Avances Tecnológicos Industria Automotriz 6n152l
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2013 AVANCES TECNOLÓGICOS EN MATERIALES EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ
CASTRO LLONTOP, ELIZABETH FALEN JIMÉNEZ, MÓNICA DEL CARMEN TORRES SANDOVAL, ELIZABETH PAULA 0
INDICE
INTRODUCCIÓN ........................................................................... 2 OBJETIVOS .................................................................................... 3 CAPÍTULO I: AUTOMÓVILES ........................................................ 4 CAPÍTULO II: MATERIALES Y SOLDADURAS EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ ………………………………………………………13 CAPÍTULO III: AVANCES TECNOLOGICOS DE MATERIALES EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ……………..……………………….25 CONCLUSIONES ......................................................................... 36
BIBLIOGRAFÍA............................................................................37
1
INTRODUCCIÓN La industria automotriz nació formalmente a principios del siglo XX cuando se comenzó la producción masiva del automóvil gracias al desarrollo de la línea de producción de Henry Ford. Además, es una de las más complejas de la economía moderna, principalmente debido a la gran cantidad de formas en que compiten las empresas que en ella participan. A nivel global, la importancia de la industria automotriz en las economías nacionales y su papel como propulsor para el desarrollo de otros sectores de alto valor agregado, han provocado que diversos países tengan como uno de sus principales objetivos el desarrollo y fortalecimiento de esta industria. La industria
automotriz se
encarga
del diseño, desarrollo,
fabricación,
ensamblaje, comercialización y venta de automóviles, además es una gran generadora de empleo ya que además de la mano de obra directa que requiere, influye en toda una industria paralela de autopartes, por lo que la mano
de
obra
indirecta
es
sumamente
grande
también.
En la actualidad se ha caracterizado por un constante proceso de reestructuración, sobre todo durante las últimas décadas, con lo que se ha convertido en una de las industrias más dinámicas de la era moderna, generadora de efectos importantes en las distintas economías en términos de productividad, desarrollo tecnológico y competitividad, con la finalidad de ocupar los primeros lugares en producción y ventas en los mercados mundiales las empresas integrantes del sector han estado siempre en busca de innovaciones que les permitan fortalecer y hacer más competitivos sus procesos productivos. Este sector en los últimos años ha generado una importante derrama de capacidades tecnológicas que encuentran aplicación en otros sectores, como son el eléctrico, electrónico y aeroespacial y que, a su vez, han propiciado la generación de cuadros técnicos especializados. 2
OBJETIVOS
1. Conocer la evolución de la industria automovilística para de esta manera identificar las principales variables en la manufactura de los mismos.
2. Describir los diferentes tipos de materiales usados en la fabricación de automóviles, así como los tipos de soldaduras empleadas en esta industria.
3. Mostrar los diferentes avances tecnológicos en la industria automotriz y conocer la importancia de su uso en el futuro.
3
CAPÍTULO I: AUTOMÓVILES Es intrínseco a la naturaleza humana hacer cualquier actividad con la mayor eficiencia y con el menor esfuerzo posible. En cuanto a moverse de un lugar a otro, una de las primeras y principales actividades del hombre, comenzó por domesticar animales más grandes y rápidos que él. El siguiente paso fue superar las capacidades de los animales empleados: las invenciones de la imprenta y las primeras máquinas complejas permitieron los primeros planos para un vehículo creado por el hombre y con la capacidad de moverse por sí mismo.
1.1 ETAPAS EN LA EVOLUCIÓN DE LOS AUTOMÓVILES [ 1 ] [ 2 ] Uno de los inventos más característicos del siglo XX ha sido sin duda el automóvil. Los primeros prototipos se crearon a finales del XIX, pero no fue hasta alguna década después cuando estos vehículos empezaron a ser vistos como algo "útil". A continuación analizaremos las etapas de evolución de los automóviles: 1.1.1
Etapa de la invención Nicolas-Joseph Cugnot (1725-1804), dio el gran paso, al construir un automóvil de vapor, El Fardier, diseñado inicialmente para arrastrar piezas de artillería. Otros
inventores
en
otros
lugares
del
planeta
también
comenzaron a fabricar sus versiones con mejoras, como es el caso de William Murdoch en 1774 y Richard Trevithick en 1801, este tipo de vehículos poseían mejoras en lo que se refiere a manubrio, velocidades y frenos (de mano). Así, con el paso del tiempo seguían naciendo versiones en distintos lugares y de manos de 4
distintos inventores: en 1815 salió a la luz un vehículo que utilizaba aceite para propulsar el motor, una locomotora eléctrica en 1838, en 1860 uno con motor a carbón y en 1870 nació uno con motor de combustión interna que utilizaba gasolina („‟Primer coche de Marcus‟‟, creado por Siegfried Marcus). Sin embargo, fueron ingenieros
alemanes
quienes
desarrollaron,
optimizaron
y
patentaron los vehículos a gasolina (Karl Benz en 1885 y Daimler & Maybach en 1889).
FIGURA 1 “El Fardier” Primer automóvil creado por Nicolás Cugnot, demasiado pesado, ruidoso y temible. Fuente: Bteligencia Colectiva
1.1.2
Etapa veterana Fue en Estados Unidos y en Francia donde se había comenzado a masificar la producción de automóviles, ya en el 1900. Fue el período en que se crearon las primeras compañías dedicadas a la producción de automóviles Panhard et Levassor, Peugeot y Ford. En 1910, Henry Ford comenzó a producir automóviles en una cadena de montaje, sistema totalmente innovador.
5
FIGURA 2 En 1888, Bertha Benz viajó 80 km desde Mannheim hasta Pforzheim (Alemania) para demostrar el potencial del invento de su marido. Fuente: Revista inglesa “BUZ”
1.1.3
Etapa del latón Así nombrada por el uso frecuente del latón para las carrocerías. En esta etapa la estética de los automóviles aún recordaba a la de los antiguos coches de caballos.
1.1.4
Etapa de época
La etapa de Época comprende desde el término de la Primera
Guerra Mundial hasta la Depresión de 1929. Empezaron a vender carros que eran cerrados en vez de abiertos. Había desarrollo el motor de combustión interna.
6
FIGURA 3 “Cadillac V-16” Fuente: Taringa, La Historia del automóvil
1.1.5
Etapa preguerra En esta época se desarrollaron los coches completamente cerrados y de forma más redondeada. Se podría decir que ya tenían más o menos la forma de hoy en día. En esta etapa surgen diversas innovaciones como por ejemplo un botón reemplaza el viejo pedal para encender el motor. El Plymouth 1939 introduce el primer techo convertible automático que funcionaba con vacío. Chrysler anuncia el “súper pulido” un método por el cual las piezas móviles del motor eran pulidas casi como espejos para minimizar la fricción.
FIGURA 4 1939 Plymouth Business Coupe Fuente: Rant n' Rave – Piss n' Moan
7
1.1.6
Etapa post guerra Desde el inicio de la recuperación de la Segunda Guerra Mundial (1948) hasta la etapa Moderna. Etapa caracterizada por el desarrollo de autos más rápidos más seguros y eficientes.
1.1.7
Etapa moderna Caracterizada por el desarrollo de motores más seguros y eficientes y menos contaminantes.
FIGURA 5 Ferrari última generación Fuente: OLX
8
1.2
ESTRUCTURA DEL AUTOMÓVIL
Un automóvil es el conjunto de sistemas que interactuando entre sí lo componen. Básicamente, un automóvil se compone en carrocería, motor y chasis. El motor es el elemento que transforma el combustible (gasóleo o gasolina) en movimiento, y lo trasmite a las ruedas del vehículo a través de la trasmisión (la caja de cambios), haciendo que todo el conjunto se mueva y se desplace. 2.1.1 Carrocería [ 3 ] La carrocería soporta todos los elementos mecánicos, eléctricos y electrónicos así como el habitáculo y los elementos que sirven para el confort de los ocupantes. Además la carrocería, a través de un buen diseño favorece la sonoridad evitando la entrada de ruidos innecesarios al habitáculo. En cuanto a rendimiento, una carrocería
de
alto
rendimiento
provoca
coeficientes
de
penetración del aire bajos, favoreciendo la aerodinámica y reduciendo el consumo. En cuanto a seguridad podemos decir que esta es su función pasiva, ya que en caso de accidente deben estar programadas para
deformarse
de
forma
progresiva
para
absorber
las
consecuencias del golpe y evitar una deformación excesiva del habitáculo para proteger a los ocupantes del vehículo. Tipos de carrocerías más comunes y utilizadas actualmente en el mercado: a) Carrocerías monocasco: no son comunes en los turismos, son carrocerías diseñadas para los vehículos de alta competición sobre todo en la que se reduce al máximo el número de elementos desmontables en el exterior.
9
b) Carrocerías autoportantes: son las utilizadas en la actualidad en los turismos. La carrocería autoportante forma un conjunto todo en uno (al igual que una monocasco) pero con la principal diferencia de que se pueden añadir elementos desmontables para favorecer la reparación de la misma (aletas, paragolpes…). Los elementos mecánicos así como los elementos de suspensión y el habitáculo van sujetos todos a la carrocería. c) Carrocería con chasis independiente (para vehículo industrial): Son carrocerías que poseen dos largueros paralelos, que ocupan toda la longitud del vehículo, unidos mediante travesaños. En medio de estos dos largueros se ubican los elementos mecánicos y de suspensión. En la parte superior se ubica otra carrocería que es donde se sitúa el habitáculo. Estas carrocerías estás enfocadas a soportar grandes tonelajes y no constituyen elementos de sonoridad y seguridad primordiales, no obstante, la plataforma del habitáculo si va enfocada a garantizar el confort del conductor durante la marcha.
