EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

8 Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

8.1 Propiedades mecánicas de los materialesElasticidadPropiedad de un material a deformarse cuando actúa sobre el una fuerza exterior, recuperando su forma original una vez la fuerza exterior se haya eliminado.

PlasticidadPropiedad de un material a deformarse irreversiblemente. al actuar sobre el una fuerza.

ResilienciaIndica la cantidad de energía que absorbe un material al romperse bajo la acción de un impacto.

elementos estructurales sep sem_22_28.odp● Ensayo resiliencia con péndulo Charpy 1● Ensayo resiliencia con péndulo Charpy 2

Ensayo resiliencia con péndulo Charpy 1

Paulino Posada pág 1 de 26

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

ver vídeo ensayo péndulo de Charpy

TenacidadIndica la energía que absorbe un material al romperse bajo la acción de un esfuerzo progresivo. Generalmente cuanto mayor es la tenacidad de un material, mayor es su resiliencia.

MaleabilidadPropiedad de un material que indica la capacidad de laminado (deformación en forma de láminas sin que las láminas se fracturen).

DuctilidadIndica la propiedad de deformación del material para obtener alambres o hilos. Cuanto mayor es la ductilidad de un material mejor puede estirarse sin romperse, llegando a formar un hilo. A mayor ductilidad mayor capacidad de deformación plástica. La rotura dúctil absorbe mucha energía.

Paulino Posada pág 2 de 26

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

FragilidadPropiedad opuesta a la ductilidad. Cuanto más frágil es un material, menor es su deformación antes de romperse. La rotura frágil absorbe poca energía.

DurezaResistencia que ofrece un material a ser rayado por otro. Un material es más duro que otro, cuando el primero es capaz de rayar al segundo. Cuanto más duro es un material, más frágil es y cuanto más blando, más maleable y dúctil resulta.El interés de la determinación de la dureza en los aceros estriba en la correlación existente entre la dureza y la resistencia mecánica, siendo el ensayo de dureza un método más económico y rápido que el ensayo de tracción, por lo que su uso está muy extendido.

Durómetro

Paulino Posada pág 3 de 26

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

8.2 Esfuerzo o tensión producido en los materialesDurante el proceso de reparación y conformado de una carrocerías se aplican fuerzas sobre la misma. Para conocer el comportamiento de los materiales bajo la acción de estas fuerzas es importante conocer las propiedades mecánicas de los materiales.

El esfuerzo o tensiónEl esfuerzo o tensión es la relación entre la fuerza que actúa sobre una pieza y la superficie (área) sobre la cual actúa está fuerza. La tensión se representa con el símbolo σ.σ = fuerza/área =F/A

Paulino Posada pág 4 de 26

Polea 1 sección 10 mm2

Polea 2 sección 20 mm2

100 kp 100 kp 200 kp

Polea 3 sección 10 mm2

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

Poleas de diferente sección que que sujetan el mismo peso.Polea 1 - 10 mm2, Polea 2 – 20 mm2Peso 100 kp σ1 = 10 kg/mm2 σ2 = 5 kg/mm2 Poleas iguales que sujetan pesos diferentesPolea 1 = Polea 3 – 10 mm2Peso 1 = 100 kgPeso 3 = 200 kp σ1 = 10 kg/mm2 σ3 = 20 kg/mm2

Unida de medida del esfuerzoEn las tablas de datos técnicos del fabricante de un material, p. ej. de chapas de acero, están indicadas las propiedades mecánicas de la chapa. Las unidades de la resistencia y el límite elástico se dan en Mpa o kg/mm2. 1kg/mm2 = 10 Mpa = 10 N/mm2.

En un componente de la estructura de la carrocería que queramos estirar, cuanto mayor sea el área del componente, mayor será la fuerza que necesitaremos aplicar.

Paulino Posada pág 5 de 26

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

8.2.1 Esfuerzo de tracciónEsfuerzo al que se somete un material cuando se aplican sobre él dos fuerzas en una misma línea pero actúan en sentido contrario la una de la otra, tirando del material. Estas fuerzas provocan un alargamiento.

Para determinar propiedades del material como p.ej. el módulo de elasticidad se hace la prueba de tracción o la resistencia a la tracción.La resistencia a la tracción es la carga máxima resistida por la probeta dividida por la sección inicial de la probeta.

Paulino Posada pág 6 de 26

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

A-BZona de proporcionalidad, el alargamiento es proporcional a la fuerza de tracción.

BLímite de proporcionalidad o elástico.

BCDeformación plástica. Se produce un aumento rápido del alargamiento sin aumentar la fuerza.

CDAl aumentar la fuerza a partir del punto C, se produce una deformación disminuyendo considerablemente la sección de la pieza de prueba.

DEsfuerzo máximo de rotura

E Rotura del materialver vídeo ensayo de tracción

Paulino Posada pág 7 de 26

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

8.2.2 Esfuerzo de trosiónEsfuerzo producido en un material cuando este es girado sobre si mismo.

Paulino Posada pág 8 de 26

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

Puente trasero con barras de torsión

Paulino Posada pág 9 de 26

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

8.2.3 Esfuerzo de compresión

Esfuerzo al que se somete un material cuando se aplican sobre él dos fuerzas en una misma línea pero actúan en sentido contrario la una de la otra, presionando sobre el material.

