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ASIGNATURA 5: REPARACIÓN DE AUTOMÓVILES: PROCESOS DE TRABAJO TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE DE UNA CARROCERÍA 1 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Índice 1. Desarrollo histórico...............................................

ASIGNATURA 5: REPARACIÓN DE AUTOMÓVILES: PROCESOS DE TRABAJO TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE DE UNA CARROCERÍA 1 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Índice 1. Desarrollo histórico.............................................................................................. 4 2. Tipos de carrocerías............................................................................................ 9 2.1. Carrocería con chasis independiente......................................................... 10 2.2. Carrocería con chasis-plataforma.............................................................. 11 2.3. Carrocería autoportante............................................................................. 12 2.3.1. Carrocería monocasco...................................................................... 14 3. Estructura de la carrocería autoportante........................................................... 15 3.1. Célula de seguridad................................................................................... 15 3.1.1. Chapa salpicadero............................................................................ 15 3.1.2. Túnel central..................................................................................... 16 3.1.3. Piso del habitáculo............................................................................ 16 3.1.4. Estribos bajo puertas........................................................................ 17 3.1.5. Puertas............................................................................................. 17 3.1.6. Pilares............................................................................................... 18 3.1.7. Techo................................................................................................ 18 3.2. Parte frontal................................................................................................ 18 3.2.1. Largueros delanteros........................................................................ 21 3.2.2. Subchasis / traviesa delantera.......................................................... 21 3.2.3. Pases de rueda................................................................................. 22 3.2.4. Aletas delanteras.............................................................................. 22 3.3. Parte posterior............................................................................................ 22 4. Criterios de diseño............................................................................................ 24 4.1. Reglamentación......................................................................................... 24 4.2. Resistencia estructural............................................................................... 25 4.3. Incidencias aerodinámicas......................................................................... 25 4.4. Resistencia a la corrosión.......................................................................... 26 4.5. Proceso de fabricación............................................................................... 27 4.6. Revestimientos protectores........................................................................ 28 4.7. Prestaciones.............................................................................................. 29 4.8. Seguridad activa........................................................................................ 29 4.9. Seguridad pasiva....................................................................................... 29 5. Materiales empleados en la fabricación de una carrocería............................... 31 5.1. Aceros empleados en la fabricación de carrocerías................................... 32 5.1.1. Aceros al carbono para embutición................................................... 33 5.1.2. Aceros endurecibles en horno.......................................................... 33 5.1.3. Aceros de alta resistencia HSS......................................................... 34 5.1.3.1. Aceros microaleados o dispersoides HSLA........................ 34 5.1.3.2. Aceros refosforados............................................................ 35 5.1.3.3. Aceros sin intersticiales IF................................................... 36 5.1.3.4. Aceros isótropos IS............................................................. 36 2 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 5.1.4. Aceros de ultra alta resistencia UHSS.............................................. 37 5.1.4.1. Aceros de doble fase DP..................................................... 37 5.1.4.2. Aceros de fase compleja o multifase CP............................. 39 5.1.4.3. Aceros por transformación plástica inducida TRIP.............. 40 5.1.4.4. Aceros al boro B.................................................................. 40 5.2. El aluminio en la fabricación de carrocerías............................................... 41 5.2.1. Ventajas del aluminio en la fabricación de carrocerías..................... 42 5.2.2. Propiedades del aluminio.................................................................. 43 5.2.3. Concepción de una carrocería fabricada en aluminio....................... 44 5.2.3.1. Tipos de fabricados empleados........................................... 45 5.3. Plásticos como materiales para la carrocería............................................. 48 6. Nomenclatura de piezas.................................................................................... 53 6.1. Despiece tipo de una carrocería autoportante........................................... 55 3 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 1. Desarrollo histórico Nicholas Cugnot fue un inventor francés a quien se puede considerar el padre del automóvil, ya que en 1770 instaló y adaptó un motor de vapor y dos cilindros en posición vertical a un carruaje. Su vehículo podía circular a 4 km/h, sin embargo Cugnot no pudo continuar su investigación dado que el Gobierno francés que subvencionó el proyecto no le vio utilidad militar ya que buscaban un aparato para arrastrar cañones pesados. Vehículo de Nicholas Cugnot, 1770. Pero se puede decir que la época del vapor llegó a su fin cuando se inventó el motor de combustión interna de cuatro tiempos (Nikolas August Otto, 1876). Los primeros vehículos que poseían motores de gasolina fueron los creados, de forma independiente entre sí, por Karl Friedrich Benz y el equipo formado por los ingenieros y empresarios Wilhelm Maybach y Gottlieb Wilhelm Daimler. Dichos vehículos provenían de tres productos industriales distintos: el carruaje de tiro, la bicicleta y el motor estacionario. Tanto Maybach como Daimler centraban su interés en la construcción de un motor universal –no solamente destinado a propulsar vehículos –, por lo que incorporaron su motor en un coche de caballos ligeramente evolucionado. Sin embargo, Benz quería construir un novedoso modelo de transporte, por lo que diseñó un vehículo de tres ruedas, de construcción “ligera” y fabricado en acero. 4 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE La intensa historia del automóvil, que tiene poco más de dos siglos, ha experimentado una evolución constante desde estos primeros vehículos hasta los más modernos de hoy en día. Este desarrollo se manifiesta de modo indiscutible en el desarrollo de las mecánicas y, en consecuencia, de las prestaciones que ofrecen. Ahora bien, aunque no sea trascendental para el gran público, también ha sido fundamental la transformación experimentada por las carrocerías, que han amplificado sus prestaciones para dar solución a las necesidades del momento. Las carrocerías en un principio se fabricaban mediante métodos tradicionales, cuyos orígenes databan de los coches de tiro. En la época de los coches de caballos se había formado una mano de obra altamente cualificada, que creaba las carrocerías. Y no sería hasta 1895 que los fabricantes ofrecieran toda una gama de carrocerías, transfiriendo las características de los vehículos de tiro a los automóviles. Vehículo Benz Patent Motorwagen, 1885 El diseño y la creación de patrones, la carrocería, la obtención de paneles de metal, cómo trabajar el bronce, el lijado y pulido, el barnizado, etc. eran características que dominaban los carroceros. Las carrocerías se construían tradicionalmente con madera, un bastidor de fresno recubierto de paneles de caoba. 