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Desarrollo conjunto de unas innovadoras brochas helicoidales

Aisin AW Co., Ltd. posee la mayor cuota de mercado mundial en el mercado de las transmisiones automáticas (AT). El trabajo de desarrollo de la tecnología de procesamiento mediante brochas helicoidales de gran diámetro de esta empresa ha mejorado significativamente la eficiencia de la producción de transmisiones automáticas. En este reportaje, nos centramos en un nuevo proyecto entre Aisin AW y Mitsubishi Materials. 

Comprometido con mantener el liderazgo mundial como fabricante de AT y liderar el futuro desarrollo del sector automovilístico

Fundada en 1969 para la fabricación de transmisiones automáticas, Aisin AW Co., Ltd. es actualmente una filial de Aisin Seiki Co., Ltd. y una de las seis empresas más importantes del Grupo Aisin. Desde que en 1972 desarrollaron una transmisión automática de tres velocidades para configuraciones de motor delantero y tracción trasera (FR), Aisin AW no ha dejado de crear productos que se anticipan a las tendencias del mercado. En 2006, introdujo en el mercado la primera transmisión automática de ocho velocidades de tipo FR del mundo y, en 2012, se lanzó a comercializar una transmisión automática de ocho velocidades para configuraciones de motor delantero y tracción delantera (FF), toda una primicia mundial. Estas innovaciones le permitieron mantener su liderazgo como principal fabricante del sector de las transmisiones automáticas del planeta. 

En el año fiscal 2016, su volumen de ventas alcanzó la cifra de 1,2 billones de yenes, de los que un 90 % procedió de las transmisiones automáticas. 
 Alrededor del 38 % de las unidades AT que fabrica Aisin AW están destinadas al Grupo Toyota, mientras que el resto se comercializa a más de 50 fabricantes de vehículos de 15 países diferentes. En 2012, la producción total de transmisiones automáticas superó los 100 millones de unidades. Como proveedor líder mundial de AT, Aisin AW no pierde de vista la movilidad de nueva generación y trabaja en el desarrollo y el avance de la electrónica. Este esfuerzo dio sus frutos en el año 2004 con la exitosa fabricación en cadena de un sistema híbrido que les situó por delante del resto de los fabricantes. «Nos gustaría crear un vehículo que inspire al conductor y que podamos manejar casi de manera intuitiva». Con este compromiso en mente, Aisin AW continúa liderando el desarrollo de AT para cumplir y superar las expectativas del mercado.

El Centro Técnico de Aisin AW continúa desarrollando tecnologías de nueva generación

El Centro Técnico de Aisin AW está equipado con un innovador sistema de fabricación que permite una colaboración y una comunicación fluida entre departamentos, tanto en el Departamento de Ingeniería como en el de Ingeniería de Fabricación. Este nuevo Centro Técnico se construyó en el año 2011 para integrar todos los departamentos involucrados en desarrollos técnicos para la comercialización de transmisiones automáticas (AT), transmisiones variables continuas (CVT) y unidades de transmisión híbridas que se fabrican en distintos emplazamientos. La plantilla del centro está formada por unos 3.000 empleados comprometidos con el incremento de la capacidad de desarrollo técnico a través de la aplicación de un sistema innovador que integra exhaustivamente todas las fases del desarrollo de nuevos productos, desde la planificación hasta la fabricación. 

 Considerado también un lugar en el que Aisin AW puede transmitir su ADN a la siguiente generación de innovadores, el Centro Técnico tiene por objetivo mantener una vibrante red de recursos humanos para el desarrollo continuo de nuevos productos. En este sentido, el Centro Técnico de Aisin AW está bien preparado para el desarrollo de vehículos eléctricos. De acuerdo con Shinya Sugiura, director general del Departamento de Ingeniería de Herramientas de la Sección de Ingeniería de Fabricación: «Las previsiones apuntan hacia un aumento en el uso de VE, por lo que los países se están preparando para implementar un reglamento allá por el año 2020.  Y como fabricante líder de componentes de automoción que somos, nosotros también nos estamos preparando para eso». De hecho, Aisin AW ha iniciado el desarrollo de nuevos sistemas para garantizar que la era emergente de los EV no les pille desprevenidos. 

