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INFORME TECNICO: ESTRUCTURAS YELEMENTOS DE UNION DE LA CARROCERIA
Curso: Ingeniera Grafica 2
Profesor: Florentino Llacma
Alumno: Oscar Ramos [email protected]
UNIVERSIDAD
TECNOLOGICA
DEL PERU
autoportante
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Contenido
FUNDAMENTO TEORICO ................................................................................................................. 2
CONCEPTO ESTRUCTURAL............................................................................................................... 4
CARACTERISTICAS ............................................................................................................................ 4
ESTRUCTURA DE CONSTRUCCION DE UNA CARROCERIA ............................................................... 7
ELEMENTOS DE UNION EN LA CARROCERIA ................................................................................... 8
BIBLIOGRAFIA ................................................................................................................................ 11
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FUNDAMENTO TEORICO
A lo largo del tiempo, la carrocera ha experimentado una profunda evolucin. Las exigencias en
cuanto a rigidez dieron paso a un tipo de construccin integrada basada en un elemento portante
formado por un bastidor de doble viga unida con travesaos, al que posteriormente se acoplaba la
carrocera propiamente dicha. En la actualidad, predomina la estructura denominada
autoportante en la que el chasis y carrocera estn integrados en un solo elemento.
Las carroceras se disean tomando como base una estructura resistente suficientemente capaz de
evitar las deformaciones producto de los siguientes esfuerzos estructurales
De traccin provocados por la marcha del vehculo, sobre todo en las aceleraciones y frenadas. De flexin provocados por el peso total soportado (pasajeros, carga, rganos mecnicos), en
particular el que se aplica directamente sobre los ejes delantero y trasero.
De torsin provocados por el desplazamiento vertical de los ejes cuando el firme es irregular.
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Los vehculos actuales estn diseados para que se deformen, conectando todos los elementos de
la estructura para que transmitan el movimiento de unos a otros. La carrocera es la encargada de
soportar las fuerzas derivadas de la colisin y evitar que la deceleracin alcance a los ocupantes, al
mismo tiempo que absorbe la energa de impacto u otras fuentes para las que dispone de tres
zonas claramente diferenciadas.
Las zonas delantera y trasera se encargan de amortiguar el golpe (absorbiendo la energa) al
deformase como un acorden. Entre estas dos zonas deformables se encuentra el habitculo que
debe ser lo ms rgido posible para mantener un espacio vital que proteja a los ocupantes. Adems
de rigidez, en el interior del habitculo debe evitarse que el ocupante se encuentre con zonas
duras; esto se consigue acolchando con espumas y piezas plsticas las partes duras de las piezasinteriores del vehculo como es el caso del panel de instrumentos. Es tambin importante que el
conjunto formado por la columna de direccin y el volante se doble o colapse para evitar daar el
trax del conductor.
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En la figura se aprecian cada una de estas zonas:
Mdulo delantero o frontal. Su misin esproteger a la zona central, transformando la
energa que se genera en la colisin en
energa de deformacin y evitando de este
modo su transmisin al interior del
vehculo. La deformacin en estas zonas se
realiza de forma programada y progresiva,
canalizando los daos
Mdulo central. Forma el habitculo depasajeros. Esta es la zona ms rgida e
indeformable (en mayor o menor grado) de
la carrocera para proteger a los pasajeros.
Mdulo trasero o posterior. Desempaa lamisma funcin, en caso de alcance o
colisin trasera, que el modulo delantero.
CONCEPTO ESTRUCTURAL
Aunque cada uno de las tres zonas descritas cumple una funcin estructural diferenciada, su
comportamiento debe analizarse como un solo conjunto a la hora de conseguir un ptimo diseo
basado en estudios y clculos de las diferentes piezas de la carrocera (formas, secciones, tipo de
material, proceso de fabricacin, facilidad de reparacin o sustitucin, etc.), culminando todo ello
con las pruebas de choques.
CARACTERISTICAS
Con todo lo descrito anteriormente, podemos concluir que la configuracin de la carrocera debe
tener ciertas bondades o caractersticas adems de los puramente estticos como:
- Rigidez: una estructura demasiado blanda es peligrosa ya que supone que el habitculo de lospasajeros no se mantendr intacto, y una estructura muy rgida tambin lo es puesto que los
ocupantes se ven sometidos a fuertes aceleraciones.
