Читать книгу Métodos de unión y desunión de elementos fijos estructurales. TMVL0309 - Mariano Sánchez Gutiérrez - Страница 6
Оглавление| Capítulo 1 Materiales metálicos más utilizados en los vehículos |
1. Introducción
En la actualidad, los vehículos se fabrican de distintos materiales. Los ingenieros eligen para cada elemento del vehículo el material que se ajuste a las solicitaciones de diseño y reales.
El avance tecnológico en el automóvil ha permitido obtener materiales más sofisticados. El acero se emplea, por ejemplo, en la fabricación de la estructura de seguridad, puertas y paneles metálicos.
Los polímeros se emplean en vehículos para la fabricación de salpicaderos, pasamanos, interruptores, etc. Es un material barato, ligero y de larga duración y, además, es reciclable.
El aluminio también se ha introducido en la fabricación de ciertas partes del vehículo, por ser resistente y ligero, forma parte de la estructura, del neumático y del motor.
El caucho se emplea para la fabricación de los neumáticos. El vidrio permite obtener lunas para los parabrisas que permiten ver perfectamente el exterior cuando se conduce, evacuar el agua de la lluvia rápidamente y conseguir coeficientes aerodinámicos óptimos.
En este capítulo, se van a estudiar los materiales metálicos más empleados en los vehículos.
2. Composición y propiedades de aleaciones férricas
Los materiales metálicos más utilizados en los vehículos son, de modo general, los siguientes:
Las aleaciones férricas o ferrosas son materiales metálicos cuyo componente principal es el hierro (Fe). La base de las aleaciones ferrosas son aleaciones de hierro y carbono (C).
Aceros. Porcentaje en carbono entre el 0,008% y el 2%.
Fundiciones. Porcentaje en carbono entre el 2% y el 6,67%.
Siderurgia
Los hierros para fundición presentan una gran desventaja: la facilidad que tienen para oxidarse y corroerse, así como una densidad bastante elevada.
Oxidación
En España, la norma UNE 36001 clasifica las aleaciones férricas según las denominadas series F.
|
Son aleaciones no férricas o no ferrosas aquellos materiales metálicos cuyo componente principal no es el hierro, es decir, todas aquellas que no sean ni aceros ni fundiciones.
| Recuerde |
Los hierros para fundición presentan una gran desventaja: la facilidad que tienen para oxidarse y corroerse, así como una densidad bastante elevada.
| Actividades |
1. Realizar un esquema de los tipos de aceros e indicar alguna característica.
Cobre
Aceros
| Nota |
Los casquillos de bronce sinterizado son autolubricados, por lo que no necesitan lubricación adicional para que en el interior de ellos gire el eje libremente. Tienen unas tolerancias muy ajustadas, tanto en su diámetro exterior como interior; sus dimensiones se consiguen mediante el proceso de rectificado.
Las aleaciones constituidas por cobre y zinc se denominan propiamente latón; sin embargo, dado que en la actualidad el cobre se suele alear con el estaño y el zinc al mismo tiempo, en el lenguaje no especializado la diferencia entre bronce y latón es bastante imprecisa.
| Aplicación práctica |
Se le quiere fabricar una estructura antivuelco a un vehículo de competición en su interior. Se dispone de varios tipos de aceros diferentes en el taller en forma tubular con el mismo diámetro, ¿cuál se elegirá?
SOLUCIÓN
La estructura antivuelco debe ser rígida para proteger al piloto y al copiloto en caso de vuelco, por lo que se elegirá un acero de alta resistencia.
Entre ellos, es posible elegir:
F120. Aceros aleados de gran resistencia, temple y revenido: soportan grandes esfuerzos.
F210. Aceros de fácil mecanizado.
F220. Aceros de fácil soldadura.
F250. Aceros de resistencia a la fluencia.
F410 y F420. Aceros de alta resistencia: soportan más de 700 MPa (700 N/mm²).
Cualquiera de ellos cumple con las exigencias del vehículo, por lo que se elegirá el acero F120, que podrá mecanizarse con facilidad para fabricar las barras tubulares necesarias.
3. Utilización de aceros de alto límite elástico
El acero es una aleación de hierro y carbono (0,1 a 1,7% C) que no rebasa el límite de saturación al solidificar, quedando todo él en solución sólida.
El material que se utiliza como materia prima para la obtención del acero se denomina arrabio. Este material proviene de los altos hornos mediante reducción del mineral de hierro.
Los materiales empleados para producir arrabio son:
Mineral de hierro: el hierro es un elemento químico de número atómico 26, situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es “Fe” y tiene una masa atómica de 55,6 u. Es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5%. Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y pesado. Raramente se encuentra libre en la naturaleza. Sabía que: para obtener hierro en estado elemental, los óxidos se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las impurezas presentes. Es el elemento más pesado que se produce exotérmicamente por fusión.
Coque: sirve como combustible para calentar el horno. El monóxido de carbono que se genera en la combustión se combina con los óxidos de hierro del mineral y los reduce a hierro metálico.
Caliza: se emplea como fuente adicional de monóxido de carbono y como sustancia fundente.
| Actividades |
2. Buscar información sobre las minas más importantes que existen en España de:
Cobre.
Hierro.
El proceso de producción de acero a partir de arrabio consiste en quemar el exceso de carbono y otras impurezas presentes en el hierro.
| Nota |
Una dificultad para la fabricación del acero es su elevado punto de fusión (1.400 ºC), que impide utilizar combustibles y hornos convencionales.
Perfiles de acero
Los distintos constituyentes para las aleaciones de los aceros y aceros especiales son:
Azufre: se encuentra en los aceros como impureza. Se toleran porcentajes hasta un 0,05%. En caliente se produce una gran fragilidad del acero, dando lugar a aceros llamados de fácil mecanización, que tienen menor resistencia, pero pueden ser trabajados con velocidades de corte el doble que un acero corriente.
Cobalto: se usa en los aceros rápidos para herramientas, aumenta la dureza de la herramienta caliente. Aumenta las propiedades magnéticas de los aceros.
Cromo: forma carburos muy duros y de mayor dureza, resistencia y tenacidad a cualquier temperatura. Solo aleado con otros elementos, proporciona a los aceros características de inoxidables y refractarios.
Ejemplo: los aceros al cromo son empleados en cuchillería, electrodomésticos, construcción de hogares y calderas de alta temperatura.
Manganeso: se utiliza fundamentalmente como desoxidante y desulfurante de los aceros.
Níquel: aumenta la resistencia de los aceros, aumenta la templabilidad, proporciona una gran resistencia a la corrosión.
Ejemplo: los aceros cromo-níquel son usados en utensilios que necesiten de gran inoxibilidad: cuberterías, material quirúrgico, recipientes de cocina, embellecedores, etc.
Plomo: el plomo no se combina con el acero, se encuentra en él, en forma de pequeñísimos glóbulos, como si estuviese emulsionado, lo que favorece la mecanización por arranque de viruta (torneado, cepillado, taladrado, etc.).