Las plantas de fabricación de piezas viven un drama proporcional a su número de piezas

Si bien Aisin AW suministra sus piezas a fabricantes de todo el planeta, el principal cliente de la empresa es el Grupo Toyota, responsable de un 40 % del volumen total de ventas. Aisin AW se creó como una empresa conjunta entre Aisin Seiki y Borg Warner, un fabricante estadounidense de piezas de coche, de ahí la «W» de su nombre y de ahí que la cultura estadounidense esté profundamente arraigada a la empresa. En palabras de Harumichi Nakagawa, director del Grupo 1 de Ingeniería de Herramientas del departamento de la Sección de Ingeniería de Fabricación: 
«En los planos antiguos todavía se pueden encontrar acotaciones en pulgadas».

A pesar de que los propietarios de vehículos no suelen fijarse en la transmisión automática, su importancia es idéntica a la del motor y su estructura igual de compleja, con todos esos engranajes planetarios que permiten un funcionamiento perfecto. Los tres materiales principales que se emplean para la fabricación de transmisiones son el aluminio de la cubierta, el acero de los engranajes y los ejes, y la fundición de la bomba de aceite y la caja diferencial. Cada uno de estos componentes posee características exclusivas y plantea desafíos de fabricación diferentes. Todas las unidades de transmisión automática están formadas por miles de piezas, y cada una de ellas es esencial para permitir que el vehículo funcione de manera correcta y silenciosa. Durante el proceso de fabricación de estas unidades AT con un número tan elevado de piezas, los técnicos e ingenieros altamente cualificados que participan en el diseño y el desarrollo de cada una de ellas a veces tienen complicado no generarse problemas los unos a los otros, si bien su energía creativa siempre les permite llegar a buen puerto y conseguir el mejor producto posible. Paso a paso, cada unidad AT va tomando forma mediante un meticuloso proceso de producción, y hay tantas historias que se podrían contar del proceso de desarrollo como piezas se han diseñado. Según explica Shogo Itoh, del Grupo Auxiliar de Adquisición de Materiales del Departamento de Adquisición de Equipos y Materiales de la Sección de Adquisiciones: «Después del motor, la transmisión es el componente má

s caro de cualquier coche. Su función es la de conectar el conductor con el motor y, por eso, cuanto más lujoso sea el vehículo, mayor será la importancia de una conducción silenciosa. Las transmisiones automáticas de hace veinte años únicamente contaban con tres velocidades. A día de hoy, estas unidades pueden incluir hasta ocho e, incluso, diez velocidades. La instalación de los engranajes necesarios para alcanzar este nivel de rendimiento en un espacio tan limitado exige un nivel de exactitud en el proceso de cada pieza mucho mayor que antes. A su vez, esta exactitud requiere herramientas de corte capaces de proporcionar el máximo nivel de rendimiento y calidad posible». 

El aspecto más difícil de la fabricación de una transmisión automática es asegurarse de que todos los dientes de los engranajes cumplan con unas tolerancias estrictas determinadas por el diseño. Para que nada falle, los fabricantes de AT y los proveedores de herramientas como Mitsubishi Materials deben trabajar codo con codo para crear nuevos métodos de mecanizado y desarrollar nuevas herramientas de corte.

El mecanizado es el proceso final e influye de manera significativa en la eficiencia del combustible y en la tranquilidad

La fabricación de las unidades AT se compone de varios procesos. Según afirma Shinya Sugiura: «El proceso de mecanizado es la clave, puesto que la precisión del corazón de una AT —esto es, su engranaje— viene determinada por el proceso de corte». Si esas piezas no se mecanizan correctamente, la AT no logrará alcanzar todo su potencial. Por tanto, no es ninguna exageración decir que la tecnología del proceso de corte es la que hace posible la fabricación de AT con nuevo valor añadido. «Las prestaciones de una transmisión automática vienen determinadas por la precisión del conjunto del mecanizado, ya que el resultado de este proceso influye significativamente en el consumo de combustible y el silencio», afirma Noto Hattori, jefe de equipo del Grupo 1 de Ingeniería de Herramientas. 

