Maquinagem fiável de pequenos cárteres de magnésio e alumínio para motores elétricos

Na fase de produção, os cárteres dos motores representam um grande desafio. Afinal, têm de ser pequenos, leves e, ao mesmo tempo, muito precisos. O tamanho reduzido da unidade inteira é o resultado do espaço limitado disponível numa bicicleta elétrica. A maioria dos motores são instalados dentro ou sobre o próprio quadro, da forma mais discreta possível. É muito importante que os componentes do motor sejam especialmente leves, já que, quanto menos carga a bicicleta tiver de mover, menos o motor tem de ‘trabalhar’ e mais tempo a bateria irá durar sem precisar de ser carregada. Além disso, os cárteres devem ser fabricados com alta precisão para garantir que o motor funcione silenciosa e suavemente. Por outro lado, para que funcione sem problemas e alcance o nível máximo de eficiência, o motor tem de ser fabricado com a mais alta precisão.

Como resultado dos requisitos acima mencionados, a maioria dos fabricantes de pequenos motores elétricos utiliza geralmente alumínio fundido sob pressão para produzir os cárteres dos motores, mas está a tornar-se cada vez mais comum a utilização de magnésio fundido sob pressão. Ambos os materiais são extremamente leves. O magnésio tem uma densidade de 1,7 g/cm3 e é, portanto, ligeiramente mais leve do que o alumínio com uma densidade de 2,7 g/cm3. Para além disso, o magnésio é ainda mais fácil de fundir do que o alumínio. Isto permite designs com paredes mais finas e estruturas mais complexas. Quer sejam feitas de alumínio ou magnésio, a maioria dos cárteres de motor consistem no cárter e em uma ou duas tampas. Os cárteres, que têm paredes muito finas, são instáveis e, portanto, suscetíveis à vibração. A forma escalonada no interior do cárter proporciona espaço para os vários componentes funcionais dos motores. Os requisitos geométricos e dimensionais são elevados: são especificadas tolerâncias muito apertadas de forma, função e posição.

“Na maquinagem de um cárter, os maiores desafios estão nas propriedades do material e nas paredes finas da peça”, diz Leander Bolz, diretor de vendas do Centro de Competência da Mapal para ferramentas PCD. Além disso, normalmente, os carteres já estão revestidas quando são maquinados. Estes revestimentos não devem ser danificados durante a o processo. “Os nossos clientes neste setor produzem volumes muito elevados, pelo que é igualmente importante que as ferramentas de maquinagem sejam económicas”, acrescenta Bolz.

Nas últimas décadas, a Mapal – comercializada em Portugal pela Álamo - adquiriu uma vasta experiência na maquinagem de pequenas cárteres de motores, tanto em alumínio como em magnésio. “Cárteres destas dimensões sempre foram utilizados para motosserras, ciclomotores ou cortadores de relva, por exemplo, mas, com a eletrificação, os requisitos de precisão aumentaram bastante”, explica Leander Bolz. Por isso, a Mapal adaptou o seu programa, e oferece agora soluções completas para a maquinagem total deste tipo de cárteres.

Antes de mais, as ferramentas de PCD e de metal duro são ideais para a maquinagem quer de magnésio, quer de alumínio. Em alguns casos, os peritos em ferramentas concebem o processo de maquinagem a seco. Os canais polidos para evacuação de aparas e as superfícies particularmente lisas das ferramentas evitam a sujidade e tornam o processo de maquinagem seguro, mesmo sem a necessidade de líquido refrigerante.

“Quando se trata de conceber as ferramentas para maquinar uma caixa de magnésio, estamos sempre no limite superior de tolerância”, explica Bolz. Isto porque as tensões no interior da peça, as diferentes espessuras de revestimento ou a ductilidade do material fazem com que, após a maquinagem e devido ao aquecimento decorrente do processo, ocorram desvios no diâmetro dos furos maquinados. "Os diâmetros de ferramenta necessários, que também se aplicam às ferramentas subsequentes, só são determinados depois de realizarmos a verificação dimensional de um furo de teste”.

Para que a maquinagem dos cárteres dos motores seja o mais económica e rápida possível, a Mapal sugere a combinação de ferramentas para a execução de vários processos de uma só vez.

Um exemplo é a ferramenta de PCD combinada, que maquina a base dos rolamentos de uma caixa de magnésio. “Durante este processo de maquinagem, tivemos de lidar com fortes vibrações, uma vez que a peça tem paredes extremamente finas, especialmente na área do terceiro furo de rolamento”, recorda Leander Bolz. A ferramenta tem de remover 0,6 - 1 mm de material nos furos de fundição.

Este cliente tinha definido parâmetros muito apertados:

• Circularidade: <0,01 mm
• Tolerância de diâmetro: IT7
• Rugosidade média: Rz <10 µm

Para cumprir os requisitos, a Mapal concebeu uma ferramenta de PCD combinada, complexa, que permitiu completar vários passos. “Desta forma, conseguimos maquinar os três furos de rolamento e o orifício de posição de uma só vez, de forma fiável e dentro das tolerâncias exigidas”, afirma Bolz.

A ferramenta trabalha com os seguintes parâmetros de corte:

• Velocidade do eixo-árvore: 8.000 rpm
• Velocidade de avanço: 3.200 – 4.800 mm/min.
• Avanço: 0,1 - 0,15 mm

Outro exemplo é uma ferramenta que combina os processos de fresagem e furação. Neste caso, a mesma ferramenta efetua, numa etapa, o furo de rolamento e o furo de posição, e noutra etapa, a fresagem da ranhura de vedação. “Com esta ferramenta, o nosso principal objetivo era, igualmente, evitar vibrações e reduzir a pressão de corte", explica Bolz. Os nossos especialistas conseguiram-no coordenando de forma ótima o número de dentes e a geometria na operação de fresagem. “Isto também nos ajuda a evitar aparas na ranhura e assegura que o processo de fresagem funciona de forma fiável”, salienta Bolz.

A operação de fresagem funciona com os seguintes parâmetros de corte:

• Velocidade do eixo-árvore: 8000 rpm
• Velocidade de avanço: 7200 mm/min.
• Avanço: 0,15 mm

As ferramentas combinadas são, assim, uma solução não só eficaz, como também económica para este tipo de produto. “Para um dos nossos clientes, maquinámos o cárter completo com apenas oito ferramentas”, diz Bolz. Contudo, este número varia em função da peça, do material e dos requisitos. “Por exemplo, outro cliente, que nos apresentou uma carcaça muito mais complexa, requereu 31 ferramentas. Hoje oferecemos o pacote completo para a maquinagem de pequenos cárteres de alumínio ou magnésio. Dependendo dos requisitos e complexidade, concebemos o conceito de ferramenta apropriada", conclui Bolz.