5 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Sin embargo, había escasez de madera dura, de buena calidad, por lo que su precio se encarecía, esta construcción era difícil y además conllevaba problemas laborales. Éstos fueron, entre otros, los motivos que llevaron a los fabricantes a pasarse al acero. Entre 1900 y 1914, la estructura de las carrocerías variaba considerablemente, ya que las voluptuosas curvas que dictaba el estilo eran muy difíciles de reproducir en madera. Así, el carrocero francés Rotschild introdujo como material base el aluminio, si bien al principio, los paneles sencillos de una sola curvatura –destinados a automóviles económicos– se seguían fabricando en madera, más barata que el aluminio y sin problemas a la hora de unir metal y madera. Hacia 1912 los paneles de madera ya habían sido abandonados y sustituidos por chapa de acero en los vehículos menos costosos; si bien, muchas de las carrocerías «totalmente de acero» de los años 20 seguían teniendo madera, fundamentalmente, para enmarcar el techo y fijar la tapicería. Estructura monocasco de acero del Lancia Lambda, 1922 Respecto a las carrocerías, en un principio eran abiertas, para no sobrecargar a los motores –de poca potencia– con el peso adicional de una carrocería cerrada. Las primeras cerradas aparecieron en Francia a finales del siglo XIX. Louis Renault, allá por 1900, mandó fabricar a la conocida firma parisina Labourdette una carrocería cerrada, más alta que larga, sobre un pequeño chasis monocilíndrico. Éste sería el primer vehículo en el que tanto conductor como copiloto se encontraban totalmente protegidos de las inclemencias atmosféricas. 6 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE El automóvil cerrado tardó tiempo en extenderse, por problemas de estética y peso. Una proporción sorprendentemente elevada del mismo correspondía a las lunas, especialmente la luna parabrisas, excepcionalmente grande, por los capós tan bajos y los techos tan altos que estaban de moda. Así, los primeros automóviles cerrados casi nunca tenían parabrisas para el conductor, que solía ser un chófer a sueldo, pero eran completamente cerrados en la zona trasera. Al aumentar la velocidad de los automóviles más rápidamente de lo que crecían las carreteras, surgió un grave problema: el bastidor del chasis se arqueaba produciendo graves tensiones en la carrocería. Los refuerzos del chasis no eran una solución, pues únicamente contribuían a aumentar el peso. En 1921, en el Salón de París, apareció un nuevo tipo de carrocería cerrada patentada por Charles T. Weymann. Un bastidor articulado de madera se había recubierto de lona. En el bastidor, no se tocaban entre sí ninguna de las piezas de madera, estaban unidas por medio de delgadas placas de metal o tensores de cable. Así, el bastidor cedía levemente, evitando las vibraciones y los ruidos de las carrocerías de acero tradicionales. Si bien la Weymann no era una carrocería tan barata como las de chapas de acero fabricadas en grandes cantidades, costaba menos que los paneles tradicionales de acero o de aluminio sobre bastidor de madera. Tampoco exigía gastos de pintura, puesto que la lona salía teñida de fábrica. Por ello, esta carrocería se hizo muy popular hasta que se dejó de fabricar en 1931. Citroën 7CV, primer vehículo con carrocería autoportante, 1934. 7 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Por aquel entonces la demanda automovilística cada vez era mayor, por lo que aumentaban considerablemente sus fabricantes. La competencia existente en Estados Unidos era abrumadora, el precio del automóvil solía ser decisivo para adquirir uno u otro modelo. Un momento clave. Henry Ford se plantea no subir los precios, con el fin de aumentar la demanda, en lugar de elevarlos, para cubrir los gastos. Comienza la fabricación del automóvil en cadena. Ford perfecciona el sistema de estampación de piezas de la carrocería, lo que, unido a la rápida cadena de montaje de que dispone, le permite abaratar notablemente los precios de sus automóviles, logrando que su modelo «T» sea el coche más popular de su época, vendiendo 15,5 millones de vehículos. Pronto le secundarían otros fabricantes estadounidenses. En Europa, la industria sufrió directamente la Primera Guerra Mundial (1914- 1918), derivando su producción hacia el armamento. A principios de los años 20, ningún fabricante europeo producía un número importante de automóviles como para justificar la adquisición de las prensas y la tecnología necesarias. El primero que lo hizo fue André Citroën, quien, gracias a la técnica de embutición profunda de las chapas y a la soldadura por puntos de resistencia, construyó en 1924 las primeras carrocerías totalmente metálicas. Este mismo fabricante, en 1934, creó la carrocería autoportante, suprimiendo el chasis independiente que se empleaba hasta entonces. La fabricación de carrocerías hoy en día sigue en continua evolución, adoptando nuevos diseños, materiales y técnicas de fabricación. 8 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 2. Tipos de carrocerías El automóvil moderno se divide en dos partes claramente diferenciadas: la mecánica y la carrocería. La parte mecánica está formada por el motor, la dirección, la transmisión, los órganos de la suspensión, el depósito de combustible, etc. La carrocería puede definirse como el armazón del vehículo. Está formada generalmente por planchas metálicas, unidas entre sí, y sujeta los elementos mecánicos. Su interior se destina a habitáculo para los pasajeros y/o las mercancías. El chasis ha sido fundamental desde la aparición del automóvil Con el tiempo, la carrocería ha ido progresivamente evolucionando, según las innovaciones adoptadas en su fabricación: nuevos diseños, estructuras más rígidas pero a la vez más ligeras, nuevos sistemas de unión, nuevos materiales, sistemas anticorrosivos, etc. Destacamos la existencia de tres sistemas diferentes: carrocería con chasis independiente, carrocería con chasis-plataforma, y carrocería autoportante. 9 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 2.1. Carrocería con chasis independiente La carrocería con chasis independiente es el sistema más antiguo empleado en el automóvil. Además, fue la técnica utilizada hasta la aparición de la carrocería autoportante. Actualmente, se emplea en los vehículos industriales y todoterreno, así como en aquéllos cuya carrocería es de material plástico o de fibra. Bastidor de tototerreno, izquierda, y bastidor de vehículo industrial, derecha. El chasis consta, en líneas generales, de dos vigas longitudinales o largueros de longitud variable, unidos por una serie de travesaños en disposición transversal o diagonal, a las cuales se acoplan los elementos que constituyen el vehículo (motor, suspensión, carrocería, etc.). Sus características principales son: El chasis soporta los órganos mecánicos. El chasis puede rodar sin carrocería. La carrocería constituye un conjunto independiente, con su propio piso, accesorios e instalación eléctrica. La carrocería se monta y desmonta del chasis en todo su conjunto. Se atornilla al chasis a través de uniones elásticas (silentblocks). 10 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 2.2. Carrocería con chasis-plataforma Es una concepción parecida a la del chasis independiente, pues la plataforma es un chasis aligerado que lleva el piso unido por soldadura. Este tipo de estructura estaba pensada para pequeñas furgonetas o vehículos turismos destinados a circular por malos caminos. Citroën 2CV Sus características principales son: La plataforma es un chasis aligerado. Los largueros y los travesaños están construidos por piezas plegadas de chapa, con mayor espesor que el resto. La plataforma soporta tanto el piso como los órganos mecánicos. La plataforma puede circular sin carrocería. La carrocería es independiente y se une a la plataforma por tornillos o soldadura. Es un tipo de construcción totalmente en desuso hoy en día. 11 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 2.3. Carrocería autoportante Actualmente, la mayoría de turismos, y cada vez más todoterrenos, adoptan este tipo de carrocería. Es decir, es la base fundamental del trabajo de los chapistas. La adecuada conformación estructural de una carrocería en un pro- ceso de reparación influye en aspectos tan importantes como la seguridad y el comportamiento del vehículo. La carrocería autoportante está formada por una gran cantidad de piezas soldadas, pegadas o atornilladas. Incluso en vehículos fabricados en aluminio ciertas piezas se unen al resto de la carrocería mediante uniones remachadas. Sus características y dimensiones estarán en función de diferentes parámetros, como gama del vehículo, habitabilidad, resistencia al esfuerzo, rigidez, capacidad de deformación o sistemas de unión. La carrocería autoportante es, pues, la estructura del vehículo encargada de soportar dos tipos de esfuerzos: Esfuerzos de carácter estático: Peso de los ocupantes. Peso de los conjuntos mecánicos. Peso de la carga del vehículo. El propio peso de la carrocería. Esfuerzos de carácter dinámico: Esfuerzos torsionales y deformaciones que se producen durante la marcha del vehículo (entrada en curvas, aceleraciones y frenazos bruscos, etc.). 