Silicio: se emplea como desoxidante en la obtención de los aceros, proporcionándoles elasticidad. Tiene buenas características magnéticas.
Tungsteno: forma con el hierro carburos muy complejos, estables y durísimos, soportando bien las altas temperaturas. Es posible triplicar la velocidad de corte de los aceros al carbono para herramientas.
Molibdeno: junto con el carbono, es el elemento más eficaz para endurecer el acero. Evita la fragilidad.
Aceros refractarios: mayores porcentajes de cromo y níquel que los inoxidables. Además, pequeñas cantidades de titanio, magnesio, molibdeno y volframio.
Ejemplo: Se fabrican álabes de turbina de vapor, engranajes, bulones, componentes de misiles, válvulas de motores, resortes, etc.
Aceros de corte rápido: aleados de volframio, cromo, vanadio y molibdeno.
Ejemplo: empleados en la elaboración de herramientas para tornear, fresar, taladrar, cepillar, aserrar, cortar, etc.
| Actividades |
3. Investigar y dibujar los diferentes tipos de perfiles de barras de acero que existen en la industria.
3.1. Clasificación de los aceros
Con el fin de estandarizar la composición de los diferentes tipos de aceros que existen en el mercado, la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) y el Instituto Americano de Hierro y Acero (AIS) han establecido métodos para identificar los diferentes tipos de acero que se fabrican. En ambos sistemas, se utilizan cuatro o cinco dígitos para designar al tipo de acero. En el sistema AISI se indica el proceso de producción con una letra antes del número.
| Ejemplo |
A10XXX
A: proceso de fabricación.
10: tipo de acero.
X: % de aleación.
XX: % de contenido en carbono.
3.2. Aceros empleados en vehículos
Los aceros que se utilizan en el sector vehículos se clasifican en:
Aceros convencionales de conformación en frío.
Aceros convencionales laminados en caliente y decapados.
Aceros de alto límite elástico (ALE) o de alta resistencia (HSS).
Aceros de alta resistencia y baja aleación (HSLA).
Aceros de muy alto límite elástico (MALE o THLE).
Aceros avanzados de alta resistencia (AHSS).
Aceros ultrarresistentes de baja aleación (UHSLA).
Aceros para automóviles
Los aceros empleados en la fabricación de la carrocería de un automóvil son los siguientes:
| Actividades |
4. Dibujar el diagrama del hierro/carbono y señalar en el mismo los siguientes componentes:
Austenita.
Cementita.
Ferrita.
Los aceros de alto límite elástico o de alta resistencia sustituyen a los aceros convencionales debido a que ofrecen mayor rigidez en las estructuras, son menos deformables, más baratos y son más resistentes que los aceros al carbono.
Aceros para automóviles, alto límite elástico.
Las diferencias principales entre los aceros convencionales y los de alto límite elástico son:
La resistencia a la tracción: cociente entre la carga máxima que ha provocado el fallo elástico del material por tracción y la superficie de la sección transversal inicial del mismo.
El límite elástico: también denominado límite de elasticidad y límite de fluencia, es la tensión máxima que un material elástico puede soportar sin sufrir deformaciones permanentes.
| Nota |
El límite elástico marca el paso del campo elástico a la zona de fluencia.
Cada material posee cualidades propias que definen su comportamiento ante la tracción. Algunas de ellas son:
| Nota |
El límite de fluencia es el punto dentro del diagrama de tracción del acero donde el material, al retirar la tensión, no recupera su forma inicial.
| Aplicación práctica |
Dispone de tres tipos de aceros de diferentes características elásticas. Del ensayo de tracción, le facilitan el siguiente diagrama. ¿Cuál es la principal propiedad a la tracción de cada uno de ellos?
SOLUCIÓN
Acero A: este acero tiene una zona de deformación elástica y no tiene deformación plástica. Por lo tanto, el material, después de deformarse, se rompe. Se trata de un acero frágil. Un ejemplo sería el acero empleado en la fabricación de un eje.
Acero B: este acero tiene un comportamiento similar al tipo A, tiene una zona de deformación elástica y luego tiene una pequeña zona plástica antes de romper. Se trata de un acero con propiedades elásticas y plásticas antes de romper. Un ejemplo sería el acero empleado en la fabricación del habitáculo de seguridad del vehículo.
Acero C: este acero tiene una zona elástica mayor que los anteriores y una zona de deformación plástica mucho mayor. Por lo tanto, este acero tiene un bajo nivel de carbono y propiedades dúctiles. Un ejemplo sería el acero empleado en las zonas o puntos de deformación controlada de la carrocería.
| Actividades |
5. Poner un ejemplo de un elemento del vehículo fabricado con material
Elástico.
Dúctil.
Frágil.
4. Diseño de una carrocería autoportante en acero y en aluminio
El diseño de una carrocería es muy complejo. En este apartado, se va a describir el diseño de una carrocería autoportante en acero y en aluminio, pero antes se van a desarrollar los conceptos previos al diseño de cualquier carrocería de un vehículo, ya que estos afectan directamente en el diseño final del mismo.
Carrocería autoportante
| Actividades |
Carrocería autoportante
Estructura metálica envolvente y resistente, formada por una serie de elementos metálicos de distintas propiedades. Es la más utilizada en los vehículos actualmente.
4.1. Los vehículos
Los modelos de vehículos van evolucionando a lo largo del tiempo debido a las nuevas exigencias y necesidades del mercado, tanto para el ocio como para el transporte u otros servicios. Los departamentos de ingeniería de cada marca de automóviles intentan mejorar las prestaciones de sus vehículos y su seguridad, para lo que ensayan con nuevos materiales y aleaciones que aplican a sus diseños.
Clasificación de vehículos automóviles
Los vehículos automóviles se pueden clasificar de la siguiente forma:
Vehículos para el transporte de personas o mercancías
Los vehículos cuyo objetivo es el transporte de personas o mercancías pueden ser los siguientes:
Vehículos ligeros.
Vehículos pesados.
Vehículos ligeros | Vehículos pesados
Motocicletas
Las motocicletas se pueden clasificar, según su utilización y carácter constructivo, en:
Deportivas, turismo.
Naked.
Custom.
Scooter.
Trial, cross, enduro.
Quads.
Motocicletas
Materiales empleados en la fabricación de carrocerías
Es muy importante conocer las propiedades mecánicas que ofrecen los materiales para saber cómo se comportan ante unos esfuerzos específicos. De este modo, se podrán analizar las deformaciones ocasionadas ante una colisión.
| Importante |
La reparación de una estructura va a depender directamente del análisis de las deformaciones producidas y del conocimiento de los materiales que la forman.
Propiedades mecánicas de los materiales empleados en la fabricación de carrocerías
Las principales propiedades de los materiales empleados en la fabricación de carrocerías son:
Elasticidad: propiedad que tienen los cuerpos sólidos por la que intentan recobrar su forma y tamaño cuando se anula la fuerza que los deforma.
Plasticidad: propiedad de un material de deformarse permanente e irreversiblemente al someterlo a una tensión superior a su límite elástico.
Resiliencia: cantidad de energía que almacena un material al ser deformado.