8.2.4 Esfuerzo de flexiónEsfuerzo que causa la deformación de un elemento alargado, apoyado sobre 2 puntos. Por encima del eje longitudinal del elemento alargado se produce un esfuerzo de compresión mientras que por debajo del eje el esfuerzo es de tracción.

Paulino Posada pág 10 de 26

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

8.2.5 Esfuerzo de cizallamiento o cortanteEsfuerzo típico en tornillos que unen 2 chapas.

8.2.6 Conceptos prácticos sobre los esfuerzosEn materiales dúctiles el esfuerzo de tracción produce un elevado alargamiento y deformación plástica en caso de sobrepasar el límite elástico. En materiales duros la tracción produce poco alargamiento y deformación.

Al calentar un material, disminuye su resistencia a la tracción.

Un material que es sometido a esfuerzos con rapidez produce un cambio de su estructura debido a la velocidad de deformación. Si se dobla una chapa rápidamente, adquirirá dureza y se romperá a lo largo del pliegue.

Paulino Posada pág 11 de 26

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

8.3 AceroEl acero es una aleación de hierro y carbono, con una proporción de carbono de entre el 0,04 y el 2,25%.

8.3.1 Acero dulce o al carbonoSu reducido porcentaje de carbono, menor al 0,2 %, lo hace muy maleable. Aumentando el porcentaje de carbono, el acero se vuelve más duro y menos maleable.

8.3.2 Acero aleadoLos materiales de aleación pueden ser cromo, vanadio, molibdeno, etc. que aumentan la resistencia a la compresión y torsión.

Cromo: es uno de los elementos especiales más empleados para la fabricación de aceros aleados, usándose indistintamente en los aceros de construcción, en los de herramientas, en los inoxidables y los de resistencia en caliente. Se emplea en cantidades diversas desde 0,30% a 30%, según los casos y sirve para aumentar la dureza y la resistencia a la tracción de los aceros, mejora la templabilidad, impide las deformaciones en el temple, aumenta la resistencia al desgaste, la inoxidabilidad, etc.Forma carburos muy duros y comunica al acero mayor dureza, resistencia y tenacidad a cualquier temperatura. Solo o aleado con otros elementos, proporciona a los aceros características de inoxidables y refractarios; también se utiliza en revestimientos embellecedores o recubrimientos duros de gran resistencia al desgaste, como émbolos, ejes, etc.

Vanadio: posee una enérgica acción desoxidante y forma carburos complejos con el hierro, que proporcionan al acero una buena resistencia a la fatiga, tracción y poder cortante en los aceros para herramientas.

Molibdeno: es un elemento habitual del acero y aumenta mucho la profundidad de endurecimiento de acero, así como su tenacidad. Los aceros inoxidables austeníticos contienen molibdeno para mejorar la resistencia a la corrosión

8.3.3 Acero inoxidable Acero aleado con cromo, altamente resistente a la corrosión.Como todos los tipos de aceros, el acero inoxidable no es un material simple sino una aleación. Lo que tienen en común todos los aceros es que el principal componente(elemento que forma la aleación) es el hierro, al que se añade una pequeña cantidad de carbono. El acero inoxidable fue inventado a principios del siglo XX cuando se descubrió que una pequeña cantidad de cromo (habitualmente un mínimo de 11%) añadido al acero común, le daba un aspecto brillante y lo hacía altamente resistente a la suciedad y a la oxidación. Esta resistencia a la oxidación, denominada «resistencia a la corrosión», es lo que hace al acero inoxidable diferente de otros tipos de acero.

Paulino Posada pág 12 de 26

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

8.3.4 Acero ultraresistenteAcero de gran dureza.

8.3.5 Acero de alto límite elástico (ALE)Comparado con el acero convencional permite reducir los espesores de las chapas un 25%, a igual resistencia.En reparaciones suele ser sustituido ya que al calentarlo o enderezarlo pierde resistencia.Se emplea en piezas de las zonas rígidas del vehículo que tengan que resistir grandes esfuerzos, p.ej. zona del habitáculo, refuerzos de puertas, bisagras, soportes.

8.4 AluminioEn automoción se utilizan aleaciones de aluminio con cobre o magnesio, lo que aumenta su dureza y resistencia.

Ventajas respecto al acero:● Las piezas de aluminio resultan aproximadamente un 55% menos pesadas a igual

resistencia.● Debido a su mayor maleabilidad, absorbe más energía en caso de deformación,

aumentando la seguridad de los ocupantes del vehículo .● Resistente a la corrosión

Desventajas:● Es más caro que el acero.● Soldadura complicada

Polvo y viruta de aluminio en atmósfera húmeda o en contacto con óxidos metálicos: Riesgo de explosión, incendio

Paulino Posada pág 13 de 26

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

Tabla de propiedades acero y aluminio

Elasticidad en kp/cm2

Densidad en kg/dm3

Temperatura de fusión

Acero al carbono

20 7,85 aprox. 1500 ºC

Acero inox 23

Acero ALE 25

Aluminio 6 2,7 aprox. 930 ºC

elementos estructurales oct sem_29_05.odp● Acerinox fabricante de chapa laminada● Acerinox datos técnicos chapa de acero● Alu-Stock datos técnicos chapa de aluminio

Paulino Posada pág 14 de 26

Acerinox datos técnicos chapa de acero

Rm - Carga de rotura o resistencia a la tracción: carga máxima resistida por la probeta dividida por elárea inicial de la probeta.