12 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Carrocería autoportante La carrocería está integrada por dos grandes grupos de piezas, en función de su cometido: Piezas estructurales, generalmente interiores, que se encargan de soportar, en mayor medida, los diferentes esfuerzos y cargas. Piezas cosméticas o exteriores, que conforman la carrocería, influyendo en cuestiones estéticas y en la aerodinámica, entre otros aspectos. La combinación de ambos grupos proporciona una construcción muy rígida y con un peso relativamente bajo. El peso se ha ido rebajando paulatinamente, gracias al empleo de nuevos materiales: aceros especiales, aluminio y materiales plásticos. Las piezas estructurales o interiores definen estructuralmente al vehículo. Aumentan la rigidez de la carrocería, tanto desde el punto de vista torsional como de flexión, influyendo, de manera fundamental, en el comportamiento y en la conducción del vehículo y, por lo tanto, en su seguridad activa. Las piezas exteriores, fundamentalmente, proporcionan el aspecto exterior al vehículo. Las solicitaciones mecánicas a las que van a estar sometidas estas piezas suelen ser menores que las que soportan las estructurales; no obstante, la posibilidad de resultar dañadas suele ser muy superior, al estar expuestas a cualquier tipo de impacto. 13 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Estas piezas se construyen con distintos materiales: acero, plástico y aluminio, aprovechando las propiedades de cada uno de ellos: ligereza, facilidad para ser conformado, ausencia de corrosión, capacidad para generar zonas de deformación programada y soportar esfuerzos de pequeña magnitud, etc. 2.3.1. Carrocería monocasco Una carrocería monocasco es, básicamente, una carrocería autoportante en la que los elementos amovibles o desmontables son mínimos. Así, de manera general, éstos se han visto a reducidos a puertas y capó. Se trata de una estructura muy rígida, ya que todos los elementos que constituyen la carrocería están íntimamente ligados entre sí. Las principales características de una carrocería monocasco son las siguientes: Las partes que conforman la carrocería participan en la resistencia del conjunto. El conjunto es un solo componente, unido por medio de soldadura. Su fabricación y reparación suponen un coste mayor. Además, el proceso de reparación es delicado. Por estos motivos, el empleo de esta clase de carrocerías ha quedado relegado, casi exclusivamente, a la fabricación de vehículos deportivos o de competición. Carrocería monocasco en competición 14 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 3. Estructura de la carrocería autoportante La carrocería autoportante está formada por tres zonas, en función de su cometido y comportamiento en caso de impacto: La parte central, denominada habitáculo o célula de seguridad. Las dos secciones extremas, la parte anterior y la posterior. La principal diferencia entre los extremos y la zona central es su capacidad de deformación: la parte central es muy rígida e indeformable ante altos niveles de energía; las dos zonas extremas son «fácilmente» deformables, disipando la energía generada en el impacto y evitando su transmisión a los ocupantes. 3.1. Célula de seguridad. La célula de seguridad está diseñada como de protección de los ocupantes. Se fabrica basándose en criterios de rigidez y estabilidad dimensional para que, aun siendo muy altos los esfuerzos a que se somete la estructura, el espacio de supervivencia permanezca relativamente estable. En el diseño de esta célula se emplean materiales y procedimientos de fabricación específicos, que soporten las tensiones y esfuerzos que se pueden presentar. 3.1.1. Chapa salpicadero Es el elemento que separa el habitáculo del compartimento motor. Su principal misión es impedir la entrada de conjuntos mecánicos al habitáculo, en caso de una colisión frontal. Chapa salpicadero en una carrocería autoportante 15 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Esta pieza posee numerosos taladros y orificios, así como alojamientos para los cableados, sistemas de ventilación, pedales etc. Está unida mediante soldadura a la zona anterior del piso, al túnel central y a los pilares delanteros, constituyendo el nexo de unión entre ambos. En caso de un impacto lateral, incrementa la rigidez torsional del conjunto y la protección de los ocupantes. 3.1.2. Túnel central El diseño del túnel central estará en función del tipo de transmisión del vehículo; así, los vehículos con tracción trasera dispondrán de un túnel de mayor longitud. Túnel central y refuerzos transversales El túnel central, que hace las veces de espina dorsal del habitáculo, está reforzado transversalmente, aumentando así la rigidez del conjunto y la resistencia de zonas como los anclajes inferiores de los cinturones de seguridad y los anclajes de los asientos. 3.1.3. Piso del habitáculo El piso debe soportar los elevados esfuerzos de flexión que recaen sobre él. Es el elemento más rígido de la carrocería y está dividido en dos mitades, situadas a ambos lados del túnel central. Se completa, transversalmente, con los 16 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE anclajes de los asientos delanteros y traseros y, en algunos casos, con una traviesa central entre los pilares centrales. 3.1.4. Estribos bajo puertas Los estribos bajo puertas se sitúan longitudinalmente al vehículo, a ambos lados del piso del habitáculo. Las piezas que los forman tienen diferentes espesores, en función de la misión que desempeñe cada una; así, los refuerzos y cierres de estribo poseen un elevado espesor para aumentar su resistencia. Otras piezas están fabricadas en aceros especiales, de forma que, con pequeños espesores, se pueda aumentar su resistencia, sin incrementar significativamente su peso. Sección del estribo bajo puertas Los estribos se unen a los pilares en la parte delantera; en la parte trasera, se fijan a las aletas traseras. Son elementos fundamentales para la protección de los ocupantes, en caso de colisión lateral. 3.1.5. Puertas Los huecos de puerta, por su amplitud, son las zonas más débiles. Para reducir los daños, en el caso de colisión lateral, las puertas han de presentar un perfecto ajuste con los pilares, estribos y montantes de techo. Sus bisagras, resbalones y cerraduras deben estar reforzados. 17 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Puerta delantera y refuerzo interno Las puertas llevan barras de protección laterales interiores, que se pueden suministrar como piezas de recambio independiente o unidas al propio armazón de puerta; son fabricadas, generalmente, en acero o en aluminio. 3.1.6. Pilares Los pilares están sujetos a multitud de cargas, tanto en sentido longitudinal como transversal al vehículo; por ello, la forma de construcción y los sistemas de unión están orientados a dotar al conjunto de una elevada resistencia. Pilar central y delantero 18 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Los pilares centrales y traseros también deben soportar las cargas que se producen, en caso de un impacto, sobre los anclajes de los cinturones de segu- ridad. Para ello, se dota a los pilares de refuerzos soldados, encargados de soportar estos esfuerzos y de distribuir la energía de la colisión a lo largo de toda la carrocería. 3.1.7. Techo Si se establece una comparación entre el área de los techos de los vehículos modernos y el de los antiguos, se observa que ha ido disminuyendo de manera directamente proporcional a como han ido aumentando las superficies acristaladas, tanto en la parte delantera como en la trasera. El techo está formado por una chapa, de gran superficie y generalmente plana, a la cual, en el caso de techos solares, se deberán adaptar los elementos vidriados. Al tratarse de una estructura relativamente débil, se suele reforzar con traviesas y de cerchas centrales. Vista interior del techo de una carrocería 3.2. Parte frontal La parte frontal de la carrocería se encuentra formada por los pases de rueda, las aletas delanteras, los largueros y el frente delantero. Está diseñada para disipar la mayor cantidad de energía que se produce durante un impacto; para ello, numerosos estudios se han orientados a optimizar y canalizar sus deformaciones, logrando distancias de deformación que, en algunos casos, 19 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE pueden llegar hasta los 50 ó 60 mm. Los vehículos con mayor masa darán origen a una cantidad superior de energía de impacto, que deberá ser disipada y transformada en energía de deformación. Lógicamente, el dimensionamiento de estos vehículos no obedece a los mismos criterios que el de los vehículos más pequeños. Para disipar la energía hay distintas posibilidades: Incrementar la longitud de los elementos de la parte frontal, manteniendo la rigidez (largueros más largos, mayor hueco motor) y modificar la geometría, variando así su resistencia. Emplear chapas más rígidas para activar las zonas de deformación del vehículo contra el que se ha impactado. Aumentar la capacidad de absorción con puntos fusibles. Anular zonas de resistencia en las uniones, siempre que no implique una reducción de la resistencia de las piezas. Combinar las opciones anteriores. Zonas de deformación programada 20 