Broaching vs CNC Shaping para Splines Internos en Caixas de Cambio: Complexidade e Custos de Ferramentas

Introdución

Ao deseñar ou reparar caixas de cambio, un dos desafíos recorrentes é o mecanizado de splines internos. Dous dos procesos máis comúns— ranurado e CNC de perfilado —solen provocar debates entre enxeñeiros sobre cal é mellor. A realidade é que non hai unha resposta única válida para todos. A escolla correcta depende da xeometría da peza, do volume de produción e do custo a longo prazo das ferramentas.

Despois de traballar na produción de compoñentes para caixas de cambios durante máis dunha década, o noso equipo manexou tanto máquinas de limado como fresadoras CNC en proxectos automotrices, aeroespaciais e de equipamento pesado. Neste artigo, explicaremos as diferenzas con exemplos prácticos, para que poida avaliar cal dos dous métodos se axusta mellor ás súas necesidades específicas de ranuras.

Que é o Limado (Broaching)?

O limado emprega unha ferramenta longa con múltiples dentes que corta progresivamente o perfil da ranura mentres avanza a través do orificio.

• Mellor para: En series de volume medio a alto onde a xeometría da ranura está estandarizada.

• Tempo de ciclo: A miúdo menos de 20 segundos por peza unha vez rematada a configuración.

• Acabado da superficie: Excelente, con valores Ra arredor de 0,8–1,2 µm.

• Limitacións: Alto custo inicial da ferramenta (8.000–20.000 dólares por ferramenta), flexibilidade limitada cando hai cambios na xeometría.

Por exemplo: Nun proxecto de 5.000 pezas para unha caixa de cambios automotriz, a transición do tallado ao recortado reduciu o tempo de ciclo en un 78 % e diminuíu o custo por peza en case 4,20 $. Pero cando o cliente posteriormente solicitou unha modificación non estándar, foi necesario un novo recortador, o que engadiu seis semanas e 12.000 $ ao proxecto.

Que é o tallado CNC?

O tallado CNC (ás veces chamado ranurado) emprega unha ferramenta de punto único que se move cara adentro e cara fóra dentro do orificio, cortando un dente de chaveta de cada vez.

• Mellor para: Produción de volume baixo a medio, prototipos ou xeometrías personalizadas de chavetas.

• Tempo de ciclo: Máis lento, oscilando entre 3 e 7 minutos dependendo do número de chavetas.

• Flexibilidade: O custo das ferramentas é baixo (normalmente entre 200 $ e 500 $ para unha ferramenta de forma) e os cambios de deseño só requiren axustes no CAM.

• Limitacións: Maior tempo de mecanizado e maior desgaste das ferramentas para materiais endurecidos.

Perspectiva na taller: Para unha redución de engranaxes para aeroespacial cun engranaxe interno complexo de 27 dentes, o ranurado non era sequera posible debido a problemas de espazo da ferramenta. O CNC de perfilado entregou a peza con tolerancias aceptables en 4,8 minutos por peza, aínda competitivo para un lote de 300 pezas.

Complexidade e custo de ferramentas comparados

Que proceso debes escoller?

A decisión adoita recaer en equilibrar volume fronte a flexibilidade :

• Se estás a fabricar dezenas de miles de caixas de cambios con geometría de denteado estándar → Ranurado gaña en custo por peza.

• Se tes en desenvolvemento de prototipos, produción en volumes baixos ou se tes que manexar denteados non estándar → CNC de perfilado proporciona a agilidade que necesitas.

• Para tiradas medias (500–2.000 pezas) , moitas oficinas fan unha combinación: modelan primeiro os prototipos e despois investen nun ferramental de mandrinado unha vez que a xeometría está fixa.

Conclusiones prácticas para enxeñeiros e compradores

1. Calcula o volume total de pezas ao longo da súa vida útil antes de comprometerte co ferramental de mandrinado.

2. Verificar a xeometría da peza e a folga da ferramenta —non todas as canleiras internas se poden alargar.

3. Avaliar os cambios de deseño futuros —un pequeno axuste nunha canleira pode inutilizar unha cara alargadera.

4. Considerar a subcontratación : Algúns talleres mecánicos teñen unha biblioteca de alargaderas estándar para amortizar custos entre varios clientes.

Tanto a alargadura como o torneado CNC son métodos contrastados para producir canleiras internas en caixas de cambios, pero a súa adecuación depende das túas prioridades. A alargadura destaca en traballos de alto volume e repetibles, mentres que o torneado CNC ofrece unha flexibilidade sen igual para proxectos complexos ou de baixo volume. Ao valorar coidadosamente a complexidade e os custos das ferramentas, os enxeñeiros e os equipos de compras poden evitar gastar de máis e asegurar a fiabilidade da caixa de cambios.