Tenacidad: energía que el material puede absorber antes de romperse.
Maleabilidad: propiedad que permite obtener planchas o láminas muy finas sin que el material se rompa.
Ductilidad: propiedad que permite que obtener hilos muy finos sin que el material se rompa.
Fragilidad: el material frágil se rompe sin deformación plástica.
Dureza: resistencia que ofrece un material a ser penetrado por otro.
Soldabilidad: mayor o menor facilidad con que un metal permite que se obtengan soldaduras.
| Actividades |
6. Buscar el nombre del ensayo empleado para saber la dureza y la resiliencia de un material.
Esfuerzos producidos en los materiales
A continuación, pueden verse los distintos esfuerzos a los que están sometidos los materiales de la estructura metálica del vehículo:
| Importante |
Los procesos de reparación de las partes metálicas de la carrocería pueden provocar cambios de estado de los materiales, por lo que se deben conocer su límite elástico y sus propiedades.
Métodos de fabricación de las chapas laminadas para vehículos
Las técnicas de fabricación más importantes que se emplean sobre las chapas laminadas para obtener las distintas piezas son:
Embutición: en este tipo de proceso se da a una chapa fina la forma de una pieza mediante presión con una prensa en la que se fija un punzón con la forma interior de la pieza que se quiere adquirir.
Estampación: en este tipo de proceso se intercala una chapa laminada entre dos matrices con la forma de la pieza final, las matrices se someten a una fuerza igual y opuesta de forma que la chapa es sometida a una presión tal que le hace adquirir la forma de la matriz, obteniéndose de esta manera la pieza requerida en la fabricación.
Extrusión: en este tipo de proceso se prensa el metal para darle la forma deseada, haciéndolo pasar por un molde adecuado gracias al empuje proporcionado por un pistón.
| Nota |
La mayoría del acero que se utiliza en la fabricación de las distintas partes de la carrocería de los vehículos se suministra en forma de chapa laminada (de 0,5 a 6 mm de espesor).
| Actividades |
7. ¿Qué elementos del vehículo se fabrican con la técnica de fabricación por extrusión?
4.2. Diseño de la carrocería
Cuando los ingenieros proyectan un nuevo modelo de vehículo, deben relacionar de manera óptima los siguientes factores constructivos:
Habitabilidad.
Confort.
Aerodinámica.
Seguridad.
La forma de conseguir un modelo óptimo es:
Aplicando nuevos conceptos, nuevas tecnologías e innovación.
Realizando varias versiones a partir de un modelo básico.
Importando información de otros modelos de la misma marca.
Diseñando una carrocería segura.
Las fases de la puesta en marcha de un nuevo modelo son:
Ejecución del proyecto, entre otros:
Estudio de viabilidad.
Ficheros de piezas 2D y 3D.
Ficheros de planos de conjunto 2D y despiece.
Verificación del proyecto, entre otros:
Análisis de fallos y efectos.
Métodos-operaciones de estampación.
Estudio de tolerancias y sistemas de ensamblaje.
Construcción de prototipos.
Medios de verificación de calidad.
Las fases del proyecto son:
Idea del proyecto, bocetos.
Diseño y dimensionamiento (motor, habitáculo y maletero).
Ensayos virtuales (crash-tests).
Maquetación (escala 1:5).
Creación de prototipos.
Pruebas.
Fabricación (métodos: estampación, moldes y utillaje necesario).
Prototipo.
Otras consideraciones a tener en cuenta son:
Aerodinámica.
Ergonomía.
La estructura debe absorber la máxima energía en forma de deformación.
Seguridad.
Mantenibilidad.
Ubicación de elementos mecánicos.
Larga vida útil.
Fácil.
Boceto de un vehículo
Prototipo
El ensamblaje de piezas se realiza en las distintas áreas:
Elementos amovibles de la carrocería (puertas, capós, portones, etc.).
Elementos integrantes de la carrocería (plataforma, paneles, laterales, etc.).
Conformación y soldadura de la carrocería (basamento, techo, etc.).
Acabado, donde se finaliza el conjunto.
| Nota |
Para la fabricación de la carrocería, se emplean chapas de acero. Cada corte se introduce en un transfer que dispone de varias matrices para conformar las distintas piezas.
Los elementos de la carrocería autoportante se unen mediante soldadura continua o por puntos múltiples y por uniones atornilladas. Otros métodos de unión utilizados son:
Soldadura láser.
Piezas pegadas con adhesivos.
Soldadura de latón.
Fabricación de la carrocería
Los materiales más empleados en la fabricación de la carrocería son los metálicos, los sintéticos y las aleaciones.
Los elementos fabricados con aceros ALE son:
Soportes de largueros.
Refuerzos de largueros.
Chapa porta-faros.
Refuerzo del piso.
Refuerzo posterior del anclaje del cinturón.
Refuerzo posterior del chasis.
Refuerzo lateral del chasis.
Tirante de sujeción de la puerta delantera.
Chapa de sujeción de las bisagras.
Traviesa trasera.
Refuerzo de la puerta trasera.
Tirante de sujeción de la puerta trasera.
Refuerzo de la puerta delantera.
Refuerzo de bisagras.
Despiece del vehículo de aluminio
| Nota |
El espesor de los aceros empleados en la fabricación de carrocerías del automóvil va de 0,5 a 2,00 mm.
| Actividades |
8. ¿Qué significa refuerzo? Buscar los tipos de refuerzos empleados en las puertas delanteras del automóvil.
Las ventajas del aluminio frente al acero son:
Más ligero.
Fácil reciclado.
Material no tóxico.
Valores de rigidez favorables.
Buena resistencia química a la intemperie y al agua de mar.
Sabía que: la alúmina es una fina capa de óxido que recubre al aluminio y lo protege de la oxidación.
Buena conformidad.
Es muy adecuado para trabajos de unión soldada.
El conformado de piezas en chapa de aluminio se realiza en tres fases:
Laminado del material bruto para producir las chapas.
Conformado de las chapas a la forma prevista a base de corte y estampado.
Termofraguado, que provoca que los diversos ligantes se combinen con el aluminio, dando una tensión previa a la estructura atómica y produciendo una mayor solidez.
Los principales inconvenientes que presenta el aluminio son:
Los golpes con el martillo producen estiramientos que no interesan en el material.
La soldadura del aluminio es especial. Es difícil de conseguir la temperatura en el punto deseado de soldadura, debido a la alta conductibilidad térmica del material.
Hay que controlar muy bien la aplicación de fuerzas para no romper el material, sobre todo en el estiraje.
4.3. Aerodinámica
La aerodinámica vehicular tiene por objeto el estudio del conjunto de acciones y efectos que ejerce el aire en el vehículo en movimiento, así como la forma de lograr que estos sean lo más favorables posible.
Pueden distinguirse dos grupos de efectos asociados a dos flujos diferentes de aire:
Flujo de aire externo al vehículo: actúa sobre las superficies exteriores del vehículo, produce zonas de presión o depresión y rozamiento viscoso con las paredes. Origina esfuerzos que ofrecen una resistencia aerodinámica que afectan a las cargas sobre las ruedas y a la estabilidad del automóvil.