A nivel mundial, el chasis no debe retorcerse ni flexionarse sino en un grado mnimo por el efecto
de fuerzas que actan sobre l. Asimismo deben minimizarse las deformaciones elsticas que sufren
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las puertas, capo y la tapa de maletero a fin de garantizar la hermeticidad durante la marcha
traducindose en ventajas como:
o Menos vibracioneso Menos ruidoo Mantener la posicin y tolerancia de ensamblaje en puertas y caposo Ms facilidad de conduccino Mas Resistencia a las roturas que se producen por la marcha por terrenos irregulareso Mayor sensacin de solidez en el vehculo
- Vibraciones: las vibraciones de la carrocera as como las producidas por algunos de loscomponentes pueden disminuir el grado de confort. Para eliminar o disminuir estos efectos se
recurre a:
o los componentes susceptibles a la vibracin deben tener una estructura geomtricaadecuada
- Durabilidad: la estructura debe mantener inalterable sus caractersticas constructivas durante elmayor tiempo posible, se utilizan diferentes tcnicas.
o Una construccin slida y estable que preste especial atencin a los puntos de apoyo deltren de rodaje, direccin y el conjunto de traccin
o Utilizacin de materiales duraderoso Una adecuada proteccin anticorrosiva
- Facilidad de reparacin: los elementos de la carrocera deben poderse reparar o cambiarse sinocasionar algn cambio en la rigidez estructural del vehculo y dichos componentes deben tener
una buena accesibilidad interior y a la zona o a los elementos de unin.
- Aerodinmica:es un factor fundamental que condiciona en gran medida el proyecto de unvehculo. La correcta circulacin del aire resulta decisiva a la hora de:
o Obtener una adecuada economa de consumoo Conseguir un buen comportamiento dinmico limitando el
empuje ascensional a altas velocidades
o Conseguir una adecuada evaluacin del agua que salpicaevitando que se ensucien las ventanillas, retrovisores, faros,
etc.
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PROCESO DE DESARROLLLO
Durante el periodo de construccin de una carrocera para cualquier vehculo, existen aspectos
fundamentales como econmicos, de plazos, produccin, calidad y tcnicos.Todo el proceso de
desarrollo desde su concepcin hasta el producto final tiene las siguientes fases:
De ejecucin del proyectoo Estudios de viabilidad previao Estudios de viabilidad definitivao Ficheras de geometra 3D de piezaso Ficheras de planos 2D de piezaso Ficheros de planos 2D de conjuntoso Pirmide grafica (despiece)o Relacin base
De verificacin del proyectoo Anlisis modal de fallos y efectoso Simulacin (estructural y de
estampacin)
o Taller piloto virtualo Mtodos operacionales de estampacino Estudios de tolerancia, sistemas de
ensamblaje y estudios de referencias
o Construccin de prototiposo Experimentacino Taller piloto de produccino Medios de verificacin de calidad
Teniendo en cuenta que cada constructor aplica su propio mtodo en la ejecucin del proyecto de
un nuevo modelo, existe una secuencia tpica que se desarrolla de esta manera:
Concepcin Diseo Creacin de maquetas Construccin de prototipos Pruebas Fabricacin
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ESTRUCTURA DE CONSTRUCCION DE UNA CARROCERIA
Una vez concluidos y aprobados todas las fases previas, se llega a la fabricacin, que consiste en la
construccin de una carrocera propiamente dicha, conocido como la fase de embuticin, donde
se toma el material servido en bobinas que pasan a ser enderezadas mediante una serie de
rodillos para deshacer la curvatura. Luego se procede al recorte en cizallas automticas de las
piezas de chapa (segn las dimensiones de la pieza a fabricar) para luego dirigirse de estacin en
estacin. La embuticin es el proceso ideal para la fabricacin de piezas con superficies complejas
y altas exigencias dimensionales.
Este proceso de embuticin consiste de
un proceso conformado en frio por el
que se transporta la chapa plana en un
cuerpo hueco adaptndola a la forma
definida por una matriz, mediante la
presin ejercida por una prensa, en el
cual la chapa sufre simultneamente
transformaciones por estira y recalcado
producindose variaciones en su
espesor.
Cada recorte de chapa se introduce mediante robots alimentadores y mediante el transter son
llevadas a cada estacin de la fbrica.
De esta forma se fabrican alrededor de 350 piezas (segn el vehculo), que conformaran la caja del
vehculo: laterales, piso, aletas, puertas, etc.
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ELEMENTOS DE UNION EN LA CARROCERIA
A nivel constructivo, la carrocera consta de cuerpos huecos de chapa y de lminas que se unen en
las instalaciones de soldadura continua o por puntos mltiples realizados de forma automatizada,
ya que su introduccin en las cadenas de montaje supone una rapidez y exactitud de ensamblado
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difcil de conseguir por otros medios. Segn el vehculo, se necesitan aproximadamente 5000
puntos de soldadura a lo largo de 120 a 200 m de borde de chapa. Las piezas exteriores de la
carrocera (aletas delanteras, puertas, capo del motor, y tapa del maletero) suele ir atornilladas
sobre esta. La soldadura proporciona alta resistencia mecnica y buena transmisin de esfuerzos
entre las distintas piezas estructurales (fijas).