Rp - Límite elástico: valor de la tensión a la que se produce un alargamiento prefijado deantemano p.ej. 0,2%.

Alargamiento mínimo antes de rotura

1 kg/mm2 = 10 Mpa = 10 N/mm2 = 100 bar

Alu-Stock datos técnicos chapa de aluminio

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

8.5 Técnicas de transformación de las chapas metálicas

EmbutidoEs un proceso de conformación por deformación plástica. Una forma plana (chapa laminada) se transforma en un cuerpo hueco bajo la acción combinada del conjunto punzón embutidor – matriz embutidora.ver vídeo embutición casco

EstampadoConsiste en colocar la chapa sobre un molde (matriz). Otro molde accionado por una prensa golpea la chapa estampando la forma deseada. Una de las tareas de estampación más conocidas es la que realiza el estampado de las caras de las monedas.Matriz es la parte fija, el troquel o útil la parte móvil de la herramienta de estampado.

La estampación del acero consiste en un proceso de mecanizado sin arranque de viruta donde a la plancha de acero se la somete por medio de prensas adecuadas a procesos de embutición y estampación para la consecución de determinadas piezas metálicas. Para ello en las prensas se colocan los moldes adecuados.

ver vídeo estampado

TroqueladoConsiste en un proceso de mecanizado en el que se perforan agujeros en la plancha de acero por medio de prensas de impactos donde tienen colocados sus respectivos troqueles y matrices.

La troquelación del acero consiste en un proceso de mecanizado sin arranque de viruta donde se perforan todo tipo de agujeros en la plancha de acero por medio de prensas de impactos donde tienen colocados sus respectivos troqueles y matrices.

ver vídeo troquelado

ExtrusiónFabricación de piezas moldeadas en caliente. El material primario se calienta y, sometiéndolo a presión se le obliga a pasar por una apertura especialmente dispuesta para que el resultado sea una pieza con la forma deseada. La extrusión se utiliza para fabricar perfiles y tubos.ver vídeo extrusión

Paulino Posada pág 17 de 26

Proceso de estampado

Prensa estampado

Troquelado

Puerta de automóvil troquelada y estampada

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

8.6 Técnicas de fabricación de los elementos estructurales

Tailored blanksElementos de una sola pieza compuestos por la unión de varias chapas de diferentes aceros, unidas entre si mediante soldadura láser. El diseño de la resistencia de estos elementos está hecho a medida para que la relación resistencia peso sea óptima. Es decir, se consigue la resistencia necesaria reduciendo al mínimo posible el peso del elemento.

HidroconformaciónExpansión de un tubo recto de chapa de acero en un molde con la forma que se desa para el tubo. La expansión se consigue introduciendo agua a alta presión en el tubo de chapa de acero. Este proceso se utiliza para la fabricación de largueros, montantes, traviesas.Ventajas respecto a elementos compuestos por varias piezas soldadas de chapa:

● Gran límite elástico de la pieza (alta resistencia) al realizarse en frío el proceso de conformado.

● Se evitan uniones soldadas ● Mejor distribución y transmisión de esfuerzos

Panel SandwichElementos de la carrocería formados por un núcleo termoplástico cuyas superficies inferior y superior cubren chapas de acero de bajo espesor. Es utilizado para elementos horizontales de la carrocería (techo habitáculo, capó).

● Ventajas respecto a elementos compuestos por chapa de acero:● Reducción del peso de hasta el 50%● Mayor elasticidad y capacidad de disipación de energía de colisión

Paulino Posada pág 22 de 26

Carrocería Volvo S40

Carrocería Audi Q7

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

Hiunday Qarmaq

SeguridadEl interés por la seguridad peatonal crece. En los Estados Unidos, una quinta parte de los accidentes automovilísticos involucra a peatones que son atropellados por vehículos. En Corea, el rango es alto con 39 por ciento de registro. Por ello, QarmaQ posee un sistema de seguridad denominado Elastic Front, el cual abarca toda la parte frontal del vehículo y es mundialmente considerado como la primera solución de protección peatonal.Posee tres estructuras de absorción de energía que están completamente integradas debajo del estilizado y futurista frontal del QarmaQ, y que además tiene la ventaja de poseer materiales que ofrecen propiedades de absorción de energía. Los paneles en la carrocería del QarmaQ han sido diseñados para funcionar en conjunto con el sistema de absorción de energía, lo que actúa como disipador de fuerza ante una eventual colisión.

Paulino Posada pág 25 de 26

EEV Materiales empleados en la fabricación de carrocerías

Paulino Posada pág 26 de 26