Rectificado de discos de freno con revestimiento duro: enfoque sostenible

En los vehículos puramente eléctricos, los frenos se aplican con mucha menos frecuencia y con menos fuerza, porque la recuperación del motor a menudo tiene suficiente efecto de frenado.
Crédito: GrindingHub

La presión ejercida por la Comisión de la Unión Europea para reducir las emisiones de partículas en las ciudades ha desencadenado un enfoque innovador en la tecnología de producción y fabricación, especialmente en el sector automotor. Esta transición hacia prácticas más sostenibles se ha puesto de manifiesto en eventos internacionales relevantes.

Un ejemplo claro se observó durante la última conferencia de rectificado “Schleiftagung”, realizada en Stuttgart-Fellbach. Aquí, el Prof. Eckart Uhlmann del Instituto de Máquinas-Herramienta y Gestión de Fábricas IWF de la Universidad Técnica de Berlín, destacó la importancia de la transición energética y de movilidad en estas tecnologías.

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Uhlmann enfatizó en la necesidad de fabricar componentes más ecológicos, como motores eléctricos, sistemas de frenos de bajas emisiones y cajas de cambios eficientes para vehículos eléctricos, siguiendo los estándares de sostenibilidad económica y ecológica.

En relación con este esfuerzo, los discos de freno con revestimiento duro surgen como una solución innovadora. Estos discos prometen reducir significativamente la abrasión, principal causante de emisiones de partículas por parte de neumáticos y frenos, hasta en un 90%.

Desafíos en fabricación de discos de freno

Aunque su fabricación representa desafíos únicos para la tecnología de rectificado, Uhlmann subrayó que el éxito en este campo requiere maximizar el potencial de esta tecnología, un tema que será central en la próxima edición de GrindingHub, feria organizada por la VDW (Asociación Alemana de Fabricantes de Máquinas-Herramienta) en Stuttgart del 14 al 17 de mayo de 2024.

Por otro lado, la rápida implementación de la normativa Euro 7 genera una presión de tiempo considerable sobre los fabricantes y desarrolladores. En este escenario, la coordinación efectiva en el diseño de procesos y el desarrollo de asociaciones se torna crucial para adaptarse a estas nuevas regulaciones, marcando un reto significativo para el sector.

La industria automotriz está experimentando un cambio significativo hacia la sostenibilidad, evidenciado por la creciente inversión en vehículos eléctricos.

Esta transición, que responde tanto a exigencias regulatorias como a una mayor conciencia ambiental del sector, presenta desafíos y oportunidades únicas. En este contexto, el avance en la tecnología de frenado es fundamental, especialmente en lo que respecta a los discos de freno con revestimiento duro.

Innovaciones en rectificado de componentes automotrices

Jannik Röttger, de Emag.

Jannik Röttger, con su reciente nombramiento como jefe de tecnología de rectificado en Emag Maschinenfabrik, aporta su experiencia de la Universidad RWTH de Aquisgrán para enfrentar estos retos.

El proceso de mecanizado de los discos de freno, claves para los vehículos de bajas emisiones, busca un equilibrio entre eficiencia en el frenado y minimización del desgaste material, lo cual presenta un contraste interesante con el objetivo tradicional del rectificado: la rápida eliminación de material para obtener las propiedades y geometrías superficiales deseadas.

La complejidad del mecanizado se acentúa debido a la naturaleza del recubrimiento duro, una combinación de matriz blanda y carburo que exige una aproximación diferente en el desarrollo de discos abrasivos. Röttger subraya un punto clave: la optimización de estas herramientas suele centrarse en un solo tipo de comportamiento del material, no en una combinación como la que se presenta en estos discos.

Además, la complejidad no se limita a la composición material. Factores como la potencia del láser y las velocidades relativas en la soldadura por deposición láser son cruciales en el proceso de recubrimiento, afectando directamente las propiedades de mecanizado de la capa dura.

Un aspecto crítico, según Röttger, es que la energía térmica del láser puede provocar deformaciones en el disco de freno, lo cual debe ser cuidadosamente considerado en el proceso de rectificado.

En consecuencia, es esencial que la cadena de proceso completa, desde la fundición inicial de la pieza hasta su rectificado final, pasando por el torneado y el recubrimiento láser, se considere y optimice como un sistema integral.

