Broaching vs. CNC Shaping para Ranuras Internas en Cajas de Cambios: Complejidad y Costos de Herramientas

Introducción

Al diseñar o reparar cajas de cambios, uno de los desafíos recurrentes es el mecanizado de ranuras internas. Dos de los procesos más comunes — el acercamiento y Fresado CNC — suelen generar debates entre ingenieros sobre cuál es mejor. La verdad es que no existe una solución única para todos. La elección correcta depende de la geometría de la pieza, el volumen de producción y el costo a largo plazo de las herramientas.

Tras más de una década trabajando en la producción de componentes para cajas de cambios, nuestro equipo ha operado máquinas de brochado y fresadoras CNC en proyectos automotrices, aeroespaciales y de maquinaria pesada. En este artículo, analizaremos las diferencias con ejemplos prácticos, para que puedas evaluar cuál método se adapta mejor a tus requerimientos específicos de ranuras.

¿Qué es el brochado?

El brochado utiliza una herramienta larga con múltiples dientes que corta progresivamente el perfil de la ranura al pasar a través del agujero.

• Mejor para: Series de mediano a alto volumen donde la geometría de la ranura es estándar.

• Tiempo de ciclo: Frecuentemente menos de 20 segundos por pieza una vez finalizada la configuración.

• Acabado Superficial: Excelente, con valores Ra alrededor de 0.8–1.2 µm.

• Las limitaciones: Alto costo inicial de la herramienta (de $8,000 a $20,000 por brocha), flexibilidad limitada cuando cambia la geometría.

Caso en Punto: En un proyecto de 5.000 cajas de cambios automotrices, el cambio de tallado a brochado redujo el tiempo de ciclo en un 78 % y disminuyó el costo por pieza en casi 4,20 dólares. Sin embargo, cuando el cliente solicitó posteriormente una modificación no estándar, se requirió una nueva fresa de brochado, lo que añadió seis semanas y 12.000 dólares al proyecto.

¿Qué es el tallado CNC?

El tallado CNC (a veces llamado ranurado) utiliza una herramienta de punto único que se mueve de forma reciproca dentro del agujero, cortando un diente de la estría a la vez.

• Mejor para: Producción de bajo a mediano volumen, prototipos o geometrías personalizadas de estrías.

• Tiempo de ciclo: Más lento, entre 3 y 7 minutos dependiendo del número de estrías.

• Flexibilidad: El costo de las herramientas es bajo (normalmente entre 200 y 500 dólares para una herramienta de forma) y los cambios de diseño solo requieren ajustes en el software CAM.

• Las limitaciones: Mayor tiempo de mecanizado y desgaste de herramientas en materiales endurecidos.

Consejo en el taller: Para una caja de reducción aeroespacial con un dentado interno complejo de 27 dientes, el tallado no era siquiera posible debido a problemas de espacio para la herramienta. El fresado CNC produjo la pieza con tolerancias aceptables en 4,8 minutos por unidad, lo cual sigue siendo competitivo para un lote de 300 piezas.

Complejidad y Costos de Herramientas Comparados

¿Qué proceso debe elegir?

La decisión suele basarse en equilibrar volumen frente a flexibilidad :

• Si estás haciendo decenas de miles de cajas de cambios con geometría estándar de ranuras → El acercamiento gana en costo por pieza.

• Si te dedicas a el desarrollo de prototipos, producción de bajo volumen o trabajas con ranuras no estándar → Fresado CNC te brinda la agilidad que necesitas.

• Para tiradas medias (500–2,000 piezas) , muchas empresas optan por una solución híbrida: fabrican prototipos primero y luego invierten en una herramienta de ranurado una vez que la geometría está definida.

Conclusiones prácticas para ingenieros y compradores

1. Calcula el volumen total de piezas a largo plazo antes de decidirte por la herramienta de ranurado.

2. Verifica la geometría de la pieza y el espacio para la herramienta —no todas las ranuras internas son adecuadas para el ranurado.

3. Evaluar cambios futuros en el diseño —un simple ajuste de una estría puede hacer que una broca cara quede obsoleta.

4. Considerar la subcontratación : Algunos talleres de maquinaria mantienen una biblioteca de brocas estándar para amortizar costos entre múltiples clientes.

Tanto el brochado como el fresado CNC son métodos comprobados para producir estrías internas en cajas de engranajes, pero su idoneidad depende de sus prioridades. El brochado destaca en trabajos de alto volumen y repetibles, mientras que el fresado CNC ofrece una flexibilidad insuperable para proyectos complejos o de baja cantidad. Al evaluar cuidadosamente la complejidad y los costos de herramientas, los ingenieros y equipos de compras pueden evitar gastos innecesarios y garantizar la confiabilidad de la caja de engranajes.