Desbarbado y limpieza de árbol de levas: 66 segundos para dos piezas a 3 mg

Resumen

Un árbol de levas es un eje alargado y delgado que lleva una serie de perfiles lobulados rectificados con una tolerancia medida en centésimas de milímetro. Tras el taladrado, también es un componente con orificios para aceite que intersectan los muñones y rebabas situadas exactamente donde debe fluir el aceite.

Por lo tanto, su desbarbado constituye un problema distinto del desbarbado de un bloque o de una carcasa. La rebaba es pequeña, pero la superficie adyacente es el perfil acabado; así pues, un cepillo o una fresa que elimine la rebaba mientras toca el lóbulo genera una pieza inservible. Asimismo, su limpieza plantea un problema distinto, ya que los orificios para aceite son pequeños y el eje no puede inundarse desde el exterior.

La celda descrita aquí realiza ambas operaciones en un solo recinto en 66 segundos para dos piezas, manteniendo cada pieza en o por debajo de 3 mg. Big Bird Industrial (anteriormente Shimada Big Bird Industrial) fabrica sistemas de limpieza y desbarbado para componentes de tren motriz automotriz desde el año 2001, y su configuración sigue las líneas de producción para árboles de levas, no una disposición de laboratorio.

1. ¿Qué hace diferente a un árbol de levas?

Dos propiedades distinguen a un árbol de levas del resto de piezas sometidas a desbarbado: es alargado y su superficie funcional resulta difícil de acceder sin tocarla.

Una pieza alargada que se flexiona

Un árbol de levas apoyado en ambos extremos se flexiona debido a su propio peso y a cualquier fuerza de sujeción. Esto es relevante porque el desbarbado requiere contacto, y dicho contacto sobre un eje alargado modifica la geometría a la que fue rectificado. Apoyarlo en más de dos puntos y aplicar herramientas con fuerza controlada —en lugar de únicamente con control de posición— es lo que mantiene intacto el perfil.

El perfil es la referencia

En un bloque, la superficie adyacente a una rebaba suele ser una cara de fundición general con tolerancias generosas. En un árbol de levas, la superficie adyacente a la rebaba es la leva, y la leva es precisamente la razón de existencia de la pieza. Cada método de desbarbado debe evaluarse según su capacidad para eliminar material del borde sin alterar la superficie contigua.

2. Ubicación real de las rebabas

Las rebabas en árboles de levas se concentran en un pequeño número de ubicaciones, y cada una requiere un tratamiento distinto.

Intersecciones de los orificios de lubricante

Cada orificio de lubricante taladrado desemboca en un muñón o en un flanco de leva, y el borde de salida presenta una rebaba en el interior del orificio. Esa rebaba es la más perjudicial de la pieza, ya que se desprende y entra en el flujo de aceite, llegando así a una superficie de rodamiento. Asimismo, es la más difícil de acceder, pues se encuentra en el interior de un orificio que puede tener apenas unos milímetros de diámetro.

Bordes de las levas y ranuras de chaveta

Los bordes laterales de una leva rectificada presentan una rebaba fina procedente del rectificado, y una ranura de chaveta o un registro para piñón presenta una rebaba más gruesa procedente del fresado. La rebaba fina puede eliminarse con un cepillo; la más gruesa requiere una herramienta, y esta debe acercarse al borde desde una dirección que no toque el flanco.

3. Eliminación de rebabas sin contacto con el perfil

El método debe eliminar material de un borde dejando intacta la superficie adyacente; en un árbol de levas, esas dos superficies están separadas por milímetros.

Control de fuerza en lugar de control de posición

Un robot guiado a una posición empujará un cepillo contra la leva con una fuerza determinada por el error de posición. Un robot con control de fuerza sigue el borde aplicando una fuerza de contacto definida, lo que mantiene el cepillo sobre la rebaba independientemente de dónde se encuentre realmente la superficie rectificada. En una pieza delgada, esa diferencia marca la distinción entre un árbol de levas deburrado y uno descartado.

Eliminación de rebabas en húmedo dentro de la misma celda

La eliminación de rebabas en el interior de la celda de limpieza, con la operación inundada, atrapa los fragmentos en líquido en vez de liberarlos al aire. En un árbol de levas esto resulta más crítico que en un bloque, porque los fragmentos son muy finos y los orificios de lubricación están cerca de la zona donde trabaja el cepillo.

4. Limpieza de los orificios de lubricación

Un orificio de aceite del árbol de levas es pequeño, a menudo inclinado y desemboca en una superficie que debe permanecer limpia. Rocíar el eje desde el exterior lo humedece sin limpiar los orificios.

Limpieza a través del orificio

El método eficaz consiste en introducir líquido en el orificio para que salga por la salida, arrastrando consigo el fragmento de rebaba. Esto requiere una boquilla que selle la entrada o una lanza que penetre en ella, además de una presión suficiente para desplazar un fragmento contra la pared de un orificio estrecho.