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 3.2.1. Largueros delanteros Son piezas fundamentales para la disipación de la energía producida en un impacto frontal. Suelen construirse en forma de «U», aunque también se pueden encontrar en forma de «C». En la mayoría de los casos, se completan con una tapa de cierre soldada, dando lugar a una sección hueca. Larguero delantero y zonas de deformación programada Los largueros se deforman de manera progresiva, variando su forma mediante puntos fusibles en determinadas zonas. La unión de los largueros al piso del habitáculo ha de impedir la penetración de los largueros en el habitáculo de pasajeros a través de la chapa salpicadero. Por ello, en la transmisión de fuerzas deben participar, junto a los largueros, los pilares o marcos de luna. 3.2.2. Subchasis / traviesa delantera En determinados vehículos, la sujeción de los conjuntos mecánicos se efectúa a través de un subchasis o cuna motor; en otros, directamente a los largueros y a la traviesa delantera. De cualquiera de las dos formas se refuerza la sección frontal del vehículo, llevándola a elevados niveles de rigidez y resistencia. Así mismo, en los golpes frontales no centrados, estos elementos tienen la función de redistribuir la energía hacia el lado que no recibió el impacto, contribuyendo 21 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE así a una transmisión más efectiva. Cuna motor 3.2.3. Pases de rueda Los alojamientos o pases de rueda están formados por la unión de una gran cantidad de chapas, dotadas de elementos fusibles para mejorar el comportamiento integral de la carrocería ante un impacto. Soportan las torretas de la suspensión, absorbiendo los esfuerzos producidos de forma directa, por lo que deben tener gran robustez. 3.2.4. Aletas delanteras Las aletas delanteras son de acero, aluminio o materiales plásticos, reduciéndose, en este último caso, su deformación y los daños indirectos a otras piezas de la carrocería, como las puertas. 3.3. Parte posterior La parte posterior de la carrocería comprende los elementos situados por detrás del pilar posterior y es más sencilla que la parte delantera. La disipación de la energía en los casos de colisión trasera es similar a la que se produce en la parte delantera: la energía se transmite a lo largo de la estructura, a través de los largueros traseros, de los pilares y del marco de luna. 22 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE La parte posterior es menos comprometida que la delantera, desde el punto de vista de la seguridad, pues el piso del maletero contribuye muy eficazmente a distribuir los esfuerzos. Tiene zonas de deformación programada y secciones de distintos espesores, con el fin de predecir la respuesta del vehículo ante un impacto. Estadísticamente, las colisiones traseras son menos frecuentes. En los siguientes enlaces puedes ampliar encontrar más información sobre este tema: Proceso de fabricación de un vehículo (PSA Peugeot Citroën) Video descriptivo de la carrocería del Mercedes SL 23 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 4. Criterios de diseño Las carrocerías de los primeros vehículos eran estructuras cuyo único objetivo consistía en alojar a los pasajeros y protegerlos de las inclemencias atmosféricas. Las carrocerías de los vehículos modernos conservan esa misma finalidad; ahora bien, a ella se han unido otras funciones con mayores implicaciones, como servir de soporte de los órganos mecánicos y ofrecer un nivel de seguridad adecuado. También cumplen un compromiso estético. Por estos motivos, la carrocería es considerada un producto de alta tecnología, en el que el fabricante invierte un elevado esfuerzo para su diseño y desarrollo. Fabricación de la carrocería del Mazda 2 En su fabricación, se tienen en cuenta una serie de condiciones, a fin de que responda a las necesidades que se derivan de su función, siendo las más esenciales las siguientes: 4.1. Reglamentación Todos los vehículos, así como los componentes que incorporan, deben cumplir una serie de requisitos impuestos por las normativas de los distintos países, sin los cuales no podrán alcanzar su homologación. Estos requisitos son relativos al comportamiento ante impactos, componentes de seguridad, etc. 24 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 4.2. Resistencia estructural La carrocería debe ser una estructura capaz de soportar los esfuerzos estáticos, debidos al propio peso del vehículo, de los pasajeros y de las mercancías, y los dinámicos, generados por su movimiento. La resistencia estructural ha de ser tal que asegure la ausencia de roturas bajo unas condiciones normales de conducción. Asimismo, debe proporcionar la rigidez suficiente para afianzar la estabilidad dimensional del vehículo, con el objetivo de no alterar su comportamiento. Estructura de un vehículo 4.3. Incidencias aerodinámicas El diseño de la carrocería debe ser tal que la resistencia a la penetración sea mínima para optimizar el consumo del vehículo. Además, debe ofrecer gran estabilidad a elevadas velocidades, procurando que las perturbaciones aero- dinámicas generadas por el movimiento del vehículo no ocasionen fuerzas y presiones que alteren su comportamiento. Estas fuerzas aerodinámicas, que surgen cuando el vehículo se mueve a través 25 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE del aire, dependen de cuestiones como: Aire: Densidad del aire Viscosidad del aire Vehículo: Forma del vehículo Área del vehículo en contacto con el aire Inclinación del vehículo respecto al fluido Efecto del aire sobre el vehículo 4.4. Resistencia a la corrosión La corrosión en los metales se debe a la aparición de óxidos metálicos, formados por el contacto con el oxígeno y la humedad. Dado que el acero se oxida muy fácilmente, los fabricantes optan por el uso de chapas de acero con algún revestimiento, que impida que entre en contacto directo con el oxígeno y la humedad de la atmósfera. Son lo que se denominan recubrimientos metálicos. Los principales metales utilizados son el zinc (Zn) y el aluminio (Al). 26 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE La aplicación de recubrimientos de zinc se puede llevar a cabo de forma aerográfica, por electrocincado y mediante galvanización en caliente. La galvanización en caliente consiste en sumergir la pieza de acero en un baño de zinc caliente. El diseño geométrico de las piezas también es importante en la lucha contra la corrosión, principalmente por dos razones. La primera es la necesidad de evitar la existencia de esquinas agudas y zonas de escasa accesibilidad para impedir la acumulación de material proyectable durante la circulación del vehículo, como grava, barro, humedad, etc. La segunda razón es la necesidad de practicar orificios en algunas piezas, que permitan la aplicación de los recubrimientos anticorrosivos, así como su drenaje, en caso de exceso de aplicación. Medidas de diseño para evitar la corrosión 4.5. Proceso de fabricación En el proceso de fabricación, se somete a la carrocería, durante su ensamblaje, a diferentes tratamientos protectores. Los más habituales son el fosfatado y la cataforesis. El fosfatado se realiza generalmente bañando la carrocería, ya ensamblada, en cubas con soluciones de sales fosfáticas. Esta capa forma la base para una buena prevención anticorrosiva y proporciona una perfecta adherencia a las capas de imprimación y posteriores. 27 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Inmersión de la carrocería en cuba de cataforesis 4.6. Revestimientos protectores Una vez que se han concluido los procesos de fabricación de la carrocería, se aplican los revestimientos protectores, la primera barrera contra la corrosión. Los productos aplicados son los revestimientos de bajos (protectores de bajos y antigravillas), que actualmente ya se sustituyen por otros materiales, como guardabarros o moquetas; selladores, ceras de cavidades y placas antisonoras. Detalle de aplicación de ceras de cavidades en fabricación 28 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 4.7. Prestaciones Debe alcanzarse una optimización del peso del vehículo, al ser éste uno de los factores fundamentales que se relacionan con el rendimiento (consumo, aceleración, capacidad de frenada, etc.). La disminución de peso se consigue gracias al empleo de materiales más ligeros y resistentes y a tecnologías de fabricación novedosas. 4.8. Seguridad activa Con el fin de evitar, en la medida de lo posible, que ocurran accidentes, en el diseño de carrocerías se tienen en cuenta conceptos como la ergonomía en el puesto de conducción, la habitabilidad y la visibilidad. 