Flujo de aire que pasa a través de compartimentos del vehículo: la circulación interna del aire viene exigida por la refrigeración del motor y la aireación del habitáculo de pasajeros.
Una herramienta de investigación para el estudio aerodinámico es el túnel de viento o túnel aerodinámico, donde se simulan las distintas situaciones reales que afectarán al vehículo respecto al movimiento del aire.
Funcionamiento del túnel de viento
El funcionamiento del túnel de viento es muy simple, se introduce el vehículo modelo en el interior del túnel paralelo a las líneas de corriente del aire, el aire es soplado por un ventilador que proporciona el flujo y la velocidad necesaria para las distintas pruebas o ensayos. Al vehículo modelo se le colocan una serie de sensores en distintos puntos de su superficie, con el fin de obtener dónde se producen tanto el régimen laminar como el turbulento del aire. También existen unas balanzas que informan del comportamiento del vehículo frente a los distintos coeficientes aerodinámicos. De esta forma, los ingenieros pueden modificar el diseño del vehículo y proporcionar los distintos equipamientos auxiliares que harán al vehículo más seguro y menos resistente a la influencia del aire.
| Nota |
Los resultados prácticos obtenidos en el túnel de viento son comparados con los resultados teóricos anteriormente calculados.
El aire influye directamente sobre las prestaciones y consumo del vehículo, pero además:
Influye en la estabilidad lateral.
Ocasiona ruidos.
Influye en la habitabilidad.
Limita la eficacia de los limpiaparabrisas.
Produce ensuciamiento en la carrocería.
Túnel de viento
Se pretende conseguir que en la parte posterior del vehículo no se formen regímenes turbulentos.
| Sabía que... |
La forma geométrica ideal que produce menos rozamiento con el aire es la gota de agua. Esta forma no proporciona buena habitabilidad en el interior ni consigue una distribución óptima.
Los factores que determinan la resistencia aerodinámica total del vehículo son:
Tamaño del mismo.
Geometría de la carrocería.
Velocidad del vehículo respecto a la velocidad del aire.
Densidad del aire.
Superficie de la carrocería:
Régimen laminar: las partículas de aire tienen la misma dirección y velocidad que las demás.
Régimen turbulento: ciertas partículas de aire pierden velocidad y dirección respecto a las demás partículas.
| Actividades |
9. Buscar el significado de cabeceo y balanceo del vehículo.
Coeficientes aerodinámicos
Estos coeficientes se han definido para analizar las cualidades y comportamientos de cada vehículo, siendo:
Cx: coeficiente de penetración aerodinámica en el eje longitudinal. Depende de la forma del vehículo, su valor suele ser de 0,30.
CxA: para expresar la resistencia aerodinámica total del vehículo, se necesita conocer el coeficiente aerodinámico y la superficie frontal del mismo, llamada superficie de ataque A, que puede definirse como la superficie de proyección de la sombra del contorno que se origina cuando el vehículo es iluminado en sentido longitudinal por una luz paralela.
Cy: coeficiente de resistencia aerodinámica transversal. Análogo a Cx, pero aplicado de forma lateral al vehículo.
Cz: coeficiente de elevación. Hace referencia a las fuerzas aerodinámicas verticales que inciden sobre la carrocería del vehículo.
Aerodinámica
Condiciones de diseño aerodinámico
La forma aerodinámica óptima de la carrocería es la que presente un régimen laminar en su superficie. Para obtener un Cx bajo, la forma del vehículo debe tener las siguientes características:
Parte delantera angulosa.
Ángulo de inclinación del limpiaparabrisas elevado.
Ángulo de la luneta trasera elevado.
Un borde de interrupción en la parte trasera consigue un efecto positivo sobre las propiedades aerodinámicas del vehículo.
Una forma innovadora es la redondeada lateralmente.
| Sabía que... |
El Chrisler Airflow tiene el honor de ser el primer vehículo en el que se empleó el túnel de viento para diseñar su forma exterior. Su creador fue Carl Breer..
Aerodinámica activa
Algunos vehículos incorporan elementos que reducen la resistencia del aire y el empuje ascensional, tales como:
Deflectores o spoilers traseros.
Deflectores bajos.
Faldones delanteros.
Alerones traseros.
Suspensión activa (auto-nivelación de la suspensión).
Deflectores
| Actividades |
10.¿Qué significa sustentación? ¿Cómo se produce?
4.4. Carrocería autoportante
La carrocería autoportante es la más utilizada por los diseñadores de vehículos, su estructura envolvente está formada por la unión de distintos elementos metálicos de distintos espesores y formas.
Las características principales de la carrocería autoportante son:
Alta resistencia a la flexión y torsión.
Alta resistencia a las cargas estáticas.
Sirve de soporte a los distintos elementos mecánicos y eléctricos del vehículo.
Absorbe la máxima energía producida en una colisión y mantiene inalterable el habitáculo interior de los ocupantes.
Carrocería autoportante
Las ventajas de este tipo de carrocería son:
Ligereza, estabilidad y rigidez.
Fabricación en serie.
Mejor estabilidad de marcha del vehículo, centro de gravedad más bajo.
Alto grado de automatización, producción más barata.
Clasificación de las carrocerías autoportantes
Básicamente, existen dos tipos de carrocería autoportante:
Carrocería autoportante con elementos desmontables: los elementos deformados en una colisión son fácilmente desmontables.
Carrocería autoportante unida por soldadura.
Nota: La reparación de la carrocería autoportante unida por soldadura es más laboriosa y costosa.
Constitución de una carrocería autoportante
Los elementos que forman una carrocería autoportante se pueden agrupar de la siguiente forma:
Según su función:
Elementos estructurales.
Elementos de revestimiento.
Según su ubicación:
Elementos externos.
Elementos internos.
Según la unión de los elementos externos a la carrocería:
Elementos fijos.
Elementos amovibles.
| Aplicación práctica |
Un vehículo berlina con motor delantero y tracción delantera de cuatro puertas presenta problemas de estabilidad en curvas a alta velocidad. Se le pide asesoramiento técnico para solucionar el problema. Indique las posibles soluciones al respecto.
SOLUCIÓN
Existen varias opciones para solucionar el problema. En primer lugar, cabe comentar que el vehículo dispone de poca carga aerodinámica en el eje trasero, por eso pierde adherencia con el pavimento.
Para solucionar el problema, puede colocársele en la zona trasera un alerón que aumente la carga vertical en ese eje.
Otra opción sería aumentar la anchura de los neumáticos para aumentar el contacto con el pavimento.
Se optará por la primera opción y se probará el vehículo.
El consumo de combustible del vehículo aumentará un poco.
5. Diseño de zonas deformables en el impacto
La estructura es el elemento más importante dentro de la seguridad pasiva del vehículo. La carrocería debe absorber la mayor energía posible del impacto, debiendo ofrecer una adecuada deformabilidad y rigidez.
La deformación programada de la carrocería se consigue mediante:
Zonas fusibles. Colocación de cuerpos de absorción.