FIGURA 6 “Carrocería de Honda Civic” Fuente: Autos imágenes Axel
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2.1.2 Chasis [ 4 ] Aporta rigidez y forma a un vehículo u objeto. El chasis sostiene varias partes mecánicas como el motor, la suspensión, el sistema de escape y la caja de dirección. El chasis es considerado como el componente más significativo de un automóvil. Es el elemento más fundamental que da fortaleza y estabilidad al vehículo en diferentes condiciones. Es una parte importante del automóvil que permite el armado de los demás componentes. Algunos chasis se clasifican en chasis con riostra, chasis sin riostra, chasis con largueros, chasis sin largueros, chasis clásico, chasis compacto y chasis en organización.
2.1.3 Motor [ 4 ] La alimentación es el sistema por el cual el motor toma el combustible y lo prepara para quemarlo y transformarlo en movimiento. El sistema de alimentación consta de los siguientes elementos, el depósito de combustible donde se almacena el mismo, los sistemas de conducción hasta el carburador o sistema de inyección del mismo a través del cual se introduce en el/los cilindro/s del motor. De forma general el combustible con la bomba de combustible o directamente extrae del depósito el carburante y lo mezcla en el carburador o en la inyección con aire para su combustión dentro de los cilindros. Dentro de los cilindros, por medio de una chispa en motores de gasolina o por los quemadores en los motores diesel, se produce una explosión que hace que se empiece a mover una serie piezas.
11
Este es el principio de los sistemas de alimentación. Las proporciones y las condiciones particulares de la mezcla carburante dependen del motor.
12
CAPÍTULO II: MATERIALES Y SOLDADURAS EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ 2.1 MATERIALES USADOS EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ 2.1.1 Acero [ 5 ] El acero es el material predominante en la fabricación de los vehículos gracias a sus propiedades mecánicas (resistencia y ductilidad) y también por su bajo coste económico. Aunque el aluminio como los plásticos han aumentado los porcentajes en las carrocerías, el acero sigue teniendo entre un 70 y 80% del peso de la carrocería. Los aceros se clasifican en función de su límite elástico y podemos encontrar las siguientes clasificaciones: -Aceros Convencionales. -Aceros de alta resistencia. -Aceros de muy alta resistencia. -Aceros de ultra alta resistencia.
a) Aceros Convencionales: El acero convencional es acero dulce no aleado,
laminado en frio
y con bajo contenido en carbono. Gracias a este contenido en carbono tiene buena características cuando se trabaja de la deformación por prensas, pero por lo contrario su límite elástico es demasiado bajo. Este acero se utiliza en materiales con baja responsabilidad estructural como en aletas, es de puertas, portones traseros, etc.
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b) Aceros de alta resistencia: Dentro de esta clasificación se clasifican en función del mecanismo de endurecimiento que se usa para aumentar su resistencia. - Aceros Bake-Hardening (BH): Son aceros que han sido elaborados y tratados para conseguir un aumento del límite elástico con un tratamiento térmico a baja temperatura .Se usa en puertas, capos, aletas delanteras. - Aceros microaleados o ALE: son aceros que se obtienen por la reducción del tamaño de los granos y en ocasiones se les suele añadir elementos de aleación que le dan dureza. Se utilizan para refuerzos de la suspensión o refuerzos interiores y también para largueros y travesaños. - Aceros refosforados o aceros aleados al fosforo: Estos aceros se caracterizan porque pueden ofrecer altos niveles de resistencia o esfuerzos sometidos a la fatiga. Se utilizan la elaboración de largueros, travesaños o refuerzos de pilares. c) Aceros de muy alta resistencia: Son aceros que se obtienen mediante un acero inicial que es sometido a un proceso específico (tratamiento térmico) y se convierte en otro acero. Se pueden ver los siguientes aceros: -Aceros de fase doble (DP): Estos aceros se utilizan para partes
estructurales
correderas
de
como
asientos,
el
estribo,
cimbras
de
montante, techo,
etc.
-Aceros de plasticidad inducida por transformación (TRIP): Gracias a sus buena capacidad de absorción se utilizan para fabricar travesaños, largueros, traviesas, refuerzos
pilares,
etc.
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-Aceros de fase compleja (): Se caracterizan por una elevada absorción de energía acompañada de una alta resistencia a la deformación. Se utilizan para aquellos elementos que tienen la misión de evitar la intrusión de elementos en la zona de pasajeros y maletero.
d) Aceros de ultra alta resitencia: - Aceros martensíticos (MAR): Estos aceros se utilizan en elementos que eviten la penetración de objetos en la zona de los pasajeros, habitáculo de motor o en el maletero. -Aceros al boro o aceros borón (BOR): son aceros que presentan un gran alto grado de dureza gracias al tratamiento térmico al que son sometidos y también a los materiales de aleación que tiene como el manganeso ( 1`1 a 1`4 %), cromo y boro (0`005%).
FIGURA 7 Estructura de acero de la carrocería
15
2.1.2 Aluminio [ 6 ] La seguridad, las prestaciones y el confort en el mundo automotriz hacen imprescindible el empleo de materiales más ligeros, como el aluminio, el cual se emplea en la construcción de aviones, naves espaciales de alta velocidad y automóviles de alta competición. Actualmente, ha comenzado a usarse en la fabricación de automóviles, ya que además de ser el metal de mayor abundancia en el planeta, presenta dos grandes ventajas:
Es más ecológico al ser reciclable en un 100 por ciento, además
de
disminuir
el
nivel
de
contaminación
ambiental gracias a que su proceso de reciclaje requiere de menor energía.
Resulta
más
seguro
al
tener
una
deformación
controlada en caso de impacto y un reducido peso que favorece la actuación de los frenos.
FIGURA 8 Estructura de Aluminio
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2.1.3 Policarbonato [ 7 ]
Es uno de los plásticos más resistentes y de mejores condiciones ópticas,
excelentes
para
resistir
disparos
múltiples;
infortunadamente tiene el inconveniente de que en el espesor requerido para detener proyectiles del Nivel III, que es aproximadamente 34 mm, no se deja curvar, por lo tanto no hay que instalarlo superponiéndolo a los cristales originales del vehículo quedando así un espacio o cámara que tiende a opacarse por mugre, humedad o los plastificantes del mismo material. El policarbonato es muy liviano, pero en nivel superior se requieren espesores tan altos que no es practico su uso. Otra posibilidad poco usual, son los cristales templados; son buenos para detener el primer disparo, pero no tienen la forma de resistir los otros, porque se fragmenta completamente al primer impacto.
2.1.4 Acrílicos [ 8 ]
Por su mayor dureza, son bastante usados en unión con otros plásticos. No es aconsejable su uso individual, porque en el primer disparo se fragmentan produciendo esquirlas muy peligrosas para los ocupantes del vehículo. En caso de incendio es combustible y produce gases altamente tóxicos. Mezcla o combinación de los de los anteriores pueden dar buenos resultados; tienen inconvenientes como: Deslaminación, o sea que se separan unos de los otros.
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Distorsión Óptica, por la diferencia de propiedades físicas de los dos materiales. Dificultad o Imposibilidad de Curvar, adecuadamente el material que adquiere con el tiempo opacidad o manchas. Son frecuentes las “fórmulas o composiciones secretas”, que ofrecen algunos fabricantes. Las mayores empresas de blindaje en el mundo usan sistemas convencionales de cristales con algo de protección antiesquirlas.
2.1.5 Polímeros [ 9 ] Termoplásticos más utilizados en el automóvil:
a) ABS (Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno): Propiedades: tiene buenas propiedades en cuanto a rigidez, tenacidad, estabilidad dimensional, resistencia a los productos químicos y buena calidad de las superficies. Usos: calandras y rejillas, interior del motor, estructuras de salpicaderos, tapacubos, spoilers, cantoneras. b) ALPHA (ABS-Policarbonato): Propiedades: Presenta buenas propiedades mecánicas y térmicas, es rígido, resistente y con buena estabilidad dimensional. Usos: spoilers y cantoneras, canalizaciones, rejillas. c) PA (Poliamida): Propiedades: se fabrica en varias densidades. Es tenaz, resistente al desgaste.
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Usos: rejillas,
revestimientos
interiores,
radiadores,
retrovisores. d) PC (Policarbonato): Propiedades: son materiales rígidos y duros con una excepcional
resistencia
al
impacto.
Son
dimensionalmente estables, resistentes a la intemperie y al calor. Usos: paragolpes, revestimientos interiores, de posos de rueda.
e) PE (Polietileno): Propiedades: es el polímero de mayor producción. Es resistente a los productos químicos y a las elevadas temperaturas, tiene una gran resistencia a la tracción y al impacto. Es de los mejores eléctricos. Usos: baterías, paragolpes, revestimientos interiores.
f) PP (Polipropileno): Propiedades: tiene idénticas aplicaciones que el "PE ad", se comporta mejor que este en altas temperaturas pero peor en las bajas. Es buen aislante y muy resistente a la tracción y a la absorción. Es facilmente coloreable. Usos: similares al polietileno. Es el plástico más utilizado en el automóvil.
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g) PP-EPDM (Etileno-propileno-dieno-monómero): Propiedades: es elástico y absorbe con facilidad los impactos, es resistente a la temperatura y de buenas propiedades eléctricas. Resiste a los ácidos y disolventes. Usos: paragolpes, revestimientos interiores y exteriores, spoilers,
cantoneras.
h) PVC (Cloruro de polivinilo): Propiedades: resistente a la intemperie y la humedad, pero no a la temperatura, por lo que hay que añadirle diversos estabilizantes. Es dimensionalmente estable, se colorea con facilidad y es resistente a la mayoría de los ácidos. Cuando se descompone, desprende humo tóxico de
cloruro
de
hidrógeno.
Usos: pisos de autocares, cables eléctricos.
i) XENOY (PC-PBTP): Propiedades: aunque de estructura rígida, son elásticos y tienen una gran resistencia al impacto. Usos: paragolpes, retrovisores, rejillas, revestimientos de pasos de rueda.