4.9. Seguridad pasiva Los fabricantes de vehículos incrementan cada vez más los niveles de seguridad de sus vehículos, para lo cual realizan exhaustivos estudios de comportamiento del coche y de sus ocupantes, en caso de accidente. Desarrollan avanzados sistemas de protección, muchos de ellos gestionados de forma electrónica. Estas medidas para aumentar la seguridad pasiva van encaminadas a reducir los daños que se producen en los tres tipos de impactos progresivos que presenta todo accidente o choque de un vehículo: La propia colisión del vehículo contra el objeto con el que impacta. La colisión de los ocupantes contra los diferentes elementos del habitáculo. El impacto que se produce dentro del cuerpo de los ocupantes, sometidos a fuertes deceleraciones. Desde el punto de vista de la protección es fundamental frenar, en la medida de lo posible, el segundo y tercer impacto, mediante una adecuada gestión y absorción de la energía. La carrocería es un elemento importante de seguridad pasiva, ya que en caso de colisión deberá proteger a los ocupantes absorbiendo la mayor cantidad de energía posible. Además del diseño estructural, hay otros elementos de vital importancia para la seguridad del pasajero, como la columna de dirección y los 29 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE pedales, evitando que se desplacen hacia el interior del habitáculo. Con objeto de disipar la energía existen tres zonas claramente diferenciadas en lo relativo a su comportamiento ante una colisión: Una zona central, o célula de seguridad, formada por el habitáculo de pasajeros. Es la parte más rígida del vehículo y debe ser, en la medida de lo posible, indeformable para evitar daños a los pasajeros. Dos zonas extremas (frontal y trasera) fácilmente deformables, cuya misión es proteger la parte central, transformando la energía cinética de la colisión en energía de deformación, y evitando, de este modo, su transmisión al interior del vehículo. Ahora bien, que las secciones extremas sean fácilmente deformables no quiere decir que lo hagan de cualquier manera, sino programada y progresivamente, canalizando los daños. En definitiva, todos los elementos de un automóvil destinados a minimizar las consecuencias de un accidente constituyen la denominada seguridad pasiva. En este apartado se incluyen reposacabezas activos, asientos de efecto antisubmarino, parabrisas laminados, columnas de dirección deformables, depósito de combustible de seguridad, habitáculo de seguridad con zonas deformables, pretensores de cinturones de seguridad y airbags, ya sean laterales, frontales o de cabeza. 30 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 5. Materiales empleados en la fabricación de una carrocería El automóvil actual es un conglomerado de materiales de la más diversa naturaleza, adaptados a diferentes necesidades y diversos requisitos. Entre ellos, destacan el acero, el aluminio, el magnesio, los materiales plásticos y compuestos, etc. También puede encontrarse una mezcla de ellos para la fabricación de una misma pieza, dando lugar a elementos híbridos (por ejemplo, el frente del Ford Focus, híbrido de acero y poliamida). EVOLUCIÓN DEL USO DE MATERIALES (Modelos similares en un mismo fabricante) Berlina año 1992 Berlina año 2001 Acero 63% 46,2% Aluminio 6% 19,5% Metales no férreos Ver otros 2,5% Plásticos 8% 11% Goma 3,5% 3% Vidrio Ver otros 3% Elementos operacionales (lubricantes, 4,5% 6,4% refrigerantes, pintura) Otros 14% 8,4% La adecuada selección y aplicación del material que se va a emplear para un fin determinado es un problema crucial, tanto en las etapas de diseño como de desarrollo. Los factores que influyen en la elección de un material u otro, así como los criterios a la hora de seleccionarlo, son muy diversos; por ello, es difícil generalizar o establecer una pauta sistemática. No obstante, habrá que tener siempre presentes factores tales como prestaciones, duración, proceso de fabricación, disponibilidad de material, fiabilidad, etc., compatibilizando todo ello con un mínimo coste y un peso adecuado. 31 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 5.1. Aceros empleados en la fabricación de carrocerías El acero ha sido el material más empleado, tradicionalmente, en la fabricación de carrocerías, debido a las siguientes razones: Presenta la mejor relación coste-resultados. Se ha utilizado con gran amplitud en procesos de transformación y fabricación y existe una gran infraestructura industrial desarrollada a su alrededor. Proporciona resistencia y rigidez con una relación peso/coste razonable. Posee alta capacidad de absorción de energía. Tiene buenas propiedades frente a la fatiga. Es altamente conformable. Además, cumple otros requisitos más específicos para la industrial del automóvil: Apto para recibir acabados de pintura de calidad. Buena resistencia a la corrosión (aceros prerrevestidos). Mejora en el peso final de la estructura (aceros de alto límite elástico y aleados). Apto para recibir revestimientos superficiales (revestimientos electrolíticos, fosfatación, pintura). Fácil de embutir. Buena soldabilidad. Los aceros empleados para la fabricación de carrocerías pueden agruparse en cuatro categorías: aceros al carbono para embutición, aceros endurecibles al horno, aceros de alta resistencia y aceros de muy alta resistencia. 32 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 5.1.1. Aceros al carbono para embutición Aceros con un contenido de carbono normalmente inferior al 0,20%. Puede contener pequeños porcentajes de manganeso (Mn) y sicilio (Si). Presenta buena aptitud para la embutición (ductilidad), por lo que se pueden conseguir piezas con formas más o menos complejas, de aspecto liso, libre de rayas y rugosidades. Se obtiene por laminación en caliente o en frío. La laminación en frío permite espesores más delgados; mejorar las propiedades mecánicas y la maquinabilidad; proporciona un acabado brillante y permite una gran perfección en las dimensiones geométricas. 5.1.2. Aceros endurecibles en horno (BH / Bake Hardenable) Son una nueva clase de productos de acero, desarrollados específicamente para la industria del automóvil, con el propósito de eliminar un paso caro en el proceso de fabricación, el tratamiento térmico convencional. Puede sustituir al acero para embutición sin realizar grandes modificaciones en las prensas. De hecho, es un buen material para aplicaciones por embutición y estiramiento, en las que sea importante la resistencia a pequeños impactos y el acabado superficial. Estos aceros destacan por su buena soldabilidad, debido a los bajos niveles de carbono. Si se utilizan apropiadamente, presentan buena resistencia a la fatiga y muestran una buena resistencia frente a los pequeños impactos. Están presentes, por tanto, en la fabricación de paneles exteriores. Este tipo de aceros suelen emplearse en la fabricación de elementos como puertas, aletas, costados, capós y techos. Todavía no está decidido un estándar que permita definir las propiedades mecánicas de estos aceros. Algunos fabricantes de automóviles indican que el incremento del límite elástico esperado es de unos 70 MPa, obteniéndose límites elásticos del orden de 280 MPa. 33 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 5.1.3. Aceros de alta resistencia (HSS / High Strength Steel) Hoy en día, la carrocería de un automóvil está fabricada mediante el uso de diferentes tipos de acero, con propiedades muy variadas. Esta circunstancia supone que su clasificación resulte compleja, así como que su distribución por el automóvil difiera de unos modelos a otros. En este sentido, se podría hablar de dos grandes grupos con resistencias mayores que los aceros convencionales: aceros de “alta resistencia” (HSS) y aceros de “ultra alta resistencia” (UHSS). Acotar esos dos grupos no es una tarea sencilla, debido a que las numerosas familias de productos existentes impiden delimitar claramente una frontera, existiendo productos que podrían encuadrarse en ambos grupos. En términos de la industria automovilística, suelen considerarse aceros de alta resistencia aquéllos cuyo límite elástico oscila entre 210 y 550 Mpa. Y de muy alta resistencia, los que sobrepasan ese límite. Dentro del primer grupo, de los aceros de alta resistencia, se incluyen los denominados aceros microaleados o dispersoides, los refosforados, los aceros sin intersticiales y los isótropos. 5.1.3.1 Aceros microaleados o dispersoides (HSLA / High Strength Low Alloy) La principal característica de estos aceros es obtener altas propiedades resistentes, manteniendo bajos niveles de carbono. Esto supone una tenacidad y soldabilidad notablemente superiores a las que se obtendrían al intentar alcanzar niveles iguales de resistencia en los aceros clásicos, por el procedimiento habitual de aumentar el carbono y/o los elementos aleantes. Las principales ventajas de estos aceros son: Disminución del espesor de la chapa, para un nivel de resistencia dado. Aumento de la rigidez, disminuyendo la deformabilidad de la chapa. Alto límite elástico. 