Por qué el orden es fundamental

Limpiar antes del desbaste es un trabajo innecesario, porque el desbaste genera los fragmentos. Limpiar después del desbaste pero antes del enjuague deja los fragmentos dentro del orificio de aceite hasta que el enjuague los diluya. La secuencia correcta es: desbastar, limpiar, enjuagar, secar; y la limpieza debe realizarse con líquido filtrado por separado, para evitar que los residuos de la pieza anterior se reintroduzcan.

5. Ciclo de dos fases de 66 segundos

La célula ejecuta dos árboles de levas por ciclo en 66 segundos, manteniendo la pieza en o por debajo de 3 mg. Procesar dos piezas por ciclo no es una coincidencia derivada del tamaño de la máquina: equilibra el tiempo de desbarbado con el tiempo de limpieza, de modo que ninguna etapa espere a la otra.

Por qué la combinación funciona en una pieza esbelta

Un árbol de levas ocupa poco volumen en relación con su longitud, por lo que una cámara diseñada para uno queda mayormente vacía. Cargar dos árboles, soportados en sus extremos y separados entre sí, aprovecha ese volumen sin aumentar el tamaño de la cámara, lo que mejora la productividad por unidad de recinto, en lugar de por unidad de energía.

Qué determina los 66 segundos

El ciclo está definido por el movimiento de desbarbado, no por el lavado. Un cepillo que sigue varios lóbulos y varias salidas de orificios de aceite en dos árboles de levas requiere un programa extenso, mientras que las etapas de lavado son más breves que la etapa de desbarbado. Esa distribución explica por qué una célula para árboles de levas se ve distinta de una célula para carcasas, donde el lavado predomina.

6. Verificación

La verificación de un árbol de levas consta de dos partes que suelen confundirse: la presencia de rebabas y la limpieza. Una pieza puede estar libre de rebabas pero no cumplir el límite de masa, porque los fragmentos generados durante el desbarbado aún permanecen dentro del orificio de lubricación. Asimismo, una pieza puede cumplir el límite de masa y aun así conservar una rebaba que se desprenderá posteriormente.

La verificación práctica consiste en una inspección visual, bajo aumento, de los bordes especificados, combinada con una medición del interior del orificio de lubricación que confirma el paso sin obstrucción. Verificar únicamente el exterior del árbol evalúa una superficie que el cliente nunca observará. En un árbol de levas, ambas comprobaciones también se realizan en momentos distintos: la inspección de bordes puede efectuarse en la primera pieza de un lote, mientras que la comprobación del paso sin obstrucción se lleva a cabo mediante muestras tomadas del centro y del final del lote, ya que un cepillo que se desgasta durante el procesamiento del lote modifica lo que alcanza los orificios.

Preguntas frecuentes

¿Se pueden desbarbar árboles de levas en la misma máquina que los bloques?

Rara vez en el mismo ciclo. Una celda de bloque utiliza alta presión y gran caudal en una parte pesada, mientras que un árbol de levas requiere herramientas controladas por fuerza en una parte delgada. Pueden compartir un edificio y una filosofía de filtración, pero no una cámara.

¿Cómo se protege la leva del cepillo?

Controlando la fuerza de contacto en lugar de la posición y eligiendo un cepillo cuya rigidez sea lo suficientemente baja como para no marcar una superficie rectificada a esa fuerza. Ambos ajustes se seleccionan conjuntamente.

¿Es realista 3 mg para una pieza tan larga?

Es realista cuando los orificios de lubricación se enjuagan en lugar de rociarse y cuando el circuito de enjuague se mantiene separado. La mayoría de los fallos en árboles de levas provienen de los orificios, no de la superficie exterior.

¿Qué limita el tiempo de ciclo?

El programa de desburrado. Seguir varias levas y varias salidas de orificio con una herramienta controlada lleva más tiempo que lavar la misma pieza, lo cual es lo opuesto a una línea de carcasas.

Conclusión

Un árbol de levas se desbarba contra una superficie acabada, no contra una rugosa, y eso es lo que limita el método. Las tres decisiones que hacen funcionar una celda combinada son: herramientas con control de fuerza, operación en húmedo y limpieza por chorro a través de cada orificio de lubricación.

La especificación debe indicar los bordes que deben desbarbarse, los orificios de lubricación que deben limpiarse por chorro, el límite de limpieza y la unidad del ciclo. Una celda para árboles de levas cotizada en dos piezas por ciclo a 66 segundos solo es comparable cuando se indica también la segunda cifra. Lo mismo ocurre con una celda cotizada en tres miligramos, porque la zona a la que se aplica esa cifra es tan importante como el valor mismo. Una cifra tomada en el exterior del árbol describe una parte distinta de la que se obtiene dentro de los orificios de lubricación.