Combinación de la geometría. Uniones adecuadas.
Elementos de refuerzo. Perfiles de refuerzo en largueros.
Elementos estructurales que distribuyen las fuerzas de choque.
El habitáculo de seguridad debe ser lo más rígido posible para proteger a los ocupantes, mientras que las partes delanteras son totalmente deformables.
La protección óptima del habitáculo se consigue mediante:
Largueros y traviesas de refuerzo adicionales en la zona inferior del salpicadero.
Pilares delanteros y centrales con chapas de refuerzo.
Protectores en las puertas para impactos laterales.
Refuerzos en la parte superior de las puertas.
Estribos rígidos.
| Actividades |
11. Comentar brevemente por qué debe absorber la carrocería la mayor energía posible del impacto.
Zonas deformables
Refuerzo bajo el volante
Si se aplica una fuerza en el vehículo virtual, se inicia una reacción en cadena en la que cada área se deforma según los cálculos anteriores y transmite fuerza a las que están en contacto con ella. De esta forma, es posible determinar cuál ha sido la deformación total del vehículo.
| Nota |
Las pruebas reales permiten definir las dimensiones finales del vehículo y el comportamiento por separado de ciertos elementos de la carrocería, como largueros, travesaños, etc.
Los ensayos virtuales proporcionan una información importantísima respecto al comportamiento de las distintas partes y elementos de la carrocería de un vehículo frente a un impacto. La fuerza del impacto se transmite de un elemento a otro, adquiriendo progresivas deformaciones, de forma que se puede predecir para un impacto y fuerza dados en una zona del vehículo cuál va a ser su deformación virtual. Los ensayos y pruebas reales del vehículo proporcionarán además a los diseñadores e ingenieros los datos necesarios para dimensionar y elegir el material de fabricación del vehículo y dotar a este de los puntos de deformación necesarios para distribuir los esfuerzos generados por una colisión sin ocasionar daños a los ocupantes del vehículo.
A continuación, se van a ver las pruebas realizadas sobre los vehículos para estudiar su comportamiento ante una colisión.
5.1. Pruebas de choque crash test
Euroncap es un consorcio independiente que analiza y puntúa la seguridad pasiva de los vehículos a partir de las pruebas de choque.
Las pruebas se realizan por grupos de vehículos del mismo segmento, debiendo pasar una serie de ensayos, entre los que se incluyen ensayos de protección de peatones en caso de atropello. Se estudia también la seguridad de los niños, midiendo y analizando la protección que proporcionan los asientos infantiles.
El coste de estas pruebas oscila entre 120.000 y 150.000 €. Los vehículos obtienen una calificación en estrellas de 0 a 5.
| Importante |
El vehículo a probar estará dotado del equipamiento mínimo de seguridad con el que se comercializará.
Las pruebas
A continuación, se van a describir las distintas pruebas de colisión incluidas en las pruebas de choque crash test y el comportamiento que debe tener el vehículo frente a las mismas para que cumpla con las exigencias de seguridad mínimas.
Choque frontal
Las condiciones son:
El impacto frontal se realiza a 64 km/h.
El vehículo colisiona contra una barrera deformable.
En el interior del vehículo, van dos dummies en los asientos delanteros. En cada uno de ellos se miden las lesiones en: cabeza, cuello, tórax, pelvis, rodillas, fémur, tibia, peroné, tobillo y pie.
En el ensayo, no se debe abrir ninguna puerta y, después del impacto, se deben abrir como mínimo una puerta delantera y otra trasera.
El volante no puede desplazarse más de 80 mm hacia arriba ni 100 mm hacia atrás.
Se permiten pérdidas de combustible del orden de 0,5 gr/s.
En esta prueba, se busca optimizar los refuerzos de la estructura portante y conseguir unos medios de retención adecuados.
Choque frontal
Impacto lateral
Un bloque deformable, colocado en una especie de carro, colisiona a 50 km/h perpendicularmente contra el lateral donde va el conductor.
Solo va un dummie en el asiento del conductor.
Se evalúan las lesiones en: cabeza, tórax, abdomen y pelvis. En los choques laterales, se intenta evitar la intrusión en el vehículo.
Choque lateral
| Importante |
En este ensayo, las puertas y los largueros juegan un papel fundamental en la protección del habitáculo. Los mecanismos de cierre y las bisagras deben ser muy robustos.
Impacto trasero
El vehículo recibe un impacto trasero con una carretilla móvil deformable a una velocidad de 35 km/h.
Las puertas deben abrirse fácilmente y el habitáculo debe permanecer indeformable.
En esta prueba, se estudia el comportamiento del reposacabezas y del depósito de combustible y sus canalizaciones.
Choque trasero
Vuelco
Se lanza el vehículo a 50 km/h hasta un plano inclinado situado a uno de los lados de rodadura, ocasionando un vuelco del vehículo frenado por una red de retención.
El techo y los montantes deben ofrecer la rigidez necesaria para proteger el habitáculo.
Lo que se pretende en esta prueba es limitar las deformaciones del habitáculo por aplastamiento.
| Actividades |
12. ¿Cuáles son los motivos por los que puede volcar un vehículo?
Prevención contra incendio
Se somete al vehículo a un vuelco estático para ver si existen pérdidas de combustible.
Test del poste
Se realiza un impacto lateral contra un poste rígido que penetra a la altura de la cabeza del conductor a una velocidad de 29 km/h y sirve para medir la eficacia de los airbags laterales.
Se analizan las consecuencias que tiene el impacto lateral con otro vehículo más alto.
Test del poste
Atropello a peatones
Se analiza el grado de protección que ofrece al peatón.
Una serie de elementos, que reproducen la masa, la inercia y la altura sobre el suelo del peatón, se lanzan contra distintos puntos del frontal del vehículo.
Atropello de peatones
Seguridad infantil
En el impacto frontal y lateral, se colocan dos dummies infantiles (niños de 3 y 18 meses) colocados en sillitas recomendadas por el fabricante del vehículo y se analiza la protección que ofrece a los pequeños.
Calificación
Se dan dos calificaciones, una frontal y lateral y otra para la protección de los peatones.
| Nota |
Cada zona del cuerpo recibe una calificación y se suman todos los puntos para obtener la calificación total, que se traduce en un número de estrellas (de 0 a 5).
Maniquís empleados
Para comprobar las lesiones, se utilizan unos maniquíes llamados dummies, cuyo esqueleto es de acero y su piel de caucho y que llevan sensores en todo el cuerpo. Los datos proporcionados por los sensores reflejan las lesiones.
Se utilizan dos tipos de adultos, el denominado EuroSid I para impactos laterales y el Hibrid III en choques frontales.
Para lesiones infantiles, se utilizan dos modelos: uno representa un niño de 18 meses y otro a uno de 3 años.
| Sabía que... |
Los vehículos disponen de un interruptor de inercia que, en el caso de impacto o choque, desconecta el sistema de alimentación eléctrico de la bomba de alimentación.
| Aplicación práctica |
Una marca de vehículos ha lanzado un nuevo modelo al mercado y quiere evaluarlo en el aspecto de seguridad de los ocupantes. Indique las pruebas que debe pasar.