34 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Sus características mecánicas son: Límite elástico: 28 ÷ 46 kg/mm2 Tensión de rotura: 37 ÷ 65 kg/mm2 Alargamiento: 15% ÷ 28% 5.1.3.2 Aceros refosforados Los aceros refosforados surgen por necesidad de mejorar las características de embutición y el aspecto superficial de los aceros microaleados. Se trata de aceros extradulces (con bajo contenido de carbono), calmados al aluminio y con un contenido en fósforo (P) máximo de 0,1%, con el fin de conservar una soldabilidad aceptable. El fósforo facilita la embutición y contribuye a evitar la corrosión. Los aceros refosforados se obtienen a partir de un tratamiento químico consiste en añadir fósforo, que actuará como agente endurecedor mecánico en el posterior proceso de laminación. Así se obtienen aceros con un relativo bajo límite elástico antes del proceso de conformación y una alta resistencia en la pieza terminada. El nivel de resistencia final dependerá de la deformación inducida en el proceso de conformación. Sus características mecánicas son: Límite elástico: 15 ÷ 21 kg/mm2 Tensión de rotura: 25 ÷ 35 kg/mm2 Alargamiento: 28% ÷ 34% 35 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 5.1.3.3 Aceros sin intersticiales (IF / Interstitial Free) Estos aceros han sido diseñados para lograr un buen equilibrio entre las características de embutición y la resistencia mecánica. Su endurecimiento se debe a la adición de una solución sólida de manganeso, silicio y fósforo. Estos aceros resultan particularmente aptos para piezas complejas, que requieren simultáneamente altas características mecánicas, como pases de rueda, refuerzos, etc. Existen diferentes calidades. Unas son más adecuadas para piezas externas y visibles; otras, para piezas cuya estructura implica que su embutición sea compleja, como largueros, traviesas, etc. Las principales calidades se indican en la tabla adjunta. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS (MPa) RESISTENCIA A TRACCIÓN CALIDADES LÍMITE ELÁSTICO (σe) (σr) IF 180 180 – 230 340 – 400 IF 220 220 – 260 350 – 400 IF 260 260 – 300 380 – 440 IF 300 300 - 340 400 - 460 5.1.3.4 Aceros isótropos (IS / Isotropic Steel) Gama de aceros disponible por determinados fabricantes, con la que se logra una buena conformación, asociada a una mayor resistencia a los pequeños impactos. Su metalurgia suele estar basada en añadir elementos endurecedores como manganeso (Mn) y silicio (Si). Las características de este tipo de aceros se muestra en la siguiente tabla: 36 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS (MPa) CALIDADES LÍMITE ELÁSTICO (σe) RESISTENCIA A TRACCIÓN (σr) IS 220 220 – 260 300 – 380 IS 260 260 – 300 320 – 400 5.1.4. Aceros de ultra alta resistencia (UHSS / Ultra High Strength Steel) En este grupo se incluyen aquellos aceros que presentan un límite elástico superior a 550 MPa. Como se ha comentado, los aceros de alta y ultra alta resistencia se solapan, encontrándose la principal diferencia en su microestructura. 5.1.4.1 Aceros de doble fase (DP / Dual Phase) Se han convertido en uno de los más populares y versátiles de la industria del automóvil. Se emplean, comúnmente, en aplicaciones estructurales, donde están reemplazando a aceros más populares, como los de alta resistencia y baja aleación (HSLA). Son aceros con un bajo contenido de carbono y sin elementos de aleación. Su estructura se modifica al someterlos a un tratamiento térmico consistente en un calentamiento por encima de su temperatura de transformación, seguido de un enfriamiento rápido, perfectamente controlado. 37 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Traviesa delantera fabricada en acero de doble fase Entre las principales características de los aceros de doble fase destacan: Comportamiento predecible en los procesos de estampación. Excelente respuesta a la fatiga y alta resistencia mecánica, que les proporciona una buena capacidad de absorción de energía, motivo por el que su aplicación es idónea para elementos estructurales y de refuerzo. Alto potencial de reducción de peso (hasta un 40% comparado con el acero HSLA equivalente). Cumple con los requerimientos de seguridad demandados por la industria del automóvil. Características mecánicas: Límite elástico: 36 ÷ 48 kg/mm2 Tensión de rotura: 60 ÷ 80 kg/mm2 Alargamiento: 22% 38 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 5.1.4.2 Aceros de fase compleja o multifase (CP / Complex Phase) El desarrollo optimizado de aceros multifase con una combinación resistencia- capacidad de deformación mejorada, ofrece un significativo potencial en lo que a la reducción de peso se refiere, lo cual hace de este tipo de acero un producto muy idóneo para múltiples aplicaciones, incluida la fabricación del automóvil. Emplea el mismo tipo de elementos de aleación que los aceros de Doble Fase y por Transformación Plástica Inducida (TRIP), presentando adicionalmente pequeñas cantidades de niobio (Ni), titanio (Ti) y/o vanadio (V). Los aceros multifase se comportan muy bien ante impactos, mostrando gran deformabilidad y alta capacidad de absorción de energía. Se suelen emplear en elementos que requieran alta capacidad de absorción de energía, como refuerzos de paragolpes, pilares centrales, etc. En la siguiente tabla se muestran las características de este tipo de acero: CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS (MPa) CALIDADES LÍMITE ELÁSTICO (σe) RESISTENCIA A TRACCIÓN (σr) CP 600 360 – 440 600 – 700 CP 750 620 – 750 > 750 CP 800 680 – 830 > 780 CP 1000 700 – 850 980 - 1200 CP 1200 900 – 1150 > 1.200 39 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 5.1.4.3 Aceros por transformación plástica inducida (TRIP / Tranformation – Induced Plasticity) Los aceros TRIP son unos de los más nuevos y espectaculares que se han desarrollado para la industria. Son aceros que se caracterizan por su alta resistencia y buena capacidad de absorción de energía. Presentan un importante efecto “Bake Hardening” después de la deformación. Esta propiedad, que aparece después del tratamiento de cocción de la pintura, les aporta mayor resistencia, que permitirá aligerar los elementos estructurales y de refuerzo. Sus características mecánicas son: Límite elástico: 38 ÷ 55 kg/mm2 Tensión de rotura: 59 ÷ 90 kg/mm2 Alargamiento: > 23% 5.1.4.4 Aceros al boro (B / Boron) El boro es un potente elemento aleante del acero; añadido en muy pequeñas cantidades (alrededor del 0,001 %) tiene un importante efecto en la dureza del material. El efecto endurecedor conseguido varía en función del contenido de carbono del acero, siendo más efectivo su efecto en los aceros con bajo contenido de carbono. Los aceros al boro son aceros de altas características mecánicas, que se sitúan en la gama de los desarrollados para responder a las exigencias de aligeramiento de los vehículos. Se trata, por tanto, de un acero de estampación destinado a piezas estructurales y de seguridad del automóvil. Los aceros al boro están diseñados para recibir un tratamiento térmico durante o después de la operación de estampación. Las características mecánicas 40 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE finales permiten obtener un aligeramiento muy significativo (hasta un 50%), presentando un buen comportamiento frente a solicitaciones mecánicas. El acero al boro empleado en la fabricación de elementos estructurales de la carrocería suele presentar un límite elástico del orden de 1.200 MPa. Se emplean, fundamentalmente, para funciones anti-intrusión en el vehículo: pilar central, barras de protección lateral, almas de paragolpes, faldones y sus refuerzos, etc. CARACTERÍSTICAS MECÁNICAS (MPa) LÍMITE ELÁSTICO (σe) RESISTENCIA A TRACCIÓN (σr) 1.200 1.600 Las propiedades mecánicas implican una readaptación del taller en lo referente a las técnicas y herramientas empleadas para el trabajo. En los siguientes enlaces puedes ampliar encontrar más información sobre este tema: www.steeluniversity.org www.ulsab.org 5.2. El aluminio en la fabricación de carrocerías Desde mediados de los años 70 el porcentaje de utilización de aluminio en el automóvil se ha multiplicado prácticamente por tres. En la actualidad, más de cien piezas diferentes de un vehículo están fabricadas con aluminio, y su penetración en este sector sigue creciendo. 41 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE En el campo de las carrocerías, el aluminio ha venido utilizándose en un gran número de vehículos para la fabricación de paneles exteriores de gran superficie, capós y costados fundamentalmente. Ello ha permitido alcanzar un ahorro en peso entre el 40 y el 60%, comparado con la misma pieza fabricada en acero. Sus buenas propiedades y, sobre todo, su bajo peso específico, que permiten obtener una elevada relación resistencia-peso, le auguran un gran desarrollo en la fabricación de elementos de la carrocería. La aplicación del aluminio frenará el aumento de peso que han experimentado progresivamente los vehículos e, incluso, lo reducirá. Los constructores de vehículos han tenido muy en cuenta este dato, debido a la influencia determinante que ejerce el peso sobre el consumo de energía y la contaminación del medio ambiente. 