En el ensamblado de la carrocera se emplean mayormente uniones soldados por resistencia MIG
ya que puede utilizarse con todos los metales comerciales importantes, como los aceros al
carbono y de aleacin, inoxidables, aluminio, magnesio, cobre, hierro, titanio y zirconio. El MIG
(Metal Inert Gas) utiliza gases como argn (Ar), helio (He) o mezcla de ambos.
Existen otros tipos de unin en la carrocera como:
Soldadura laser: es un tipo de soldadura que solo puede realizarse en fbrica y se emplea por logeneral para unir el techo a los montantes. La soldadura laser se emplea con la finalidad de mejorar
la resistencia esttica y dinmica de las uniones y en zonas en las que solo se puede acceder desde
un lado. Este mtodo aporta las siguientes ventajas:
o Aumento de rigidezo Conservacin de las propiedades anticorrosivaso Reduce la distorsin dimensional y las variaciones en las propiedades del material, ya
que la zona de soldadura afectada por el calor tiene un rea muy pequea.
o Reduccin de ruidoso La soldadura laser (borde contra borde) de chapas con distintos espesores permite
optimizar las zonas que se deben reforzar.
Soldadura laser-hibrida: solo puede aplicarse durante la fabricacin y combina la excelentevelocidad de ejecucin de soldadura laser con los buenos niveles de penetracin que aporta la
soldadura MIG. Para ello, en un mismo procedimiento se asocia la energa generada por una fuente
de energa laser y un arco voltaico.
Soldadura MIG-Brazing: se trata de procedimiento de soldadura al arco bajo gas protector en el quese alcanza unas temperaturas lo suficientemente bajas como
para no eliminar la capa protectora de zinc.
Soldadura laser-Brazing: es un procedimiento de soldaduraheterognea similar al anterior. La soldadura se produce en
este caso por la fusin de un hilo de cobre y silicio al 3% con
ayuda de una fuente de energa laser de esta manera no se
producir excesivas concentraciones de calor y se podrUnin mediante soldadura lser.
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mantener el recubrimiento protector de zinc de la chapa galvanizada.
Soldadura de latn:dejo de usarse un tiempo, pero ha cobrado actualidad debido a la reduccin delos huecos de las chapas para aumentar la rigidez de la carrocera, lo que descarte la posibilidad de
soldar mediante puntos de resistencia.
Piezas pegadas:el plan de diseo de la carrocera autoportante consiste en que el acero con el queest construida cada pieza soporte niveles de carga equivalentes. De esta transmisin de esfuerzos
se encargan fundamentalmente los puntos y cordones
de soldadura. Sin embargo, este tipo de uniones
supone la concentracin local de esfuerzos (tensiones).
Este problema puede resolverse mediante uniones
pegadas estructurales, en las cuales se consigue que la
transmisin de tensiones reparta, algo que tiene
mucha influencia, por ejemplo, cuando ocurre un
siniestro y es necesario involucrar en la deformacin
mayor nmero de piezas posible. Los adhesivos
estructurales utilizados son de naturaleza epoxi,
generalmente biocomponentes, debido a su excelente
resistencia al ataque qumico, excelentes propiedades mecnicas y buenas propiedades de
aplicacin. Existen dos tipos de uniones pegadas: aquellas en las que se utiliza el adhesivo
estructural para unir dos chapas y aquellas en las que adems se realizan puntos de soldadura. En
ambos casos se aporta una mejora de la rigidez de la carrocera, ya que estas uniones tienen una
especial resistencia a los esfuerzos de cizalladora y de traccin.
Piezas remachadas: la incorporacion de nuevos materiales y utilizacion de tecnicas hibridas defabricacion de carrocerias han impulsado la utilizacion de los remaches como un metodo mas de
union utilizado en el ensamblaje. Su empleo mas habitual se centra en las carrocerias de aluminio
en sustitucion de la soldadura por puntos de resistencia aunqeue su uso tambien se ha extendido a
las carrocerias de acero. Las uniones remachadas suelen combinarse con las pegadas,
complementandose ambos sistemas.
Las diferentes uniones que conforman la estructura de la carrocera actual pueden consistir en la
aplicacin de unos 60 metros de adhesivos, 4000 puntos de soldadura y ms de 60 uniones
atornilladas. Adems, se aplican soldadura MAG y MIG, soldadura por rayos laser, uniones con
reborde y remachadas.
Aplicacin de adhesivo
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BIBLIOGRAFIA
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