para la producción en serie, resolviendo los problemas de calidad que frecuentemente se presentan en tornos y fresadoras convencionales, así como en las líneas transfer. Thomas Lötzsch recuerda varios casos en los que las tolerancias de forma y posición exigidas no podían cumplirse de forma fiable, lo que generaba tasas de rechazo de hasta el 50%. Cuando se lograba la calidad deseada, los tiempos de ciclo resultaban excesivos, elevando considerablemente los costes por pieza. En definitiva, hasta entonces no existía un proceso maduro y estandarizado que garantizara una fabricación eficiente y consistente de este tipo de componentes.

Imagen 8: LTH Castings: socios en el desarrollo y usuarios del proceso en serie, el equipo de LTH Castings: de izquierda a derecha Blaž Peternel (especialista en tecnología), Janez Jelovčan (jefe de tecnología de mecanizado, Škofja Loka), Nejc Kapus (director de fábrica, Škofja Loka), Tatjana Cankar Mencinger (jefe de proyecto), Tilen Štremfelj (jefe de gestión de proyectos), Dr. Primož Ogrinec (CTO). ©LTH Fundición

Ante la fuerte presión de precios que caracteriza al sector de la automoción, el desarrollo de la RASOMA DZS 400-2 se centró desde el inicio en lograr unos costes unitarios lo más bajos posible. Este objetivo se alcanzó mediante la combinación de una alta disponibilidad de la máquina, tiempos de ciclo reducidos, una elevada calidad en el mecanizado de los componentes y procesos de producción consistentes y fiables. Los análisis actuales confirman que, gracias a esta estrategia, el mecanizado —incluyendo el coste de las herramientas— permite alcanzar costes por pieza altamente competitivos.

Imagen 9: En RASOMA, se está construyendo la próxima DZS 400-2. El área de recogida está a la izquierda, el área de descarga a la derecha. Entre ellas se encuentran varias estaciones de mecanizado. ©MAPAL