5.2.1. Ventajas del aluminio en la fabricación de carrocerías Entre las ventajas que aporta el aluminio para la fabricación de carrocerías, destacan las siguientes: Su peso específico es, aproximadamente, la tercera parte que el del acero. Lo que puede llegar a suponer una disminución del 40% del peso total de la carrocería. El óxido de aluminio forma una fina capa muy estable, que se renueva periódicamente, pasivando al aluminio y, por lo tanto, evitando la degradación del material. Las aleaciones de aluminio puede reciclarse fácilmente al final de su vida útil. Para su reaprovechamiento, se precisa mucha menos energía que para la obtención del aluminio primario o metalúrgico. Posee valores de rigidez (a torsión y flexión) favorables. Buena conformabilidad. La conformabilidad de las piezas es notablemente mejor y más fácil de lograr que la del acero, mediante embutición o extrusionado, con menores gastos energéticos. 42 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Adecuado para unirlo mediante soldadura MIG (Metal Inerte Gas). Gran capacidad de absorción de energía. Por ello, aunque la carrocería de algunos vehículos sea de acero, montan como absorbedores de impacto o almas de paragolpes elementos de aluminio. No es tóxico. 5.2.2. Propiedades del aluminio En la tabla adjunta, se indican las propiedades y características más significativas del aluminio, que van a condicionar su comportamiento frente a los diferentes tratamientos a los que se verá sometido en su proceso de producción o en los posteriores trabajos de reparación. Sus propiedades también condicionarán, lógicamente, el comportamiento de todo aquel elemento de la carrocería fabricado en aluminio, tanto en lo referente a la seguridad y gestión de la energía como consecuencia de un siniestro, como en los posteriores procesos de conformación. ALUMINIO ACERO Densidad 2,69 Kg/dm3 7,87 Kg/dm3 Temperatura de fusión 660,2 ºC 1538 ºC Resistencia a la tracción 12 kg/mm2 35-41 kg/mm2 Límite elástico 10 kg/mm2 23 kg/mm2 Alargamiento 11% 25-37% Dureza ≈15 HB 50-67 HB Resistencia eléctrica específica 0,02655 Ω x mm2/m 0,13 Ω x mm2/m Conductividad calorífica 235 W/m x ºK 58 W/m x ºK Coeficiente de dilatación lineal 23,6 x 10-6 1/ºK 12,0 x 10-6 1/ºK 43 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Los valores indicados se refieren al aluminio puro, aunque, como tal, no presenta grandes aplicaciones industriales debido a sus relativamente escasas propiedades mecánicas. Por esta razón en la fabricación de carrocerías se emplean aleaciones de aluminio, que se caracterizan por sus propiedades mecánicas mejoradas. 5.2.3. Concepción de una carrocería fabricada en aluminio La construcción de una carrocería de aluminio no consiste en sustituir la chapa de acero por aluminio. El éxito de este proyecto radica en la integración de diferentes aleaciones, fabricados y técnicas de unión para satisfacer las necesidades exigibles a una carrocería autoportante. A este respecto, Audi ha sido pionero en el desarrollo de un nuevo concepto para la fabricación integral de una carrocería en aluminio, el concepto Audi Space Frame (ASF). Concepto de carrocería ASF de AUDI Este tipo de estructura conjuga el empleo de perfiles extrusionados, nudos de fabricación inyectada y chapa estampada. 44 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 5.3.3.1 Tipos de fabricados empleados La estructura del bastidor se forma, principalmente, por perfiles extrusionados rectos y curvados, unidos entre sí mediante unas piezas de fundición inyectada denominadas nudos. Perfiles Extrusionados Los perfiles extrusionados son los responsables de conformar la célula resistente del vehículo. Perfil extrusionado (larguero) Se aplican en las zonas expuestas a mayores riesgos de colisión, como largueros, refuerzos interiores del estribo, traviesas, etc. Además, están pensados para que actúen como zonas de deformación programada. En su fabricación se emplean aleaciones de aluminio-silicio termofraguantes, que permiten extruir los perfiles en un estado de máxima moldeabilidad, siendo, una vez realizada la extrusión, sometidos a un tratamiento térmico a 205 ºC 45 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE durante unos 30 minutos, mejorando sus propiedades mecánicas. Normalmente se emplean aleaciones de las series 6000 y 7000. Se aumenta el límite elástico y su resistencia a la tracción, logrando valores que en algunos casos son comparables con los aceros convencionales para estampación profunda. Nudos de fundición inyectada Son las piezas encargadas de unir entre sí los diferentes perfiles extrusionados, haciendo de nudos para la transmisión de esfuerzos. Suponen una considerable reducción de peso y, a la vez, aportan una notable rigidez al conjunto de la carrocería. Nudo de fundición (torreta de suspensión) Son piezas de una geometría muy compleja, creadas por fundición a presión bajo vacío. Se caracterizan por aportar una gran resistencia, a la vez que son maleables, presentando también una gran tolerancia a la soldadura y un alto 46 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE grado de deformabilidad. Se garantiza, de esta forma, un alto nivel de seguridad en caso de impacto. Algunas de las zonas con nudos de fundición son: largueros delanteros, pilares delantero y central, parte posterior de los largueros traseros, etc. Chapas estampadas Se utilizan principalmente materiales termofraguables, por presentar una buena maleabilidad inicial, lo que posibilita el proceso de conformación y unas buenas propiedades mecánicas finales después del tratamiento térmico, a su paso por cabina. Chapa estampada (capó delantero) El logro de la mejora de las propiedades específicas del material a través del tratamiento térmico descrito, permite una optimización del peso del vehículo con relación a la resistencia alcanzada. Aproximadamente, un 80% de las piezas de la carrocería son estampadas, un 10% nudos de fundición y el otro 10% corresponde a elementos extrusionados. 47 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 5.3. Plásticos como materiales para la carrocería Con el nombre genérico de plásticos se suelen denominar todos aquellos compuestos de naturaleza orgánica que resultan fácilmente deformables cuando son sometidos a una presión o temperatura, aunque no en todos los casos se comportan así pues, debido a la inclusión de una serie de aditivos y refuerzos, se pueden conseguir materiales muy duros y compactos. Piezas plásticas utilizadas en el automóvil Su empleo, en prácticamente todos los sectores industriales, ha ido creciendo progresivamente, hasta el punto de que ha reemplazado a otros materiales en la elaboración de determinados elementos. La industria del automóvil, por supuesto, no ha sido ajena a esta tendencia, empleando el plástico prácticamente con exclusividad en la fabricación de elementos como paragolpes, tapacubos, guardabarros, embellecedores, guarnecidos y multitud de piezas del interior del habitáculo. Un automóvil actual de tipo medio debe, aproximadamente, 120 kg de su peso a estos materiales, lo cual supone alrededor del 10% del peso total. 48 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Su empleo no sólo queda limitado a la fabricación de accesorios y pequeñas piezas, sino que ha tomado un papel relevante en la fabricación de paneles y elementos de carrocería. Fabricantes como Citroën y Fiat lo emplean en la elaboración de portones y capós, y Renault y Peugeot en las aletas delanteras, entre otros. Existen también elementos interiores fabricados con estos materiales, como es el caso de los frentes, que están siendo construidos por diversos fabricantes en una única pieza de plástico reforzado, uniéndola posteriormente al resto de la carrocería mediante tornillos. Asimismo, las carrocerías de plástico fabricadas con materiales compuestos llevan varios años en el mercado. Suelen estar formadas por una mezcla de resinas, generalmente de poliéster, con fibras naturales o sintéticas, habitualmente fibras de vidrio. Las primeras aportan firmeza y rigidez y, las segundas, tenacidad. De este modo, se logra una rigidez y resistencia que pueden compararse a las obtenidas con la plancha de acero dulce de las carrocerías y que dan como resultado una estructura con una solidez no alcanzable en formas naturales con peso equivalente. A pesar de ello, en la actualidad las carrocerías de plástico precisan del apoyo del acero para conseguir la rigidez y seguridad necesarias en estas estructuras. Su diseño se basa en la elaboración de un chasis de acero, con sus largueros y traviesas, al que van sujetos todos los elementos mecánicos. Sobre este chasis se montará la carrocería de plástico estratificado, compuesta por un número de piezas menor que las que precisan las carrocerías de chapa de acero. Este tipo de carrocerías tiene sus virtudes con respecto a las tradicionales carrocerías de acero, y también, por supuesto, sus inconvenientes. En cuanto a sus ventajas pueden citarse: Su buena y mejor resistencia a golpes relativamente poco importantes, pero suficientes para que en las carrocerías de acero se forme una abolladura. En este caso, las carrocerías de plástico pueden aguantar el impacto flexionándose ligeramente, y recobrando su forma original después del golpe. 