Termoestables más utilizados en el automóvil a) GU-P (Resinas de poliéster reforzadas con fibra de vidrio): Propiedades: son materiales rígidos, ligeros y de buenas propiedades mecánicas. Usos: portones, capós, isotermos. 20
b) GFK (Plásticos reforzados con fibra de vidrio):
Propiedades: presentan una estructura formada por una resina termoendurecible y fibras de vidrio. Son de una gran fuerza, resistentes a la corrosión y la intemperie y de baja
conductibilidad
pueden
ser
térmica.
poliésteres,
Las
resinas
epoxídicas
y
utilizadas fenólicas.
Debido a que tienen fibras incorporadas, no son soldables pero
se
pueden
reparar.
Usos: paragolpes, canalizaciones, salpicaderos. c) EP (Epoxi-do) resina epoxi: Propiedades: son corrosión
y
a
materiales los
duros,
agentes
resistentes
químicos,
no
a
la
originan
encojimiento. Usos: se utiliza como adhesivo para los metales y para la mayoría de las resinas sintéticas. Elastómeros más utilizados en el automóvil a) PU (Poliuretano) y PUR (Poliuretano rígido): Propiedades: son la base de diversos elastómeros. Poseen una excelente resistencia a la abrasión y una notable
resistencia
resistentes
al
al
aceite
desgarrotamiento.
Son
y
absorben
la
gasolina,
muy
perfectamente las vibraciones, y son además grandes aislantes Usos: cantoneras,
térmicos. revestimientos
interiores,
asientos.
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2.1.6 Caucho [ 10 ] Sustancia natural o sintética caracterizada por su elasticidad, repelencia al agua, y resistencia eléctrica. Se obtiene el caucho natural del fluido lácteo blanco llamó látex, hallado en muchas
plantas;
se
produce
caucho
sintético
de
los
hidrocarburos. El caucho es ampliamente utilizado en la fabricación de neumáticos, llantas, artículos impermeables y aislantes, por sus excelentes propiedades de elasticidad y resistencia ante los ácidos y las sustancias alcalinas. Es repelente al agua, aislante de la temperatura y de la electricidad. Se disuelve con facilidad ante petrolatos, bencenos y algunos hidrocarburos.
2.2 SOLDADURAS 2.2.1 Soldadura con has de electrones [ 11 ] La soldadura con haz de electrones (EBW) es un proceso de soldadura por fusión en el cual el calentamiento para el proceso se proporciona mediante una corriente de electrones muy concentrada, de alta densidad, que choca contra la superficie
de
trabajo.
Ventajas: Soldadura de alta calidad con perfiles profundos o estrechos o ambos, zonas afectadas por el calor bien delimitadas y baja distorsión térmica. Las velocidades de soldaduras son altas en comparación con otras operaciones de soldadura continua. No se usa metal de relleno, ni se necesitan fundentes ni
gases
protectores.
Puede usarse en profundidades de 50 mm (2 in) o más.
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Desventajas: Equipo
costoso,
la
necesidad
de preparación
y alineación precisas de la unión, las limitaciones asociadas con la ejecución del proceso en el vació y genera rayos X. Aplicaciones: soldadura de engranes y turbocompresor.
2.2.2 Soldadura por rayo láser [ 12 ] La soldadura por rayo láser (LBW, de laser-beam welding) es un proceso de soldadura por fusión que utiliza la energía aportada por un haz láser para fundir y recristalizar el material o los materiales a unir, obteniéndose la correspondiente unión entre los elementos involucrados. En la soldadura láser comúnmente no existe aportación de ningún material externo. La soldadura se realiza por el calentamiento de la zona a soldar, y la posterior aplicación de presión entre estos puntos. De normal la soldadura láser se efectúa bajo la acción de un gas protector, que suelen ser helio o argón. Aplicaciones: Piezas de transmisiones en la industria automotriz
2.2.3 Soldadura de puntos [13] Es el proceso de soldadura más común de los diferentes procesos de resistencia. En este proceso, la soldadura se produce por el calor obtenido en la interfaz, entre las piezas de trabajo. Este calor es el resultado de la resistencia al flujo de la corriente eléctrica a través de las piezas de trabajo, las cuales se mantienen juntas por la presión del electrodo.
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Cuando se requiere de una tasa de producción alta se hace uso de soldadores de puntos múltiples. Los soldadores de puntos múltiples tienen una serie de pistolas de operación de aire o hidráulicas encastradas en un colector y utilizan una barra común para el electrodo inferior. Las pistolas de soldadura están conectadas por alambres flexibles a los transformadores individuales o a una barra de transporte común al transformador.
FIGURA 9 Soldador de punto múltiple, el cual es un soldador especial diseñado como un soldador de es de instrumentos automotrices.
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AVANCES TECNOLOGICOS DE MATERIALES EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ Uno de los principales retos de esta industria es la necesidad de desarrollar automóviles que impacten menos al ambiente y a la vez cumplan con las regulaciones internacionales en la materia, cada vez más estrictas, por ello, la industria está también enfocada en generar materiales más livianos, motores más eficientes y fuentes de propulsión que signifiquen una ventaja para el consumidor. Los automóviles de baterías han probado ser muy caros y su rendimiento bajo, los biocombustibles tienen pocas emisiones de bióxido de carbono, pero su producción implica competencia por las tierras en las que se producen alimentos, es por eso que se buscan nuevos materiales que respondan correctamente a las exigencias. La integración de nuevas tecnologías en aspectos tan importantes como el aligeramiento de piezas en la automoción es uno de los grandes retos del sector y en donde se ofrecen interesantes soluciones para la mejora de prestaciones actuales como las logradas con la utilización de fibras largas; cuyo enfoque será la comparativa a nivel mecánico y otras a futuro en fase de investigación como la factibilidad e incorporación de nuevos materiales: fibras de carbono, nanocomposites, etc.
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3.1. Resinas automotrices La movilidad es una de la mega tendencia del futuro. La industria plástica se pone a tono con esta tendencia, ofreciendo materiales que permitan reducir el peso, además de facilitar el procesamiento, hacerlo más
económico
y
reducir
desperdicios.
Gracias a su facilidad de conformación y a la capacidad de reciclaje, las resinas de ingeniería desplazan a los metales ya en varias aplicaciones en los vehículos, tanto en interiores como en exteriores y en el motor Las innovaciones presentadas por los fabricantes de resina están orientadas a incrementar la resistencia y la funcionalidad de los materiales plásticos. 3.1.1. Resina Xenoy La resina Xenoy, producida por Sabic, se destacó por ser empleada por la aplicación de una puerta completamente plástica, este módulo de puerta estructural, bajo el nombre SuperPlug, y reemplaza 40 piezas separadas de metal por una pieza única moldeada por inyección asistida por gas. En este caso, la resina Xenoy, que es un compuesto de PC/PBT reforzado con 30% de fibra de vidrio, hizo posible reducir en 3,3 lb el peso de la puerta que en total era de 13,2 lb, simplificó el ensamble y redujo el costo en un 10%. [14] 3.1.2. Luran HH 120 Luran HH 120 está siendo usado por Skoda para los exteriores de sus vehículos, se trata de una resina SAN que es un copolímero de estireno y acrilonitrilo, este material hasta ahora había sido desconocido para la industria automotriz y puede reemplazar al PMMA (polímero termoplástico transparente), o a otros materiales
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estirénicos, se caracteriza por su alta resistencia a la intemperie y comparado con el PMMA, tiene mayor resistencia a la deflexión por temperatura. [14] FIGURA 10
Resina luran hh 120
3.1.3. Resina Palapreg ECO P55-01 DSM presentó la resina Palapreg ECO P55-01, una resina con 55% de contenido
biobasado,
y
ExoPaXX,
desempeño con 70% biobasado. De
una
poliamida
de
alto
acuerdo con pruebas
preliminares, las resinas satisfacen los requerimientos de desempeño de clientes actuales, y constituyen una alternativa viable para que los fabricantes automotrices cumplan sus metas de sostenibilidad. [17] 3.1.4. Resina Cycolac La resina termoplástica de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) Cycolac está ampliamente reconocida como material técnico adaptable
que
ofrece
unas
excepcionales
propiedades
de
resistencia a las altas temperaturas, estabilidad dimensional, dureza, flujo y estética, además permite moldear piezas elegantes y de bajo brillo, sin tener que pintar. [14]
27
FIGURA 11
Resina Cycolac Fuente: Sabic Global, http://www.sabicip.com/gep/Plastics/es/ProductsAndServices/ProductLine/cycolac.html
3.1.5. Resina Geloy Tiene un desempeño inherente antiestático, con lo que se logra una apariencia más limpia en el interior. [14] 3.2. Contenedor de aceite Lanxess presentó un contenedor de aceite para camión, con una capacidad de 12,8 litros, hecho de poliamida 6 y 66, en este caso, el material Durethan constituye una alternativa para materiales como aluminio, lámina de acero y compuestos de lámina moldeados (SMC). 3.3. Arnitel PB500-H Este nuevo grado de moldeo por soplado de Arnitel copoliéster termoplástico (TPC) desarrollado por DSM Engineering Plastics, especial para ductos moldeados por soplado de complejo aplicaciones de conducto de aire en forma de la industria del automóvil para su uso a temperaturas de uso continuo (CUT) de 130 ° C, la resina permite reducir costos frente a alternativas existentes, Con una dureza Shore D = 50, Arnitel ofrece una nueva libertad de diseño y una amplia gama de propiedades de los materiales que facilitan un fácil montaje y las tolerancias más altas en la disposición de diseño final permitiendo un ensamble más fácil. Otra ventaja de este material sería el hecho de que
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permite lograr superficies internas suaves dentro de los tubos soplados y tiene buenas propiedades de resistencia a la intemperie. [17] FIGURA 12
Arnitel PB500-H FUENTE: Plastech plastics & packaging, virtual platform 3.4. Rines termoplásticos Se han presentado los primeros rines para autos Smart completamente termoplásticos. Los rines son 30% más ligeros que los convencionales de aluminio (un rin pesa tan sólo seis kilogramos), y están fabricados de la poliamida especial "Ultramid", de BASF. La reducción de peso del vehículo es de 12 kg. El rin y su copa correspondiente son elementos estructurales, que han sido probados desde el punto de vista de resistencia mecánica y ya se encuentran en la etapa de empezar a producirse en forma masiva, según lo expresado por BASF en un comunicado de prensa. [17] FIGURA 13
RINES TERMOPLÁSTICOS FUENTE: Artículo “Información técnica y de Negocios para la industria plástica”
29
3.5. Poliamida Ultramid La poliamida Ultramid, está reforzada con fibras largas y le otorga al material alta rigidez, la posibilidad de absorber una cantidad significativa de energía durante el impacto y alta estabilidad dimensional. Faurecia, proveedor global de autocomponentes, y Rhodia, productor de especialidades químicas, han unido esfuerzos para desarrollar conjuntamente una nueva generación de componentes estructurales de bajo peso para sillas de automóviles, utilizando plásticos de ingeniería de alto
desempeño
con
base
de
poliamida.