SOLUCIÓN
Los diseñadores de vehículos y los fabricantes ponen a prueba los distintos modelos que salen al mercado mediante las pruebas de crash test realizadas por un consorcio independiente llamado Euroncap, que realizará las pruebas de impacto normalizadas en su laboratorio y evaluará con 0 a 5 estrellas la seguridad del vehículo. Las pruebas son las siguientes:
Choque frontal.
Impacto lateral.
Impacto trasero.
Vuelco.
Prevención contra incendios.
Test del poste.
Atropello a peatones.
Seguridad infantil.
6. Composición y propiedades de aleaciones ligeras (Al)
La materia prima para la producción del aluminio es la bauxita, compuesta por uno o más elementos de hidróxido de aluminio, además de silicato, hierro y óxido de titanio.
El proceso del aluminio se lleva a cabo en tres pasos:
Extracción de la bauxita: se obtiene por métodos de mina abierta.
Producción de alúmina: el óxido de aluminio se separa del resto de componentes de la bauxita mediante una solución de sosa cáustica. La mezcla es filtrada para eliminar las partículas insolubles y se somete a un proceso de secado, obteniendo un polvo blanco llamado alúmina.
Mediante electrólisis, se obtiene el aluminio puro.
La designación simbólica del aluminio y las aleaciones de aluminio se basa en los símbolos químicos, seguidos de dígitos que indican el grado de pureza del aluminio o el contenido nominal del elemento considerado.
Las propiedades más importantes del aluminio frente al acero son su ligereza y su resistencia a la corrosión. Sin embargo, sus propiedades mecánicas no son tan elevadas. A su vez, la resistencia a la rotura por tracción es menor y su límite elástico también. Todo ello supone que, para obtener un comportamiento mecánico similar al del acero, el espesor del material debe ser superior. Aun así, se consigue una disminución considerable de peso, dada la ligereza del material.
Carrocería de aluminio
| Nota |
Las propiedades del aluminio puro pueden mejorarse si es aleado con pequeñas cantidades de otros elementos, como la bauxita (materia prima para el aluminio).
A pesar de poseer una gran afinidad con el oxígeno, el aluminio es inalterable en el aire, pues se recubre con una delgada capa de óxido (alúmina) que protege al resto de la masa del ataque de la oxidación.
| Consejo |
Debe evitarse el contacto con metales más nobles, como el hierro, debido a la formación de pares galvánicos que destruyen esta capa protectora.
El aluminio se emplea bien fundido y moldeado, laminado o forjado.
Las aplicaciones habituales del aluminio son: piezas para aviones, cuerpos de válvulas, piezas ajustadas a presión, ruedas, cajas, cabezas de cilindros, camisas de agua, cajas de cambio de automóviles, motores monobloc, bombas, poleas, zapatas de freno, pistones de automóvil, etc.
Piezas de aluminio
| Actividades |
13. Buscar información sobre el punto de fusión del aluminio. ¿A qué temperatura se produce?
6.1. Ventajas del aluminio
Como se ha mencionado, el aluminio tiene una gran ventaja sobre el acero: es más ligero. De esta forma la utilización del aluminio favorecerá el ahorro energético y la seguridad activa.
| Sabía que... |
El peso específico del aluminio (2.700 kg/m3) es aproximadamente 1/3 del peso específico del acero (7.850 kg/m3).
Es un material fácilmente reciclable y no tóxico, tiene buenas propiedades de rigidez y soldabilidad (con equipos especiales de soldadura). Además, es resistente a la corrosión.
6.2. Conformado de piezas en chapa de aluminio
La conformidad del aluminio se realiza en las siguientes fases:
En primer lugar, es preciso laminar el material bruto para producir las chapas.
Se cortan las chapas para su posterior estampado.
Se realiza el proceso de estampado.
Por último, se realiza el proceso de termofraguado para conseguir una mayor solidez del material.
Conformado de piezas en chapa de aluminio
Como también se ha comentado anteriormente, los principales inconvenientes que presenta son:
Estiramientos no deseados al golpear con el martillo.
Disponer de equipos especiales para realizar operaciones de soldadura.
Poco resistente al estiraje.
| Sabía que... |
La estampación es el proceso en el que se somete a un metal a una carga tipo compresión entre dos moldes generada por una prensa o martinete. A los moldes se les conoce con el nombre de estampas o matrices. Existen dos tipos de estampación, en caliente y en frío. La estampación se combina con otros tipos de operaciones intermedias como son desbarbados o mecanizados.
6.3. Características del aluminio en la industria del automóvil
La industria del automóvil adopta cada día más los elementos y piezas fabricadas de aluminio o de alguna aleación. Entre las cualidades del aluminio en el sector automovilístico, cabe mencionar las siguientes:
Ligereza: al ser el peso específico la tercera parte del peso del acero, puede llegar a suponer una disminución del 40% del total de la carrocería.
Importante: disminuye el consumo de combustible aproximadamente en 0,5 l cada 100 km. También reduce la emisión de gases contaminantes a la atmósfera.
Seguridad: al ser más rígido que el acero se comporta de manera excelente en las zonas de la carrocería más rígidas. Además, permite crear perfiles y elementos de deformación capaces de disipar una gran parte de la energía del impacto. Los vehículos construidos de aluminio mejoran la relación peso-potencia, el rendimiento del sistema de frenado y aumento de velocidad en curvas, al tener menos peso. La rigidez a la torsión y a la flexión de la carrocería es mayor, favoreciendo la seguridad activa.
Nota: Las carrocerías de acero suelen montar absorbedores de impacto o almas de paragolpes de aluminio.
Reciclabilidad del aluminio: en el proceso de reciclado, se mantiene la calidad del material.
Protección contra la corrosión: el aluminio, debido a su facilidad de oxidación, se recubre de una capa de óxido llamada alúmina, que protege al material contra la oxidación de forma natural.
Extrusión: técnica que consiste en hacer pasar una pastilla de aluminio por un hueco calibrado para obtener barras, tubos y perfiles.
Embutición: técnica que consiste en obtener una superficie no desarrollable a partir de una forma plana mediante una matriz.
Forja: técnica que consiste en el moldeo de un material mediante compresión hasta conseguir la forma deseada.
Fundición: el material se funde y se introduce en un molde, obteniendo la geometría final deseada.
Mecanizado: técnica mediante la que de una herramienta de corte se obtiene la forma adecuada.
Laminación: técnica que consiste en obtener mediante compresión generada por rodillos rotativos la sección de una pieza, normalmente chapas de distintos espesores.
| Sabía que... |
El aluminio es 100% reciclable sin merma de sus cualidades físicas y su recuperación por medio del reciclaje se ha convertido en un faceta importante de la industria del aluminio. El proceso de reciclaje del aluminio necesita poca energía. El proceso de refundido requiere solo un 5% de la energía necesaria para producir el metal primario inicial.
| Aplicación práctica |
El aluminio es un material que los diseñadores y los fabricantes de vehículos han incorporado en el automóvil. Los elementos que están fabricados con este material son muy diversos y, entre ellos, cabe destacar elementos del motor y la carrocería. ¿Cómo identificaría las zonas de aluminio en la carrocería con un golpe?