49 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE No son afectadas por la corrosión, la gran enemiga de la carrocería de acero, que llega incluso a limitar la vida del automóvil. Las carrocerías de plástico son más ligeras que sus homólogas de acero. Como ejemplo puede decirse que un capó fabricado en plástico pesa alrededor de 9,2 kg, mientras que el de acero puede alcanzar los 17 kg. En lo relativo a sus inconvenientes, debe indicarse: Las carrocerías de plástico presentan menor resistencia a los golpes verdaderamente fuertes que se producen como consecuencia de una colisión de importancia. Fruto de esta menor resistencia, precisan un armazón rígido, que puede ser un chasis de acero. El trabajo con plásticos estratificados es más difícil de industrializar que en el caso del acero, lo que influye directamente sobre los costes. Debido a la importancia que estos materiales tienen en el automóvil actual, se le ha dedicado un tema exclusivo en este módulo de carrocería. En él se analizan con más detenimiento los tipos de plásticos existentes, sus aplicaciones principales y, lo que es más importante, los productos, equipos y técnicas que se emplean en su reparación. En los últimos 25 años la integración de los plásticos en la industria del automóvil ha sido constante, ofreciendo a los diseñadores e ingenieros la libertad de elegir soluciones y conceptos innovadores a un coste razonable. Se contribuye así al ahorro de combustible y al diseño de vehículos de alto rendimiento, con unas características de seguridad mejoradas. Los plásticos presentan un alto potencial de uso para la industria del automóvil, al tratarse de materiales que aportan adaptación a diseños estéticos sofisticados, confort, seguridad, eficiencia en el consumo de combustible, resistencia, ligereza y versatilidad. Entre las principales características que presentan los plásticos para su uso en el mundo el automóvil se enumeran las siguientes: 50 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Funcionalidad. Los plásticos presentan un equilibrio entre propiedades mecánicas, rigidez, resistencia al impacto y durabilidad. Asimismo, el desarrollo de nuevos polímeros hace posible la creación de multicomponentes adaptables, desarrollos a medida para nuevos requerimientos, sustitución de materiales más pesados, etc. Ligereza. Una ventaja inherente a los plásticos es que, generalmente, pesan menos que los materiales tradicionales, contribuyendo de este modo a incrementar la eficienciade combustible y a reducir la contaminación, dada su ligereza. Seguridad. Desde este punto de vista, los plásticos se emplean en diferentes elementos como paragolpes, absorbedores laterales en puertas y elementos interiores del vehículo, encargados de absorber la energía sin fracturarse, evitando, así, causar daño a los ocupantes. Integración de sistemas. Uno de los factores clave de los plásticos es la capacidad de integrar en un único elemento diferentes piezas o incorporar en un elemento funciones adicionales como sistemas eléctricos y electrónicos. Reciclabilidad. Desde un punto de vista de la legislación vigente hay que prestar una gran importancia a la reciclabilidad de los automóviles al final de su vida útil. Los plásticos, en principio, son totalmente reciclables; si bien, en la práctica, y debido a la gran variedad de materiales existentes, esto no resulta tan fácil, siendo el nivel de su reciclado significativamente menor que el de otros materiales tradicionales como el acero y el aluminio. Esta circunstancia se debe a que todos estos plásticos no se pueden fundir juntos para obtener un segundo material válido. Para solventar esta circunstancia todas las piezas de plástico vienen identificadas con un código, que facilita su clasificación selectiva. 51 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Paragolpes de material plástico En la industria del automóvil se utilizan más de 1.000 piezas diferentes de todas las formas y tamaños fabricadas con materiales plásticos, desde aquéllas de grandes dimensiones, como puede ser un salpicadero o un depósito de combustible, hasta pequeñas piezas como manillas de puerta y componentes eléctricos. En elementos de la carrocería se emplean en paragolpes, aletas delanteras y traseras, costados, paneles de portones, así como en guardabarros, tapacubos, embellecedores, etc. 52 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 6. Nomenclatura de piezas Las carrocerías están formadas por un gran número de piezas ensambladas y unidas entre sí. El conocimiento de las mismas y de su nomenclatura es fundamental a la hora de proceder a la reparación o a la valoración de sus daños. Dichas piezas pueden clasificarse atendiendo a diversos criterios, entre los que destacan los siguientes: Nivel de compromiso: Elementos estructurales (piezas interiores) Elementos no estructurales o cosméticos (piezas exteriores) Método de unión: Elementos fijos (su unión no puede desmontarse sin dañarla) Elementos móviles (su unión puede desmontarse cuantas veces sean necesarias) Partes de la carrocería: Parte delantera Parte central Parte trasera El despiece y comercialización de estas piezas varía en función de los criterios de cada fabricante, pudiendo variar de uno a otro e, incluso, para un mismo fabricante, de un modelo de vehículo a otro. El caso más común es el del fabricante que comercializa por un lado la carrocería completa, o partes de la misma como subconjuntos completos y, finalmente, todas sus piezas de forma independiente. 53 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Frente del Toyota Auris Entre los despieces de una carrocería autoportante, encontramos las siguientes partes: Parte delantera. Parte central. Parte trasera. Veamos cada una de ellas, con más detalle. 54 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE 6.1. Despieces-tipo de una carrocería autoportante Despiece exterior delantero de la carrocería 1. Capó. 1a. Bisagras de capó. 2. Aleta delantera. 55 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Despiece exterior central de la carrocería 1. Pilar delantero. 2. Puerta delantera. 2a. Bisagras de puerta delantera. 2b.Panel de puerta delantera. 3. Pilar central. 4. Montante superior de techo. 5. Puerta trasera. 5a. Bisagras de puerta trasera. 5b.Panel de puerta trasera. 6. Techo. 56 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Despiece exterior trasero de la carrocería 1. Portón. 1a. Bisagras de portón. 2. Aleta trasera. 3. Alojamiento de piloto. 57 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Despiece interior delantero de la carrocería 1. Frente. 16. Caja superior salpicadero. 2. Traviesa inferior del frente. 17. Rejilla de aireación. 3. Traviesa superior del frente. 17a. Chapa lateral de rejilla de 4. Soporte lateral de radiador. aireación. 5. Refuerzo delantero de soporte. 18. Conjunto pase de rueda. 6. Soporte de frente. 18a. Pase de rueda delantero. 7. Soporte interior de faro. 18b. Soporte refuerzo de pase de 8. Conjunto larguero delantero. rueda. 8a. Puerta del larguero. 18c. Tirante de pase de rueda. 8b. Refuerzo delantero del 18d. Refuerzo superior de pase de larguero rueda. 8c. Chapa exterior del larguero. 18e. Refuerzo anterior de pase de 8d. Refuerzo trasero de larguero. rueda. 9. Parte trasera del larguero. 18f. Refuerzo posterior de pase de 10. Panel larguero delantero. rueda. 11. Refuerzo superior de larguero. 18g. Refuerzo exterior de pase de 12. Refuerzo inferior de larguero. rueda. 13. Travesaño delantero. 19. Alma de paragolpes. 14. Refuerzo de suspensión. 20. Gancho delantero de remolque. 15. Chapa salpicadero. 58 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Despiece interior central de la carrocería 1. Refuerzo interior de estribo. 13. Refuerzo inferior de piso. 2. Refuerzo interior de pilar central. 14. Traviesa anterior de piso. 3. Refuerzo interior de pilar delantero. 15. Traviesa posterior de piso. 4. Refuerzo interior de montante superior 16. Refuerzo central de piso. de techo. 17. Refuerzo delantero de piso. 5. Cierre de pilar central. 18. Refuerzo delantero del túnel de 6. Cierre de montante superior de techo. cambio. 7. Cierre de pilar delantero. 19. Traviesa delantera de techo. 8. Refuerzo delantero exterior de pilar 20. Travesaño 1 de techo. delantero. 21. Travesaño central de techo. 9. Refuerzo superior de pilar delantero. 22. Soporte central de techo. 10. Refuerzo delantero interior de pilar 23. Travesaño 2 de techo. delantero. 24. Travesaño 3 de techo. 11. Cierre de estribo. 25. Travesaño posterior de techo. 12. Piso lateral. 59 TEMA A CONOCIMIENTO Y DESPIECE Despiece interior trasero de la carrocería 1. Alma de paragolpes trasero. 14. Pase de rueda exterior trasero. 2. Amortiguador de golpe trasero. 15. Pase de rueda interior trasero. 3. Faldón. 16. Refuerzo posterior de aleta. 4. Piso trasero. 17. Refuerzo inferior de pase de rueda. 5. Piso central. 18. Refuerzo pase de rueda. 6. Travesaño trasero de piso. 19. Refuerzo superior de pase de rueda. 7. Travesaño anterior inferior de piso. 20. Refuerzo de aleta trasera. 8. Travesaño posterior inferior de piso. 21. Refuerzo superior de aleta trasera. 9. Prolongación lateral de piso. 22. Cierre de aleta trasera. 10. Chapa unión trasera. 23. Tirante interior trasero. 11. Refuerzo de piso. 24. Chapa vierteaguas. 12. Larguero trasero. 25. Gancho trasero de remolque. 13. Prolongación de larguero. 60