Este proyecto conjunto de innovación con un líder mundial en componentes automotores respresenta un paso significativo hacia la introducción de materiales y poliamidas avanzados como una alternativa competitiva del acero para aplicaciones estructurales en automóviles. Los componentes estructurales de la silla, diseñados por Faurecia y Rhodia, están en una fase avanzada de desarrollo, y se espera que su producción en serie comience en 2014. FIGURA 14
FUENTE: Interempresas.net, revista digital del plástico.
3.6. Ultrason E 2010 MR Cuando
se
produce
piezas
intrincadas,
como
los
reflectores
automotrices, es de mayor prioridad contar con un material que se deje 30
desmoldear fácilmente. BASF lanzó recientemente el Ultrason E 2010 MR (MR: "mold release"), una poliéter-sulfona, que además de permitir un desmoldeo fácil, puede soportar cargas mecánicas en el largo plazo a temperaturas de hasta 180°C, además, tiene una buena adhesión al aluminio. Otra ventaja del material sería su alta transparencia, de acuerdo con el fabricante, lo que le permitiría ahorrar el vaporizado metálico al que normalmente se someten este tipo de piezas de forma posterior al moldeado. [16] 3.7.
Burbujas de vidrio La tecnología de "burbujas de vidrio" de 3M, que ha sido usada durante varios años en la industria petrolera, ahora está siendo usada en burbujas de vidrio huecas, usadas como aditivos de alta resistencia en piezas plásticas. Se trata de esferas que permiten reducir el peso de las piezas plásticas, a la vez que mejoran la estabilidad dimensional y hacen los productos más livianos, resistentes y rígidos. De acuerdo con el fabricante, la reducción de peso posible se encuentra entre un 10 y un 20%. También reducirían el alabeo y distorsión inherentes al moldeo. [19]
3.8. Cinta de fibra continua Celstran CFR-TP PP GF70 Ticona Engineering Polymers y la empresa automotriz suiza Rinspeed presentaron recientemente el concepto de vehículo eléctrico "BamBoo", que usa la cinta de compuesto unidireccional Celstran para reducir el peso y lograr la mayor flexibilidad de diseño posible. La cinta de fibra continua Celstran CFR-TP PP GF70, de 20 mm de ancho, tiene un 70% de contenido de fibra larga en una matriz de polipropileno, y es usada debajo del automóvil y en los ejes del vehículo. La cinta Celstran CFR-TP POM GF60, con 60% de contenido de fibra de vidrio en base POM, se usa para aplicaciones de interiores, como es de instrumentos y 31
armazones de sillas, y la CFR-TP PPS CF60, con resina de PPS y 60% de refuerzo de fibra, se usa para aplicaciones estructurales, en lugar de barras metálicas.
3.9. Cojinetes piezocerámicos Las vibraciones en el interior de un automóvil en movimiento son sólo un ejemplo entre muchos. Los investigadores utilizan piezocerámicas, un material que transforma la energía eléctrica al movimiento y a la inversa amortigua las vibraciones mediante la conversión a energía eléctrica. En la actualidad los componentes de caucho se utilizan para este propósito,
pero
no
son
absorbentes
ideales
de
vibroacústica
molestos. Como resultado, las vibraciones son audibles en el coche en forma de ruido. Los rodamientos piezoeléctricos, por otra parte, son dispositivos
transductores
electromecánicos
de
energía,
siendo
controlados electrónicamente para contrarrestar y neutralizar estas vibraciones molestas. El resultado es un viaje tranquilo. [16]
3.10. Fluidos Magnetoreológicos Piezocerámicas
no
son
los
únicos
materiales
que
pueden
ser
"inteligente". Un material alternativo de interés para los investigadores del Instituto
Fraunhofer
son
"fluidos
magneto-reológicos." Estos
fluidos
contienen partículas diminutas que se alinean para formar cadenas fijas en un campo magnético. El líquido se solidifica. Dependiendo de la fuerza del campo, el fluido es difícil, viscoso o acuoso. Se han utilizado para desarrollar un embrague de seguridad para la maquinaria para su uso en unidades de vehículos automóviles o de máquinas de fresado. Durante el funcionamiento, el fluido es sólido, en
32
este estado, se crea un vínculo sólido entre la unidad del cabezal de corte eje y al activar el botón de parada de emergencia se desconecta el campo magnético. La sustancia se vuelve a su estado líquido. El eje motor gira libremente. El cabezal de corte se detiene. Los desarrolladores de materiales, mecánica estructural, especialistas en electrónica e ingenieros de sistemas se reúnen todos los hallazgos para crear un todo coherente. Con la mejora económica actual, los expertos de la industria esperan para ver productos adicionales basados en materiales inteligentes en el mercado en los próximos dos años.
-
Aplicaciones de los Fluidos Magnetoreológicos Amortiguadores
para
aplicaciones
en
automoción.
Los
amortiguadores pueden llenarse con fluido Magnetoreológicos en lugar de aceite convencional, actuando el dispositivo con un electroimán, permite que la viscosidad del fluido (y por ende la cantidad de amortiguamiento proporcionada por el amortiguador) pueda ser variada de acuerdo a la preferencia del conductor o de manera dinámica para proporcionar control de estabilidad.
3.11. Nanomateriales La nanotecnología, manipulación de la materia a escala nanométrica, ha sido uno de los descubrimientos de mayor trascendencia en nuestros días, ya que puede aportar soluciones a todas las necesidades del sector automotriz, porque permite mejorar los sistemas existentes y dar opciones totalmente nuevas generando menores costos de producción y precios al público, confort y, sobre todo, seguridad, ya que además sus componentes serán más amigables con el medio ambiente. Están los beneficios de la seguridad, pues al contar con materiales más resistentes e inteligentes será posible evitar accidentes.
33
-
Nanoarcillas,
nanotubos
de
carbono,
fullerenos,
nanofibras,
nanogranos, etc. ha llevado a crear un compuesto a base de nanotubos de carbono que es 100 veces más resistente que el acero y seis veces más ligero que el aluminio. [18]
-
Compuesto de nylon con nanoarcillas Se utilizan en las bandas del engranaje de distribución, logrando mayor estabilidad y resistencia al calor.
-
Grafenos Son nanotubos de carbono a los que se ha desarrollado sobre una superficie y que presentan propiedades físicas que les hacen magníficos candidatos para mejorar los recubrimientos (corrosión, fricción, dureza, etcétera); también son importantes los compuestos para la mejora de propiedades mecánicas y ligereza y, en un horizonte más lejano, los dispositivos electromecánicos a escala nanométrica que permitan el desarrollo de sensores y actuadores integrados.
-
Superficies antipolvo Volkswagen, la alemana, no se queda atrás, pues su equipo de investigación en materiales persiguiendo el sueño de tener superficies libres de polvo al interior y exterior de los autos ha iniciado proyectos para lograr superficies antipolvo e impermeables; además, está aplicando nanocompuestos a parabrisas, ventanas y espejos para evitar que se empañen bajo ciertas condiciones climatológicas y busca crear un cristal que automáticamente elimine el efecto de horno que ocurre cuando el coche se estaciona bajo el sol.
34
3.11.1. Pintura con nanotecnología Esta pintura contaría con cualidades especiales, pinturas con superficie anti humedad, anti suciedad, o anti bacterias. Para que se logren estas cualidades, las pinturas se mezclaran con nano partículas que les confieren propiedades especiales, por ejemplo, si se trata de la pintura anti humedad, permitirá que el agua se deslice sobre la superficie sin mojarla, es decir gracias a estas pinturas los automóviles podrían estar siempre secos, incluyendo los días de lluvia. [18]
3.12. Acero de tecnología avanzada Con este acero se podrían hace estructuras de carrocería de aceros avanzados de alta resistencia tan livianas como las de aluminio, que cumplen todas las normas de seguridad en impacto y a los costos de hoy en día. Teniendo en cuenta sus propiedades químicas únicas, el acero puede ser formulado para satisfacer las prestaciones del vehículo, la seguridad y los requisitos de emisiones al menor coste e impacto ambiental. [15]
35
CONCLUSIONES
1. Se conoció la evolución como también la estructura de un automóvil, como conocimiento previo.
2. En la industria automotriz se hace uso de materiales metales, polímeros y cerámicos que permiten obtener las características deseadas en los automóviles logrando así un buen funcionamiento.