Por su parte, la calidad de los materiales de trabajo y el tipo de mecanizado requerido determinarán la clase de herramienta, el método de proceso térmico y el tipo de recubrimiento que deberán utilizarse. Las combinaciones son infinitas. «Me encanta la sensación de encontrar la mejor combinación posible, aunque esto implique cuidar hasta el más mínimo detalle, como puede ser la búsqueda del aceite de corte óptimo. A menudo nos encontramos con que resolver un único problema del proceso de mecanizado permite aumentar la eficiencia global de la producción. Sin lugar a dudas, contar con una tecnología de mecanizado muy avanzada ha permitido el desarrollo técnico de Aisin y nos ha permitido mantener la elevada calidad de nuestros productos. Nuestra avanzada tecnología de mecanizado es uno de nuestros activos principales», afirma Shogo Ito. 

Las brochas helicoidales de gran diámetro son herramientas de precisión que suelen utilizarse para el procesamiento de engranajes para AT. El número de dientes de una brocha puede ser de varios millares, pero basta un solo defecto en cualquiera de ellos para provocar que el producto entero sea chatarra. Según Hattori: «Cuando descubrimos un problema, es crucial encontrar la causa de ese defecto». A lo que Nakagawa añade: «Participar en el proceso de corte de engranajes ha cambiado significativamente mi forma de entender la vida. Ahora siempre pienso en los mecanismos que se hallan detrás de los fenómenos que veo en mi día a día, lo que ha modificado mi perspectiva. A uno de mis colegas de trabajo le gustaba coleccionar coches en miniatura. Esta persona no solo observaba detenidamente el tamaño y la ubicación de los motores y las transmisiones, sino que pensaba en cómo podía aplicar esas observaciones a la tecnología automovilística, el equilibrio de los pesos o el comportamiento de giro. Además de sorprenderme su interés por los juguetes, me hizo darme cuenta de la importancia de valorar los motivos y las causas de todos los fenómenos, por muy pequeños que sean».

Desarrollo de una nueva brocha helicoidal de gran diámetro con Mitsubishi Materials

En los últimos tiempos, la tendencia del procesamiento de anillos planetarios ha ido evolucionando desde el método de brochado helicoidal hacia el skiving o biselado. Aisin AW no quiso quedarse de brazos cruzados mientras veía cómo los métodos de procesamiento de calidad superior que había desarrollado se quedaban obsoletos, por lo que decidió iniciar un proyecto conjunto con Mitsubishi Materials para el desarrollo de un nuevo tipo de brocha helicoidal. El objetivo de este proyecto era mejorar significativamente la productividad y reducir los costes a niveles que no pudiesen alcanzarse con la técnica del biselado.

Sugiura explica por qué eligieron a Mitsubishi Materials como socio: «Su actitud hacia el desarrollo de productos era muy vanguardista y contaban claramente con la motivación necesaria para participar en el desarrollo de una nueva herramienta. Nos sentimos muy orgullosos de ser pioneros en la aplicación de la técnica del brochado en Japón. Siempre hemos sentido que el desarrollo de un nuevo futuro del mecanizado a partir del uso de brochas era nuestra misión y que la fabulosa actitud de Mitsubishi Materials, junto con su rápida capacidad de respuesta, lo convertían en el mejor aliado para esta iniciativa conjunta».

