Procesos rentables superando límites: forja rotativa

El sector de automoción ha incrementado drásticamente las exigencias de innovación en los últimos tiempos y en la actualidad la reducción del peso de componentes se ha tornado en un imperativo para cumplir con las premisas de reducción de emisiones de CO²

Se detecta por tanto una clara necesidad de renovar la propuesta de valor al mercado de un amplio sector industrial, la industria conformadora, fabricante de producto para automoción, mediante la generación de conocimiento científico-tecnológico e investigación en conceptos innovadores y no convencionales de fabricación.

La empresa catalana Industrias Puigjaner-DENN y el centro de investigación LABEIN Tecnalia han unido esfuerzos para aportar una solución a esta problemática mediante la aplicación del proceso de forja rotativa a componentes de automoción superando los límites de conformabilidad de procesos convencionales.

El proceso de forja rotativa ofrece las ventajas de un proceso incremental combinado con las propiedades que aporta al componente final la forja convencional.

Este trabajo iniciado, con la ayuda del fondo SAIOTEK del Gobierno Vasco y la iniciativa CENIT (eEe) del Ministerio de Industria, ha permitido adquirir tanto la base del conocimiento del proceso como el desarrollo de una unidad experimental prototipo que estará disponible en un breve período de tiempo.

La forja rotativa es un proceso de fabricación de carácter incremental que se caracteriza porque combina dos acciones, un movimiento rotacional y otro movimiento de compresión axial, para el conformado de precisión de componentes, pudiéndose llevar a cabo frío o en caliente. Algunas de las piezas que se fabrican mediante este proceso -además de llantas- son engranajes, discos, anillos…

La base del proceso consiste en partir de un material de forma cilíndrica, tocho o taco, que es conformado en una máquina cuya parte inferior gira arrastrando el material que es recalcado o extruído mediante una herramienta superior que gira libre y se encuentra inclinada respecto del eje vertical un cierto ángulo.

Es aquí, en máquinas de deformación por rotación para chapa y tubo, donde Industrias Puigjaner-DENN es líder desde hace más de 100 años, aportando ahora todo su conocimiento a este nuevo proceso de rotación aplicado al conformado másico. Asimismo, la experiencia de LABEIN Tecnalia en desarrollo y optimización de nuevos procesos de conformado complementan la oferta tecnológica e industrial del proceso de forja rotativa.

La forja rotativa permite obtener a las empresas del sector de automoción una serie de ventajas competitivas tanto a nivel tecnológico como económico. Esta tecnología va a permitir obtener un mejor aprovechamiento del material y en algunos casos la eliminación de rebaba conduciendo a procesos "near net shape". Esta forma de operar conlleva, en algunos casos, la eliminación de operaciones de mecanizado y soldadura.

Desde el punto de vista de la maquinaria asociada a este proceso, ésta requiere menores fuerzas, entre un 5% y 20% del proceso de forja convencional, debido a la disminución del contacto y fricción (abaratamiento de los lubricantes). Esto redundará en prensas más pequeñas, de menor coste y que a la vez necesitan de útiles de menor coste y más simples.

Se desglosan a continuación las ventajas más significativas del proceso a nivel tecnológico y económico siempre relacionando la tecnología rotativa con la convencional:

Tecnológicas:

Mayor deformación

Reducción fuerzas (5%-20% de la convencional)

Optimización material: reducción/eliminación de rebaba

Mayor precisión dimensional: near net shape

Mayor calidad acabados superficiales

Endurecimiento del material y estructura de grano optimizada

Eliminación de mecanizados y operaciones de soldadura

Procesos menos ruidosos y contaminantes

Económicas:

Alta flexibilidad

Menor número de preformas

Prensas más pequeñas

Utillajes de menor coste

Menor número de cambio de útiles

Menor coste energético

Actualmente DENN, junto con LABEIN, ofrecen una respuesta a toda la línea de proceso para la aplicación del proceso a llantas del automóvil, oferta que será ampliada a piezas de menor tamaño, centrada en este sector. La posibilidad de aplicar esta tecnología a piezas tanto de acero, aluminio como todo tipo de metales no férricos así como el amplio abanico de piezas posibles (cubos de rueda, engranajes,…) hacen de la forja rotativa un proceso polivalente y eficiente.

En el caso de discos y llantas, además de disponer de dos máquinas totalmente sincronizadas y la posibilidad de implantar todo el sistema en planta se ha desarrollado una metodología de trabajo basada en simulación mediante elementos finitos. Esta manera de trabajar permite el diseño de proceso y la definición de las especificaciones de la máquina de una manera óptima y rápida. Es aquí donde DENN ofrece una ventaja competitiva con respecto a otras empresas del sector dando una respuesta global a un nuevo componente y su proceso.

Como resultado de este trabajo en cooperación, DENN y LABEIN están desarrollando un demostrador que permite ver "in situ" prototipos preliminares de piezas como llantas o discos (parte central de la llanta). Estas preformas de forja rotativa son posteriormente transferidas a la máquina de laminar de DENN disponible en las instalaciones y que permite dar al componente la geometría final "near net shape".