3. La industria automotriz se ha caracterizado por un constante proceso de modernización a nivel mundial que se ha intensificado en las dos últimas décadas, se ha convertido en una de las industrias más dinámicas y ha propiciado avances importantes en términos de desarrollo tecnológico y competitividad
36
BIBLIOGRAFÍA [1] http://es.wikipedia.org/wiki/Historia_del_autom%C3%B3vil [2] http://idoc-pub.futbolgratis.org/posts/info/1271004/Historia-del-automovil.html [3] http://professionalautomotive.wordpress.com/2012/08/14/la-carroceria-delvehiculo/ [4] http://www.motorspain.com/seguridad_vial/partes_del_automovil_1.html [5] el.html
http://israeldiro.blogspot.com/2012/12/tipos-de-acero-empleados-en-
[6] http://www.alianzaautomotriz.com/innovacionytecnologia/nuevosmateriales-en-la-fabricacion-de-carrocerias-modernas/ [7] http://www.ensamblicol.com/informacion/materiales-usados-en-elblindaje-de-autos/ [8] http://www.ensamblicol.com/informacion/materiales-usados-en-elblindaje-de-autos/ [9] http://adriangonzalez-eaf.blogspot.com/2012/04/principales-plasticosutilizados-en-el.html [10] http://es.wikipedia.org/wiki/Caucho [11] http://unidadivprocesosdesoldadura.weebly.com/soldadura-con-haz-deelectroneshaz-laacuteser-y-en-frio.html [12] http://es.wikipedia.org/wiki/Soldadura_por_rayo_l%C3%A1ser [13] Larry Jeffus, Soldadura, Principios y Aplicaciones, 5ta edición, Paraninfo [14] Información técnica y de negocios para la industria plástica en América Latina,http://www.plastico.com/tp/secciones/TP/ES/MAIN/IN/ARTICULOS/do c_86710_HTML.html?idDocumento=86710 [15]
Tendencias
21,
Tendencias
de
la
Ingeniería,
http://www.tendencias21.net/Nuevos-materiales-inteligentes-paraproductos-de-alta-tecnologia_a5975.html 37
[16]
Science
Daily,
http://www.sciencedaily.com/releases/2011/03/110311121836.htm [17]http://www.plastech.biz/news/DSM-blow-molding-grade-approved-forFIAT-car-platforms,n4903 [18]Nanomateriales,
el
futuro
automotriz,
http://www.cnnexpansion.com/manufactura/tendencias/nanomaterialesel-futuro-automotriz [19]
http://prezi.com/pznv4qdik1lg/nuevos-materiales-en-la-industria-
automotriz/ [20] Sector automotriz: reestructuración tecnológica y reconfiguración del mercado mundial, http://www.uaemex.mx/feconomia/002b.pdf
38
CASTRO LLONTOP, ELIZABETH FALEN JIMÉNEZ, MÓNICA DEL CARMEN TORRES SANDOVAL, ELIZABETH PAULA 0
INDICE
INTRODUCCIÓN ........................................................................... 2 OBJETIVOS .................................................................................... 3 CAPÍTULO I: AUTOMÓVILES ........................................................ 4 CAPÍTULO II: MATERIALES Y SOLDADURAS EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ ………………………………………………………13 CAPÍTULO III: AVANCES TECNOLOGICOS DE MATERIALES EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ……………..……………………….25 CONCLUSIONES ......................................................................... 36
BIBLIOGRAFÍA............................................................................37
1
INTRODUCCIÓN La industria automotriz nació formalmente a principios del siglo XX cuando se comenzó la producción masiva del automóvil gracias al desarrollo de la línea de producción de Henry Ford. Además, es una de las más complejas de la economía moderna, principalmente debido a la gran cantidad de formas en que compiten las empresas que en ella participan. A nivel global, la importancia de la industria automotriz en las economías nacionales y su papel como propulsor para el desarrollo de otros sectores de alto valor agregado, han provocado que diversos países tengan como uno de sus principales objetivos el desarrollo y fortalecimiento de esta industria. La industria
automotriz se
encarga
del diseño, desarrollo,
fabricación,
ensamblaje, comercialización y venta de automóviles, además es una gran generadora de empleo ya que además de la mano de obra directa que requiere, influye en toda una industria paralela de autopartes, por lo que la mano
de
obra
indirecta
es
sumamente
grande
también.
En la actualidad se ha caracterizado por un constante proceso de reestructuración, sobre todo durante las últimas décadas, con lo que se ha convertido en una de las industrias más dinámicas de la era moderna, generadora de efectos importantes en las distintas economías en términos de productividad, desarrollo tecnológico y competitividad, con la finalidad de ocupar los primeros lugares en producción y ventas en los mercados mundiales las empresas integrantes del sector han estado siempre en busca de innovaciones que les permitan fortalecer y hacer más competitivos sus procesos productivos. Este sector en los últimos años ha generado una importante derrama de capacidades tecnológicas que encuentran aplicación en otros sectores, como son el eléctrico, electrónico y aeroespacial y que, a su vez, han propiciado la generación de cuadros técnicos especializados. 2
OBJETIVOS
1. Conocer la evolución de la industria automovilística para de esta manera identificar las principales variables en la manufactura de los mismos.
2. Describir los diferentes tipos de materiales usados en la fabricación de automóviles, así como los tipos de soldaduras empleadas en esta industria.
3. Mostrar los diferentes avances tecnológicos en la industria automotriz y conocer la importancia de su uso en el futuro.
3
CAPÍTULO I: AUTOMÓVILES Es intrínseco a la naturaleza humana hacer cualquier actividad con la mayor eficiencia y con el menor esfuerzo posible. En cuanto a moverse de un lugar a otro, una de las primeras y principales actividades del hombre, comenzó por domesticar animales más grandes y rápidos que él. El siguiente paso fue superar las capacidades de los animales empleados: las invenciones de la imprenta y las primeras máquinas complejas permitieron los primeros planos para un vehículo creado por el hombre y con la capacidad de moverse por sí mismo.
1.1 ETAPAS EN LA EVOLUCIÓN DE LOS AUTOMÓVILES [ 1 ] [ 2 ] Uno de los inventos más característicos del siglo XX ha sido sin duda el automóvil. Los primeros prototipos se crearon a finales del XIX, pero no fue hasta alguna década después cuando estos vehículos empezaron a ser vistos como algo "útil". A continuación analizaremos las etapas de evolución de los automóviles: 1.1.1
Etapa de la invención Nicolas-Joseph Cugnot (1725-1804), dio el gran paso, al construir un automóvil de vapor, El Fardier, diseñado inicialmente para arrastrar piezas de artillería. Otros
inventores
en
otros
lugares
del
planeta
también
comenzaron a fabricar sus versiones con mejoras, como es el caso de William Murdoch en 1774 y Richard Trevithick en 1801, este tipo de vehículos poseían mejoras en lo que se refiere a manubrio, velocidades y frenos (de mano). Así, con el paso del tiempo seguían naciendo versiones en distintos lugares y de manos de 4
distintos inventores: en 1815 salió a la luz un vehículo que utilizaba aceite para propulsar el motor, una locomotora eléctrica en 1838, en 1860 uno con motor a carbón y en 1870 nació uno con motor de combustión interna que utilizaba gasolina („‟Primer coche de Marcus‟‟, creado por Siegfried Marcus). Sin embargo, fueron ingenieros
alemanes
quienes
desarrollaron,
optimizaron
y
patentaron los vehículos a gasolina (Karl Benz en 1885 y Daimler & Maybach en 1889).
FIGURA 1 “El Fardier” Primer automóvil creado por Nicolás Cugnot, demasiado pesado, ruidoso y temible. Fuente: Bteligencia Colectiva
1.1.2
Etapa veterana Fue en Estados Unidos y en Francia donde se había comenzado a masificar la producción de automóviles, ya en el 1900. Fue el período en que se crearon las primeras compañías dedicadas a la producción de automóviles Panhard et Levassor, Peugeot y Ford. En 1910, Henry Ford comenzó a producir automóviles en una cadena de montaje, sistema totalmente innovador.
5
FIGURA 2 En 1888, Bertha Benz viajó 80 km desde Mannheim hasta Pforzheim (Alemania) para demostrar el potencial del invento de su marido. Fuente: Revista inglesa “BUZ”
1.1.3
Etapa del latón Así nombrada por el uso frecuente del latón para las carrocerías. En esta etapa la estética de los automóviles aún recordaba a la de los antiguos coches de caballos.
1.1.4
Etapa de época
La etapa de Época comprende desde el término de la Primera
Guerra Mundial hasta la Depresión de 1929. Empezaron a vender carros que eran cerrados en vez de abiertos. Había desarrollo el motor de combustión interna.
6
FIGURA 3 “Cadillac V-16” Fuente: Taringa, La Historia del automóvil
1.1.5
Etapa preguerra En esta época se desarrollaron los coches completamente cerrados y de forma más redondeada. Se podría decir que ya tenían más o menos la forma de hoy en día. En esta etapa surgen diversas innovaciones como por ejemplo un botón reemplaza el viejo pedal para encender el motor. El Plymouth 1939 introduce el primer techo convertible automático que funcionaba con vacío. Chrysler anuncia el “súper pulido” un método por el cual las piezas móviles del motor eran pulidas casi como espejos para minimizar la fricción.
FIGURA 4 1939 Plymouth Business Coupe Fuente: Rant n' Rave – Piss n' Moan
7
1.1.6
Etapa post guerra Desde el inicio de la recuperación de la Segunda Guerra Mundial (1948) hasta la etapa Moderna. Etapa caracterizada por el desarrollo de autos más rápidos más seguros y eficientes.
1.1.7
Etapa moderna Caracterizada por el desarrollo de motores más seguros y eficientes y menos contaminantes.