Este enfoque holístico es crucial para asegurar las propiedades funcionales óptimas de los discos de freno en los vehículos, contribuyendo al avance de la industria automotriz hacia un futuro más sostenible.

Soluciones de manufactura para la cadena de procesamiento

Conectando con esta visión integral, el Grupo Emag, que estará presente en GrindingHub, se destaca por ofrecer soluciones de fabricación que abarcan cada etapa de la cadena de mecanizado posterior al proceso de fundición.

Su enfoque único permite una evaluación detallada de las interacciones entre los distintos procesos de fabricación, empleando máquinas de torneado, láser y rectificadoras propias.

Reflejando la importancia de la colaboración interdisciplinaria, Jannik Röttger señala que diseñadores, ingenieros de producción y científicos de materiales, así como expertos externos de la Universidad RWTH Aachen y desarrolladores de HPL Technology, trabajan conjuntamente en investigación y desarrollo. Este equipo interdisciplinario busca comprender las relaciones de causa y efecto entre los parámetros de ajuste y los resultados obtenidos.

Supfina desarrolla procesos avanzados para el rectificado de discos de freno con revestimiento duro.

En una línea similar, Michael Wöhrle, director de investigación y desarrollo de Supfina Grieshaber en Wolfach, subraya la eficacia de la colaboración interdisciplinaria y entre empresas. Desde 2019, Supfina ha estado desarrollando procesos avanzados para el rectificado de discos de freno con revestimiento duro.

Wöhrle resalta que la colaboración cercana con socios es fundamental para cumplir con los estándares Euro 7 de la UE y menciona que la empresa, que no descarta ninguna tecnología, se enfoca principalmente en la soldadura por deposición láser y el proceso de pulverización en frío, manteniendo reuniones semanales con especialistas en recubrimientos.

“Tuvimos que tantear el proceso: ver qué podían aportar los fabricantes de polvo, considerar los diferentes procesos de recubrimiento y decidir qué es realista y qué se puede descartar por costos para el mercado de altos volúmenes”, agrega Wöhrle.

Un punto crucial en esta industria es la necesidad de reducir la contaminación por partículas, tanto por razones de salud como ambientales. A pesar de la incertidumbre gubernamental, Wöhrle reconoce que las nuevas normativas han acelerado significativamente el progreso en este frente.

Rectificado por ambos lados: una solución rentable para discos de freno sustentables

En Europa, se fabrican anualmente cerca de 100 millones de discos de freno. La mitad de estos discos se destina a fabricantes de vehículos y la otra mitad al mercado de repuestos.

Esta producción masiva enfrenta el desafío de minimizar la emisión de polvo fino, lo cual implica una inversión significativa. En este contexto, Wöhrle comenta que, anteriormente, algunos discos de freno eran tan económicos que se vendían por tonelada; sin embargo, el aumento en los costos de materias primas y procesos ha impulsado la búsqueda de soluciones más eficientes y económicas.

Una de estas soluciones es el rectificado por ambos lados, una técnica preferida por su eficiencia en el mecanizado simultáneo de ambas superficies de los anillos de fricción.

Esto asegura altos rendimientos y tiempos de ciclo cortos. Supfina ha introducido una nueva máquina en este ámbito, la Planet BD, diseñada específicamente para el disco de freno del futuro, y que ya es utilizada por varios clientes importantes.

La evolución de los discos de freno también considera su aplicación en vehículos eléctricos, donde los frenos se usan menos frecuentemente debido a la capacidad de recuperación del motor; sin embargo, esto puede generar riesgos de oxidación en condiciones húmedas.

Para enfrentar este desafío, emergen los discos de freno revestidos como una solución viable. Wöhrle confía en que el recubrimiento se pueda adaptar a los requisitos más bajos en términos de potencia de frenado y número de ciclos, logrando un sistema más rentable, aunque con un rendimiento ligeramente menor.

La experiencia obtenida en la superación de la prueba de estrés Euro 7 asegura que los expertos estén preparados para enfrentar estos retos futuros. Este enfoque integral muestra cómo la industria automotriz continúa adaptándose y evolucionando ante los desafíos ambientales y económicos.