SOLUCIÓN
Las chapas de aluminio son más gruesas que las de acero, ya que el aluminio es menos resistente.
Las zonas dañadas por un golpe suelen rajarse, por lo que, al repararlas, hay que calentarlas a unos 120 ºC.
Las zonas de deformación programada y los fusibles están formados por elementos de aluminio para que absorban la energía provocada por el impacto. También forma parte de la estructura de seguridad de la carrocería.
7. Variación de propiedades mediante tratamientos térmicos
Los metales no se encuentran en estado puro en la naturaleza, sino que, en las minas, se encuentran combinados con otros, como por ejemplo: óxidos, sulfuros, sulfatos, etc.
Para obtener los metales, se les somete a una serie de operaciones, como son: trituración, lavado, calcinación, fusión y afinación, para extraer las impurezas no deseadas.
Los tratamientos térmicos influyen en las propiedades de los materiales como se podrá ver a continuación.
7.1. Características de materiales metálicos
Los metales tienen unas propiedades físicas características, por ejemplo, son conductores de la electricidad y del calor.
La mayoría son de color grisáceo, pero algunos tienen colores diversos.
| Ejemplo |
El bismuto (Bi) es rosáceo, el cobre (Cu) rojizo y el oro (Au) amarillo.
Suelen ser opacos o de brillo metálico, tienen alta densidad, son dúctiles y maleables, tienen un punto de fusión alto y son duros.
Otras propiedades importantes de los materiales metálicos son:
Maleabilidad: capacidad de los metales de hacerse láminas al ser sometidos a esfuerzos de compresión.
Ductilidad: propiedad de los metales de moldearse en alambre e hilos al ser sometidos a esfuerzos de tracción.
Tenacidad: resistencia que presentan los metales a romperse o al recibir fuerzas bruscas (golpes, etc.)
Resistencia mecánica: capacidad para resistir esfuerzo de tracción, comprensión, torsión y flexión sin deformarse ni romperse.
7.2. Comportamiento del material metálico al golpearlo
Existen distintas técnicas de conformado por deformación plástica, que se realizan en frío o en caliente. Entre las más importantes se encuentran:
Forja.
Laminación.
Extrusión.
En todas ellas, la deformación del material se genera mediante la aplicación de fuerzas de compresión. La más empleada es la forja.
Los efectos que provoca la forja en caliente sobre el material son:
Orientación del grano: el esfuerzo generado en dirección del grano aumentará las propiedades mecánicas del material.
Afinamiento del grano: esta operación se realiza a temperaturas superiores a la de recristalización del material y con la ayuda de martillos pilones con golpes alternativos.
Eliminación de cavidades, poros, etc.
Forja
| Actividades |
14. ¿Qué es un martillo pilón? ¿Cómo trabaja?
7.3. Comportamiento del material metálico al calentarlo
La dilatación de los sólidos puede ser lineal, superficial o cúbica, según tenga lugar en una, dos o tres dimensiones. En los sólidos homogéneos e isótopos (aquellos cuyas características físicas no dependen de la dirección), se verifican los fenómenos siguientes:
La dilatación de una dimensión determinada es proporcional al valor inicial de esta dimensión.
Las dilataciones lineales, superficiales y cúbicas son proporcionales al aumento de temperatura que experimentan los cuerpos.
La dilatación lineal es el aumento de la longitud que experimenta un cuerpo al ser calentado:
Donde:
lo: longitud del cuerpo a 0 ºC.
t: temperatura a la que se calienta.
lt: longitud resultante a la temperatura t.
λ: coeficiente de dilatación lineal, que es el alargamiento que experimenta la unidad de longitud del sólido, medida a 0 ºC. cuando la temperatura se eleva 1 ºC.
La dilatación superficial es el aumento de superficie que experimenta un cuerpo por efecto del calor:
Donde:
So: superficie del cuerpo a 0 ºC.
t: temperatura a la que se calienta.
St: superficie resultante a la temperatura t.
β: coeficiente de dilatación superficial, que es el aumento que experimenta la unidad de superficie de un cuerpo, medida a 0 ºC, cuando la temperatura se eleva 1 ºC.
La dilatación cúbica es el aumento de volumen que experimenta un sólido al elevar la temperatura:
Donde:
Vo: es el volumen del cuerpo a 0 ºC.
t: temperatura a la que se calienta.
Vt: volumen resultante a la temperatura t.
γ: coeficiente de dilatación cúbica, que es al aumento que experimenta la unidad de volumen de un cuerpo, medida a 0 ºC, cuando la temperatura se eleva 1 ºC.
La unidad en que se expresan los tres coeficientes es: ºC-1.
Los tratamientos térmicos habituales sobre el acero son:
Temple: el proceso consiste en limpiar la pieza con un abrasivo para luego calentarla hasta la temperatura adecuada y después enfriarla con rapidez en el mismo medio que se utilizó para endurecerla.
Recocido: proceso para reducir los esfuerzos internos y ablandar el acero. Consiste en calentar al acero por arriba de su temperatura crítica y dejarlo enfriar con lentitud en el horno, cerrado o envuelto en ceniza, cal, asbesto o vermiculita.
Cementado: consiste en el endurecimiento de la superficie externa del acero al bajo carbono, quedando el núcleo blando y dúctil. Como el carbono es el que genera la dureza en los aceros, en el método de cementado se tiene la posibilidad de aumentar la cantidad de carbono en los aceros de bajo contenido de carbono antes de ser endurecidos. El carbono se agrega al calentar al acero a su temperatura crítica mientras se encuentra en contacto con un material carbonoso.
Nota: los tres métodos de cementación más comunes son: empacado para carburación, baño líquido y gas.
7.4. Simbología de los fabricantes de vehículos
La simbología técnica de las distintas partes del vehículo, como pueden ser el sistema eléctrico, el sistema mecánico, la parte estructural, etc., depende por una parte de la normalización de la representación gráfica basada en el dibujo técnico (normas, sistemas de representación, acotación, cortes y secciones, tolerancias, etc.) y, por otra parte, de los fabricantes de vehículos.
| Nota |
Otro tipo de simbología significativa sería la que presenta el fabricante de la bancada.
El chapista debe tener los conocimientos necesarios para interpretar los distintos planos y dibujos técnicos para poder realizar los trabajos relacionados con la reparación de la carrocería del vehículo. Las distintas gamas de trabajo y/o los planos le indicarán las piezas a sustituir, las zonas de verificación y dónde debe actuar para enderezar las piezas deformadas junto con las cotas de control.
La reparación de la carrocería viene representada normalmente con una serie de dibujos y símbolos que determinan las operaciones que hay que realizar:
Zonas determinadas para el corte.
Zonas de refuerzo.
Tipo de unión (solapada, tope, refuerzo).
Elementos engatillados.
Elementos soldados.