FIGURA 5 Ferrari última generación Fuente: OLX
8
1.2
ESTRUCTURA DEL AUTOMÓVIL
Un automóvil es el conjunto de sistemas que interactuando entre sí lo componen. Básicamente, un automóvil se compone en carrocería, motor y chasis. El motor es el elemento que transforma el combustible (gasóleo o gasolina) en movimiento, y lo trasmite a las ruedas del vehículo a través de la trasmisión (la caja de cambios), haciendo que todo el conjunto se mueva y se desplace. 2.1.1 Carrocería [ 3 ] La carrocería soporta todos los elementos mecánicos, eléctricos y electrónicos así como el habitáculo y los elementos que sirven para el confort de los ocupantes. Además la carrocería, a través de un buen diseño favorece la sonoridad evitando la entrada de ruidos innecesarios al habitáculo. En cuanto a rendimiento, una carrocería
de
alto
rendimiento
provoca
coeficientes
de
penetración del aire bajos, favoreciendo la aerodinámica y reduciendo el consumo. En cuanto a seguridad podemos decir que esta es su función pasiva, ya que en caso de accidente deben estar programadas para
deformarse
de
forma
progresiva
para
absorber
las
consecuencias del golpe y evitar una deformación excesiva del habitáculo para proteger a los ocupantes del vehículo. Tipos de carrocerías más comunes y utilizadas actualmente en el mercado: a) Carrocerías monocasco: no son comunes en los turismos, son carrocerías diseñadas para los vehículos de alta competición sobre todo en la que se reduce al máximo el número de elementos desmontables en el exterior.
9
b) Carrocerías autoportantes: son las utilizadas en la actualidad en los turismos. La carrocería autoportante forma un conjunto todo en uno (al igual que una monocasco) pero con la principal diferencia de que se pueden añadir elementos desmontables para favorecer la reparación de la misma (aletas, paragolpes…). Los elementos mecánicos así como los elementos de suspensión y el habitáculo van sujetos todos a la carrocería. c) Carrocería con chasis independiente (para vehículo industrial): Son carrocerías que poseen dos largueros paralelos, que ocupan toda la longitud del vehículo, unidos mediante travesaños. En medio de estos dos largueros se ubican los elementos mecánicos y de suspensión. En la parte superior se ubica otra carrocería que es donde se sitúa el habitáculo. Estas carrocerías estás enfocadas a soportar grandes tonelajes y no constituyen elementos de sonoridad y seguridad primordiales, no obstante, la plataforma del habitáculo si va enfocada a garantizar el confort del conductor durante la marcha.
FIGURA 6 “Carrocería de Honda Civic” Fuente: Autos imágenes Axel
10
2.1.2 Chasis [ 4 ] Aporta rigidez y forma a un vehículo u objeto. El chasis sostiene varias partes mecánicas como el motor, la suspensión, el sistema de escape y la caja de dirección. El chasis es considerado como el componente más significativo de un automóvil. Es el elemento más fundamental que da fortaleza y estabilidad al vehículo en diferentes condiciones. Es una parte importante del automóvil que permite el armado de los demás componentes. Algunos chasis se clasifican en chasis con riostra, chasis sin riostra, chasis con largueros, chasis sin largueros, chasis clásico, chasis compacto y chasis en organización.
2.1.3 Motor [ 4 ] La alimentación es el sistema por el cual el motor toma el combustible y lo prepara para quemarlo y transformarlo en movimiento. El sistema de alimentación consta de los siguientes elementos, el depósito de combustible donde se almacena el mismo, los sistemas de conducción hasta el carburador o sistema de inyección del mismo a través del cual se introduce en el/los cilindro/s del motor. De forma general el combustible con la bomba de combustible o directamente extrae del depósito el carburante y lo mezcla en el carburador o en la inyección con aire para su combustión dentro de los cilindros. Dentro de los cilindros, por medio de una chispa en motores de gasolina o por los quemadores en los motores diesel, se produce una explosión que hace que se empiece a mover una serie piezas.
11
Este es el principio de los sistemas de alimentación. Las proporciones y las condiciones particulares de la mezcla carburante dependen del motor.
12
CAPÍTULO II: MATERIALES Y SOLDADURAS EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ 2.1 MATERIALES USADOS EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ 2.1.1 Acero [ 5 ] El acero es el material predominante en la fabricación de los vehículos gracias a sus propiedades mecánicas (resistencia y ductilidad) y también por su bajo coste económico. Aunque el aluminio como los plásticos han aumentado los porcentajes en las carrocerías, el acero sigue teniendo entre un 70 y 80% del peso de la carrocería. Los aceros se clasifican en función de su límite elástico y podemos encontrar las siguientes clasificaciones: -Aceros Convencionales. -Aceros de alta resistencia. -Aceros de muy alta resistencia. -Aceros de ultra alta resistencia.
a) Aceros Convencionales: El acero convencional es acero dulce no aleado,
laminado en frio
y con bajo contenido en carbono. Gracias a este contenido en carbono tiene buena características cuando se trabaja de la deformación por prensas, pero por lo contrario su límite elástico es demasiado bajo. Este acero se utiliza en materiales con baja responsabilidad estructural como en aletas, es de puertas, portones traseros, etc.
13
b) Aceros de alta resistencia: Dentro de esta clasificación se clasifican en función del mecanismo de endurecimiento que se usa para aumentar su resistencia. - Aceros Bake-Hardening (BH): Son aceros que han sido elaborados y tratados para conseguir un aumento del límite elástico con un tratamiento térmico a baja temperatura .Se usa en puertas, capos, aletas delanteras. - Aceros microaleados o ALE: son aceros que se obtienen por la reducción del tamaño de los granos y en ocasiones se les suele añadir elementos de aleación que le dan dureza. Se utilizan para refuerzos de la suspensión o refuerzos interiores y también para largueros y travesaños. - Aceros refosforados o aceros aleados al fosforo: Estos aceros se caracterizan porque pueden ofrecer altos niveles de resistencia o esfuerzos sometidos a la fatiga. Se utilizan la elaboración de largueros, travesaños o refuerzos de pilares. c) Aceros de muy alta resistencia: Son aceros que se obtienen mediante un acero inicial que es sometido a un proceso específico (tratamiento térmico) y se convierte en otro acero. Se pueden ver los siguientes aceros: -Aceros de fase doble (DP): Estos aceros se utilizan para partes
estructurales
correderas
de
como
asientos,
el
estribo,
cimbras
de
montante, techo,
etc.
-Aceros de plasticidad inducida por transformación (TRIP): Gracias a sus buena capacidad de absorción se utilizan para fabricar travesaños, largueros, traviesas, refuerzos
pilares,
etc.
14
-Aceros de fase compleja (): Se caracterizan por una elevada absorción de energía acompañada de una alta resistencia a la deformación. Se utilizan para aquellos elementos que tienen la misión de evitar la intrusión de elementos en la zona de pasajeros y maletero.
d) Aceros de ultra alta resitencia: - Aceros martensíticos (MAR): Estos aceros se utilizan en elementos que eviten la penetración de objetos en la zona de los pasajeros, habitáculo de motor o en el maletero. -Aceros al boro o aceros borón (BOR): son aceros que presentan un gran alto grado de dureza gracias al tratamiento térmico al que son sometidos y también a los materiales de aleación que tiene como el manganeso ( 1`1 a 1`4 %), cromo y boro (0`005%).
FIGURA 7 Estructura de acero de la carrocería
15
2.1.2 Aluminio [ 6 ] La seguridad, las prestaciones y el confort en el mundo automotriz hacen imprescindible el empleo de materiales más ligeros, como el aluminio, el cual se emplea en la construcción de aviones, naves espaciales de alta velocidad y automóviles de alta competición. Actualmente, ha comenzado a usarse en la fabricación de automóviles, ya que además de ser el metal de mayor abundancia en el planeta, presenta dos grandes ventajas:
Es más ecológico al ser reciclable en un 100 por ciento, además
de
disminuir
el
nivel
de
contaminación
ambiental gracias a que su proceso de reciclaje requiere de menor energía.
Resulta
más
seguro
al
tener
una
deformación
controlada en caso de impacto y un reducido peso que favorece la actuación de los frenos.
FIGURA 8 Estructura de Aluminio
16
2.1.3 Policarbonato [ 7 ]
Es uno de los plásticos más resistentes y de mejores condiciones ópticas,
excelentes
para
resistir
disparos
múltiples;
infortunadamente tiene el inconveniente de que en el espesor requerido para detener proyectiles del Nivel III, que es aproximadamente 34 mm, no se deja curvar, por lo tanto no hay que instalarlo superponiéndolo a los cristales originales del vehículo quedando así un espacio o cámara que tiende a opacarse por mugre, humedad o los plastificantes del mismo material. El policarbonato es muy liviano, pero en nivel superior se requieren espesores tan altos que no es practico su uso. Otra posibilidad poco usual, son los cristales templados; son buenos para detener el primer disparo, pero no tienen la forma de resistir los otros, porque se fragmenta completamente al primer impacto.
2.1.4 Acrílicos [ 8 ]
Por su mayor dureza, son bastante usados en unión con otros plásticos. No es aconsejable su uso individual, porque en el primer disparo se fragmentan produciendo esquirlas muy peligrosas para los ocupantes del vehículo. En caso de incendio es combustible y produce gases altamente tóxicos. Mezcla o combinación de los de los anteriores pueden dar buenos resultados; tienen inconvenientes como: Deslaminación, o sea que se separan unos de los otros.
17
Distorsión Óptica, por la diferencia de propiedades físicas de los dos materiales. Dificultad o Imposibilidad de Curvar, adecuadamente el material que adquiere con el tiempo opacidad o manchas. Son frecuentes las “fórmulas o composiciones secretas”, que ofrecen algunos fabricantes. Las mayores empresas de blindaje en el mundo usan sistemas convencionales de cristales con algo de protección antiesquirlas.
2.1.5 Polímeros [ 9 ] Termoplásticos más utilizados en el automóvil:
a) ABS (Acrilonitrilo-Butadieno-Estireno): Propiedades: tiene buenas propiedades en cuanto a rigidez, tenacidad, estabilidad dimensional, resistencia a los productos químicos y buena calidad de las superficies. Usos: calandras y rejillas, interior del motor, estructuras de salpicaderos, tapacubos, spoilers, cantoneras. b) ALPHA (ABS-Policarbonato): Propiedades: Presenta buenas propiedades mecánicas y térmicas, es rígido, resistente y con buena estabilidad dimensional. Usos: spoilers y cantoneras, canalizaciones, rejillas. c) PA (Poliamida): Propiedades: se fabrica en varias densidades. Es tenaz, resistente al desgaste.