El proyecto común para el desarrollo de una nueva e innovadora brocha helicoidal de gran diámetro se inició en el año 2013. «Mitsubishi Materials nos permitió conocer detalles del brochado que, normalmente, no se comparten con nadie ajeno a la empresa. Además, para el buen avance de este proyecto conjunto, intercambiamos información sobre el diseño y los principios básicos de fabricación. Trabajamos estrechamente con el personal de la planta de Akashi de Mitsubishi Materials hasta alcanzar nuestro objetivo de encontrar formas innovadoras para la reducción de los costes de fabricación de las transmisiones automáticas. Me siento muy agradecido por la ayuda y la hospitalidad recibidas». En la planta de Akashi, los ingenieros de ambas empresas mantuvieron importantes reuniones para analizar en profundidad planos a escala que medían nada menos que dos metros de largo y, en ocasiones, llegaron a mantener acalorados debates. De hecho, ya al comienzo del proyecto conjunto surgieron discrepancias en torno a cuál era la mejor forma de proceder. 
«Para este proyecto, aplicamos el método de ingeniería simultánea que venimos empleando en Aisin AW. Sin embargo, el personal que normalmente habría participado desde el principio en el proceso solo pudo unirse a él una vez que la fase de diseño estuvo terminada. Es muy poco frecuente que utilicemos este método de trabajo con un colaborador externo, pero nuestra intención era que Mitsubishi Materials trabajase con nosotros en este proyecto como hacen los camaradas de guerra cuando luchan por la victoria», afirma Sugiura, quien prosigue diciendo: «La clave para poder alcanzar una precisión elevada residía en la creación de una tecnología de medición. Debíamos superar el nivel que otros fabricantes habían logrado y, puesto que la relación entre precisión y costes siempre implica un toma y daca, era muy difícil evitar que en algún momento no saltasen chispas entre las partes implicadas. Sin embargo, tanto Mitsubishi Materials como Aisin AW no se rindieron hasta alcanzar unos niveles de precisión y rentabilidad elevados».

Desarrollo de una brocha helicoidal innovadora que permite alcanzar un rendimiento hasta cinco veces mayor que la brocha existente

Para el desarrollo de esta nueva brocha helicoidal se aplicaron, entre otros, los conceptos de «diseño original», «acabado» y «técnica de mecanizado innovadora»: mientras que el concepto de «diseño original» aumenta la vida útil de la herramienta, el concepto de «acabado» estabiliza el proceso de refabricación y la «técnica de mecanizado innovadora» mejora la precisión del procesamiento. La combinación de estos tres conceptos permitió crear una brocha helicoidal verdaderamente vanguardista. 

«Si bien la brocha existente tan solo debía sustituirse una vez al día, la nueva brocha helicoidal dura cinco días. La sustitución de una brocha no solo requiere una cantidad significativa de tiempo y mano de obra, sino que implica la interrupción de la línea de producción durante hora y media cada día. La reducción de la frecuencia de sustitución a una vez cada cinco días mejora enormemente la productividad. Se ha dicho que el desarrollo técnico del biselado se ha visto mermado por nuestro empeño en diseñar esta brocha helicoidal innovadora, pero yo no estoy de acuerdo. Si los límites del brochado no hubieran cambiado, no necesitaríamos definir un estándar mayor para el biselado. Sin embargo, gracias a la elevada cota de productividad alcanzada por el brochado, ahora debemos reconsiderar la técnica del biselado desde el principio para adaptarla a este nuevo referente. El desarrollo de la brocha helicoidal ha repercutido positivamente en operaciones internas de este tipo y, de hecho, ha sido galardonado con el "Premio a la mejora de la fabricación", un reconocimiento interno muy codiciado dentro de Aisin AW», afirma Sugiura. 

Al echar la vista atrás sobre el proceso y los logros del desarrollo de la brocha helicoidal, Nakagawa asegura que: «Mitsubishi Materials respondió con diligencia a nuestras demandas y preguntas, por no mencionar que nos abrió de par en par las puertas de su planta. Se comportaron como verdaderos camaradas en nuestra lucha por desarrollar una tecnología de vanguardia, lo que nos hizo compartir un mismo compromiso y un mismo objetivo hasta alzarnos con la victoria».

Ambas empresas aprendieron la una de la otra, analizaron los resultados, se apoyaron entre sí y trabajaron muy duro para, paso a paso, superar los desafíos que se encontraron por el camino. Mitsubishi Materials mantendrá su colaboración con Aisin AW para respaldar su posición de liderazgo en la industria de la automoción y el futuro del desarrollo automovilístico.