Aplicación de tratamientos anticorrosivos.
Masillas estructurales.
| Actividades |
15. ¿Qué significa tolerancia? ¿Los aparatos de medición necesitan calibración? ¿Por qué?
8. Resumen
Como se ha podido ver en este capítulo, los ingenieros deben conocer la composición y las propiedades de los materiales metálicos y de las aleaciones férricas y no férricas para adoptar decisiones de diseño y fabricación de los distintos elementos que integran el vehículo.
La utilización de las aleaciones de hierro, carbono y otros constituyentes permite obtener distintas clasificaciones de los aceros según sus propiedades mecánicas, entre ellos, los aceros de alto límite elástico, los cuales aumentan la seguridad del habitáculo y de sus ocupantes.
El diseño de las zonas deformables permite dirigir los esfuerzos sobre la estructura del vehículo para que la deceleración dentro del habitáculo sea mínima. Además, los ensayos de las colisiones en el laboratorio facilitan diseñar y conocer la seguridad dentro del vehículo.
Las carrocerías autoportantes son los diseños estructurales más empleados por los ingenieros. Fabricadas de acero, de aluminio o de ambos, proporcionan la resistencia mecánica idónea para soportar las distintas solicitaciones a las que está sometido el vehículo.
Las ventajas que presenta el aluminio frente al acero permiten aumentar la potencia de los vehículos, ya que disminuye el peso frente a la misma resistencia mecánica. También se han visto las nuevas técnicas de fabricación y los efectos de la aerodinámica en el vehículo, así como los coeficientes aerodinámicos.
Por último, se han analizado las propiedades de las distintas aleaciones ligeras, sus ventajas, las características del aluminio en el sector del automóvil y el comportamiento de los materiales frente a los tratamientos térmicos, además de ver la simbología empleada habitualmente por los fabricantes de vehículos para indicar los procesos de reparación de la carrocería.
| Ejercicios de repaso y autoevaluación |
1. Los productos férreos se trabajan con facilidad, ya que se pueden...
a. ... enfriar con facilidad.
b. ... moldear con arcilla blanca y gris.
c. ... fundir, forjar, soldar, mecanizar, etc.
d. ... oxidar lentamente.
2. Señale la afirmación correcta.
a. Los hierros para fundición presentan la gran desventaja de oxidarse y corroerse.
b. Los aceros inoxidables son las aleaciones ferrosas más importantes a causa de su alta resistencia a la corrosión en medios oxidantes. Para ser un acero inoxidable, debe contener al menos 12% de cromo.
c. En España, la norma UNE 36001 clasifica las aleaciones férricas según las series F.
d. Todas las opciones son correctas.
3. El acero es una aleación de hierro y carbono que puede contener otros elementos y en la que el contenido del carbono oscila entre...
a. ... 0,1 y 1,7%.
b. ... 0 y 1%.
c. ... 10 y 17%.
d. ... 20 y 27%.
4. Señale el tipo de acero que no es utilizado en el sector vehículos.
a. Aceros de alto límite elástico (ILI) o de alta resistencia (HHH).
b. Aceros convencionales laminados en caliente y decapados.
c. Aceros de muy alto límite elástico (MALE o THLE).
d. Aceros ultrarresistentes de baja aleación (UHSLA).
5. En la siguiente tabla, vincule la cualidad del material con su propiedad correspondiente.
6. De las siguientes afirmaciones, diga cuál es verdadera o falsa.
a. La carrocería autoportante es la más empleada en los automóviles en la actualidad.
Verdadero
Falso
b. Un monovolumen es un automóvil de muy baja altura.
Verdadero
Falso
c. La soldabilidad es la propiedad que tienen los materiales de ser trabajados térmicamente.
Verdadero
Falso
d. La tenacidad es la capacidad que tienen los cuerpos para resistir el calor.
Verdadero
Falso
e. El esfuerzo de torsión es el producido en un material cuando es retorcido o girado sobre sí mismo.
Verdadero
Falso
f. Las principales técnicas de fabricación de chapas laminadas son: por embutición, estampación y temple.
Verdadero
Falso
g. A la hora de proyectar un nuevo modelo de vehículo, se deben conjugar de forma satisfactoria una serie de factores, como son: habitabilidad, confort, aerodinámica y seguridad.
Verdadero
Falso
h. En la fase de concepción y diseño, se dibujan los bocetos a mano, se elige el mejor y se dimensiona el vehículo diferenciando tres partes: motor, habitáculo y neumáticos.
Verdadero
Falso
7. La estructura del modelo del vehículo debe absorber la máxima energía en forma de deformación para...
a. ... ser más aerodinámico.
b. ... seguridad de los pasajeros.
c. ... tener más velocidad.
d. ... tener menor altura y peso.
8. El siguiente texto está incompleto, rellénelo con las palabras que se indican al final.
El ______________, frente al acero, es más ligero y más resistente a la corrosión. Sin embargo, sus propiedades _____________ no son muy buenas. A su vez, la resistencia a la rotura por _________________ es menor y su límite _______________ también. Para obtener un comportamiento mecánico similar al del acero, el espesor del material debe ser _______________. Aun así, se consigue una disminución considerable de _______________, dada la ligereza del material. No obstante, las propiedades del aluminio ______________ pueden mejorarse si es con pequeñas cantidades de otros elementos, como la bauxita.
A pesar de poseer una gran afinidad con el _______________, es inalterable en el aire, pues se recubre con una delgada capa de óxido (_____________) que protege al resto de la masa del ataque de la ______________.
aleado – puro – oxígeno – peso – alumina – superior – oxidación – elástico – mecánicas – aluminio
9. De las siguientes afirmaciones, diga cuál es verdadera o falsa.
a. La técnica de fabricación tailored blank consiste en realizar diseños complejos de una sola pieza de varios espesores, recubrimientos y distinto grado de resistencia.
Verdadero
Falso
b. La aerodinámica es la parte de la ciencia que estudia el movimiento del aire y otros fluidos gaseosos.
Verdadero
Falso
c. La forma geométrica que produce menos rozamiento con el aire, la forma ideal, es la gota de agua.
Verdadero
Falso
d. Los coeficientes aerodinámicos sirven para analizar las cualidades y comportamientos de cada vehículo.
Verdadero
Falso
e. El centro de presión dinámica del vehículo es aquel punto donde se concentran las fuerzas provocadas por el aire debido a la velocidad del vehículo y la del aire.
Verdadero
Falso
f. La carrocería autoportante es la más utilizada por los fabricantes de automóviles, su estructura metálica envolvente está constituida por la unión de elementos de chapa de diferentes formas y espesores.
Verdadero
Falso
g. Las carrocerías autoportantes son más caras debido al alto grado de automatización que permite su fabricación.
Verdadero
Falso
h. Las carrocerías disponen de zonas de deformación programadas en la parte delantera y trasera, combinando geometría, perfiles de refuerzo y zonas fusibles en los elementos estructurales.
Verdadero
Falso
10. Describa la prueba de choque frontal desarrollada en las pruebas de choque crash test de un vehículo.