18
Usos: rejillas,
revestimientos
interiores,
radiadores,
retrovisores. d) PC (Policarbonato): Propiedades: son materiales rígidos y duros con una excepcional
resistencia
al
impacto.
Son
dimensionalmente estables, resistentes a la intemperie y al calor. Usos: paragolpes, revestimientos interiores, de posos de rueda.
e) PE (Polietileno): Propiedades: es el polímero de mayor producción. Es resistente a los productos químicos y a las elevadas temperaturas, tiene una gran resistencia a la tracción y al impacto. Es de los mejores eléctricos. Usos: baterías, paragolpes, revestimientos interiores.
f) PP (Polipropileno): Propiedades: tiene idénticas aplicaciones que el "PE ad", se comporta mejor que este en altas temperaturas pero peor en las bajas. Es buen aislante y muy resistente a la tracción y a la absorción. Es facilmente coloreable. Usos: similares al polietileno. Es el plástico más utilizado en el automóvil.
19
g) PP-EPDM (Etileno-propileno-dieno-monómero): Propiedades: es elástico y absorbe con facilidad los impactos, es resistente a la temperatura y de buenas propiedades eléctricas. Resiste a los ácidos y disolventes. Usos: paragolpes, revestimientos interiores y exteriores, spoilers,
cantoneras.
h) PVC (Cloruro de polivinilo): Propiedades: resistente a la intemperie y la humedad, pero no a la temperatura, por lo que hay que añadirle diversos estabilizantes. Es dimensionalmente estable, se colorea con facilidad y es resistente a la mayoría de los ácidos. Cuando se descompone, desprende humo tóxico de
cloruro
de
hidrógeno.
Usos: pisos de autocares, cables eléctricos.
i) XENOY (PC-PBTP): Propiedades: aunque de estructura rígida, son elásticos y tienen una gran resistencia al impacto. Usos: paragolpes, retrovisores, rejillas, revestimientos de pasos de rueda.
Termoestables más utilizados en el automóvil a) GU-P (Resinas de poliéster reforzadas con fibra de vidrio): Propiedades: son materiales rígidos, ligeros y de buenas propiedades mecánicas. Usos: portones, capós, isotermos. 20
b) GFK (Plásticos reforzados con fibra de vidrio):
Propiedades: presentan una estructura formada por una resina termoendurecible y fibras de vidrio. Son de una gran fuerza, resistentes a la corrosión y la intemperie y de baja
conductibilidad
pueden
ser
térmica.
poliésteres,
Las
resinas
epoxídicas
y
utilizadas fenólicas.
Debido a que tienen fibras incorporadas, no son soldables pero
se
pueden
reparar.
Usos: paragolpes, canalizaciones, salpicaderos. c) EP (Epoxi-do) resina epoxi: Propiedades: son corrosión
y
a
materiales los
duros,
agentes
resistentes
químicos,
no
a
la
originan
encojimiento. Usos: se utiliza como adhesivo para los metales y para la mayoría de las resinas sintéticas. Elastómeros más utilizados en el automóvil a) PU (Poliuretano) y PUR (Poliuretano rígido): Propiedades: son la base de diversos elastómeros. Poseen una excelente resistencia a la abrasión y una notable
resistencia
resistentes
al
al
aceite
desgarrotamiento.
Son
y
absorben
la
gasolina,
muy
perfectamente las vibraciones, y son además grandes aislantes Usos: cantoneras,
térmicos. revestimientos
interiores,
asientos.
21
2.1.6 Caucho [ 10 ] Sustancia natural o sintética caracterizada por su elasticidad, repelencia al agua, y resistencia eléctrica. Se obtiene el caucho natural del fluido lácteo blanco llamó látex, hallado en muchas
plantas;
se
produce
caucho
sintético
de
los
hidrocarburos. El caucho es ampliamente utilizado en la fabricación de neumáticos, llantas, artículos impermeables y aislantes, por sus excelentes propiedades de elasticidad y resistencia ante los ácidos y las sustancias alcalinas. Es repelente al agua, aislante de la temperatura y de la electricidad. Se disuelve con facilidad ante petrolatos, bencenos y algunos hidrocarburos.
2.2 SOLDADURAS 2.2.1 Soldadura con has de electrones [ 11 ] La soldadura con haz de electrones (EBW) es un proceso de soldadura por fusión en el cual el calentamiento para el proceso se proporciona mediante una corriente de electrones muy concentrada, de alta densidad, que choca contra la superficie
de
trabajo.
Ventajas: Soldadura de alta calidad con perfiles profundos o estrechos o ambos, zonas afectadas por el calor bien delimitadas y baja distorsión térmica. Las velocidades de soldaduras son altas en comparación con otras operaciones de soldadura continua. No se usa metal de relleno, ni se necesitan fundentes ni
gases
protectores.
Puede usarse en profundidades de 50 mm (2 in) o más.
22
Desventajas: Equipo
costoso,
la
necesidad
de preparación
y alineación precisas de la unión, las limitaciones asociadas con la ejecución del proceso en el vació y genera rayos X. Aplicaciones: soldadura de engranes y turbocompresor.
2.2.2 Soldadura por rayo láser [ 12 ] La soldadura por rayo láser (LBW, de laser-beam welding) es un proceso de soldadura por fusión que utiliza la energía aportada por un haz láser para fundir y recristalizar el material o los materiales a unir, obteniéndose la correspondiente unión entre los elementos involucrados. En la soldadura láser comúnmente no existe aportación de ningún material externo. La soldadura se realiza por el calentamiento de la zona a soldar, y la posterior aplicación de presión entre estos puntos. De normal la soldadura láser se efectúa bajo la acción de un gas protector, que suelen ser helio o argón. Aplicaciones: Piezas de transmisiones en la industria automotriz
2.2.3 Soldadura de puntos [13] Es el proceso de soldadura más común de los diferentes procesos de resistencia. En este proceso, la soldadura se produce por el calor obtenido en la interfaz, entre las piezas de trabajo. Este calor es el resultado de la resistencia al flujo de la corriente eléctrica a través de las piezas de trabajo, las cuales se mantienen juntas por la presión del electrodo.
23
Cuando se requiere de una tasa de producción alta se hace uso de soldadores de puntos múltiples. Los soldadores de puntos múltiples tienen una serie de pistolas de operación de aire o hidráulicas encastradas en un colector y utilizan una barra común para el electrodo inferior. Las pistolas de soldadura están conectadas por alambres flexibles a los transformadores individuales o a una barra de transporte común al transformador.
FIGURA 9 Soldador de punto múltiple, el cual es un soldador especial diseñado como un soldador de es de instrumentos automotrices.
24
AVANCES TECNOLOGICOS DE MATERIALES EN LA INDUSTRIA AUTOMOTRIZ Uno de los principales retos de esta industria es la necesidad de desarrollar automóviles que impacten menos al ambiente y a la vez cumplan con las regulaciones internacionales en la materia, cada vez más estrictas, por ello, la industria está también enfocada en generar materiales más livianos, motores más eficientes y fuentes de propulsión que signifiquen una ventaja para el consumidor. Los automóviles de baterías han probado ser muy caros y su rendimiento bajo, los biocombustibles tienen pocas emisiones de bióxido de carbono, pero su producción implica competencia por las tierras en las que se producen alimentos, es por eso que se buscan nuevos materiales que respondan correctamente a las exigencias. La integración de nuevas tecnologías en aspectos tan importantes como el aligeramiento de piezas en la automoción es uno de los grandes retos del sector y en donde se ofrecen interesantes soluciones para la mejora de prestaciones actuales como las logradas con la utilización de fibras largas; cuyo enfoque será la comparativa a nivel mecánico y otras a futuro en fase de investigación como la factibilidad e incorporación de nuevos materiales: fibras de carbono, nanocomposites, etc.
25
3.1. Resinas automotrices La movilidad es una de la mega tendencia del futuro. La industria plástica se pone a tono con esta tendencia, ofreciendo materiales que permitan reducir el peso, además de facilitar el procesamiento, hacerlo más
económico
y
reducir
desperdicios.
Gracias a su facilidad de conformación y a la capacidad de reciclaje, las resinas de ingeniería desplazan a los metales ya en varias aplicaciones en los vehículos, tanto en interiores como en exteriores y en el motor Las innovaciones presentadas por los fabricantes de resina están orientadas a incrementar la resistencia y la funcionalidad de los materiales plásticos. 3.1.1. Resina Xenoy La resina Xenoy, producida por Sabic, se destacó por ser empleada por la aplicación de una puerta completamente plástica, este módulo de puerta estructural, bajo el nombre SuperPlug, y reemplaza 40 piezas separadas de metal por una pieza única moldeada por inyección asistida por gas. En este caso, la resina Xenoy, que es un compuesto de PC/PBT reforzado con 30% de fibra de vidrio, hizo posible reducir en 3,3 lb el peso de la puerta que en total era de 13,2 lb, simplificó el ensamble y redujo el costo en un 10%. [14] 3.1.2. Luran HH 120 Luran HH 120 está siendo usado por Skoda para los exteriores de sus vehículos, se trata de una resina SAN que es un copolímero de estireno y acrilonitrilo, este material hasta ahora había sido desconocido para la industria automotriz y puede reemplazar al PMMA (polímero termoplástico transparente), o a otros materiales
26
estirénicos, se caracteriza por su alta resistencia a la intemperie y comparado con el PMMA, tiene mayor resistencia a la deflexión por temperatura. [14] FIGURA 10
Resina luran hh 120
3.1.3. Resina Palapreg ECO P55-01 DSM presentó la resina Palapreg ECO P55-01, una resina con 55% de contenido
biobasado,
y
ExoPaXX,
desempeño con 70% biobasado. De
una
poliamida
de
alto
acuerdo con pruebas
preliminares, las resinas satisfacen los requerimientos de desempeño de clientes actuales, y constituyen una alternativa viable para que los fabricantes automotrices cumplan sus metas de sostenibilidad. [17] 3.1.4. Resina Cycolac La resina termoplástica de acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) Cycolac está ampliamente reconocida como material técnico adaptable
que
ofrece
unas
excepcionales
propiedades
de
resistencia a las altas temperaturas, estabilidad dimensional, dureza, flujo y estética, además permite moldear piezas elegantes y de bajo brillo, sin tener que pintar. [14]
27
FIGURA 11
Resina Cycolac Fuente: Sabic Global, http://www.sabicip.com/gep/Plastics/es/ProductsAndServices/ProductLine/cycolac.html
3.1.5. Resina Geloy Tiene un desempeño inherente antiestático, con lo que se logra una apariencia más limpia en el interior. [14] 3.2. Contenedor de aceite Lanxess presentó un contenedor de aceite para camión, con una capacidad de 12,8 litros, hecho de poliamida 6 y 66, en este caso, el material Durethan constituye una alternativa para materiales como aluminio, lámina de acero y compuestos de lámina moldeados (SMC). 3.3. Arnitel PB500-H Este nuevo grado de moldeo por soplado de Arnitel copoliéster termoplástico (TPC) desarrollado por DSM Engineering Plastics, especial para ductos moldeados por soplado de complejo aplicaciones de conducto de aire en forma de la industria del automóvil para su uso a temperaturas de uso continuo (CUT) de 130 ° C, la resina permite reducir costos frente a alternativas existentes, Con una dureza Shore D = 50, Arnitel ofrece una nueva libertad de diseño y una amplia gama de propiedades de los materiales que facilitan un fácil montaje y las tolerancias más altas en la disposición de diseño final permitiendo un ensamble más fácil. Otra ventaja de este material sería el hecho de que
28
permite lograr superficies internas suaves dentro de los tubos soplados y tiene buenas propiedades de resistencia a la intemperie. [17] FIGURA 12
Arnitel PB500-H FUENTE: Plastech plastics & packaging, virtual platform 3.4. Rines termoplásticos Se han presentado los primeros rines para autos Smart completamente termoplásticos. Los rines son 30% más ligeros que los convencionales de aluminio (un rin pesa tan sólo seis kilogramos), y están fabricados de la poliamida especial "Ultramid", de BASF. La reducción de peso del vehículo es de 12 kg. El rin y su copa correspondiente son elementos estructurales, que han sido probados desde el punto de vista de resistencia mecánica y ya se encuentran en la etapa de empezar a producirse en forma masiva, según lo expresado por BASF en un comunicado de prensa. [17] FIGURA 13
RINES TERMOPLÁSTICOS FUENTE: Artículo “Información técnica y de Negocios para la industria plástica”
29
3.5. Poliamida Ultramid La poliamida Ultramid, está reforzada con fibras largas y le otorga al material alta rigidez, la posibilidad de absorber una cantidad significativa de energía durante el impacto y alta estabilidad dimensional. Faurecia, proveedor global de autocomponentes, y Rhodia, productor de especialidades químicas, han unido esfuerzos para desarrollar conjuntamente una nueva generación de componentes estructurales de bajo peso para sillas de automóviles, utilizando plásticos de ingeniería de alto
desempeño
con
base
de
poliamida.
Este proyecto conjunto de innovación con un líder mundial en componentes automotores respresenta un paso significativo hacia la introducción de materiales y poliamidas avanzados como una alternativa competitiva del acero para aplicaciones estructurales en automóviles. Los componentes estructurales de la silla, diseñados por Faurecia y Rhodia, están en una fase avanzada de desarrollo, y se espera que su producción en serie comience en 2014. FIGURA 14
FUENTE: Interempresas.net, revista digital del plástico.
3.6. Ultrason E 2010 MR Cuando
se
produce
piezas
intrincadas,
como
los
reflectores
automotrices, es de mayor prioridad contar con un material que se deje 30
desmoldear fácilmente. BASF lanzó recientemente el Ultrason E 2010 MR (MR: "mold release"), una poliéter-sulfona, que además de permitir un desmoldeo fácil, puede soportar cargas mecánicas en el largo plazo a temperaturas de hasta 180°C, además, tiene una buena adhesión al aluminio. Otra ventaja del material sería su alta transparencia, de acuerdo con el fabricante, lo que le permitiría ahorrar el vaporizado metálico al que normalmente se someten este tipo de piezas de forma posterior al moldeado. [16] 3.7.
Burbujas de vidrio La tecnología de "burbujas de vidrio" de 3M, que ha sido usada durante varios años en la industria petrolera, ahora está siendo usada en burbujas de vidrio huecas, usadas como aditivos de alta resistencia en piezas plásticas. Se trata de esferas que permiten reducir el peso de las piezas plásticas, a la vez que mejoran la estabilidad dimensional y hacen los productos más livianos, resistentes y rígidos. De acuerdo con el fabricante, la reducción de peso posible se encuentra entre un 10 y un 20%. También reducirían el alabeo y distorsión inherentes al moldeo. [19]
3.8. Cinta de fibra continua Celstran CFR-TP PP GF70 Ticona Engineering Polymers y la empresa automotriz suiza Rinspeed presentaron recientemente el concepto de vehículo eléctrico "BamBoo", que usa la cinta de compuesto unidireccional Celstran para reducir el peso y lograr la mayor flexibilidad de diseño posible. La cinta de fibra continua Celstran CFR-TP PP GF70, de 20 mm de ancho, tiene un 70% de contenido de fibra larga en una matriz de polipropileno, y es usada debajo del automóvil y en los ejes del vehículo. La cinta Celstran CFR-TP POM GF60, con 60% de contenido de fibra de vidrio en base POM, se usa para aplicaciones de interiores, como es de instrumentos y 31
armazones de sillas, y la CFR-TP PPS CF60, con resina de PPS y 60% de refuerzo de fibra, se usa para aplicaciones estructurales, en lugar de barras metálicas.
3.9. Cojinetes piezocerámicos Las vibraciones en el interior de un automóvil en movimiento son sólo un ejemplo entre muchos. Los investigadores utilizan piezocerámicas, un material que transforma la energía eléctrica al movimiento y a la inversa amortigua las vibraciones mediante la conversión a energía eléctrica. En la actualidad los componentes de caucho se utilizan para este propósito,
pero
no
son
absorbentes
ideales
de
vibroacústica
molestos. Como resultado, las vibraciones son audibles en el coche en forma de ruido. Los rodamientos piezoeléctricos, por otra parte, son dispositivos
transductores
electromecánicos
de
energía,
siendo
controlados electrónicamente para contrarrestar y neutralizar estas vibraciones molestas. El resultado es un viaje tranquilo. [16]
3.10. Fluidos Magnetoreológicos Piezocerámicas
no
son
los
únicos
materiales
que
pueden
ser
"inteligente". Un material alternativo de interés para los investigadores del Instituto
Fraunhofer
son
"fluidos
magneto-reológicos." Estos
fluidos
contienen partículas diminutas que se alinean para formar cadenas fijas en un campo magnético. El líquido se solidifica. Dependiendo de la fuerza del campo, el fluido es difícil, viscoso o acuoso. Se han utilizado para desarrollar un embrague de seguridad para la maquinaria para su uso en unidades de vehículos automóviles o de máquinas de fresado. Durante el funcionamiento, el fluido es sólido, en
32
este estado, se crea un vínculo sólido entre la unidad del cabezal de corte eje y al activar el botón de parada de emergencia se desconecta el campo magnético. La sustancia se vuelve a su estado líquido. El eje motor gira libremente. El cabezal de corte se detiene. Los desarrolladores de materiales, mecánica estructural, especialistas en electrónica e ingenieros de sistemas se reúnen todos los hallazgos para crear un todo coherente. Con la mejora económica actual, los expertos de la industria esperan para ver productos adicionales basados en materiales inteligentes en el mercado en los próximos dos años.
-
Aplicaciones de los Fluidos Magnetoreológicos Amortiguadores
para
aplicaciones
en
automoción.
Los
amortiguadores pueden llenarse con fluido Magnetoreológicos en lugar de aceite convencional, actuando el dispositivo con un electroimán, permite que la viscosidad del fluido (y por ende la cantidad de amortiguamiento proporcionada por el amortiguador) pueda ser variada de acuerdo a la preferencia del conductor o de manera dinámica para proporcionar control de estabilidad.
3.11. Nanomateriales La nanotecnología, manipulación de la materia a escala nanométrica, ha sido uno de los descubrimientos de mayor trascendencia en nuestros días, ya que puede aportar soluciones a todas las necesidades del sector automotriz, porque permite mejorar los sistemas existentes y dar opciones totalmente nuevas generando menores costos de producción y precios al público, confort y, sobre todo, seguridad, ya que además sus componentes serán más amigables con el medio ambiente. Están los beneficios de la seguridad, pues al contar con materiales más resistentes e inteligentes será posible evitar accidentes.
33
-
Nanoarcillas,
nanotubos
de
carbono,
fullerenos,
nanofibras,
nanogranos, etc. ha llevado a crear un compuesto a base de nanotubos de carbono que es 100 veces más resistente que el acero y seis veces más ligero que el aluminio. [18]
-
Compuesto de nylon con nanoarcillas Se utilizan en las bandas del engranaje de distribución, logrando mayor estabilidad y resistencia al calor.
-
Grafenos Son nanotubos de carbono a los que se ha desarrollado sobre una superficie y que presentan propiedades físicas que les hacen magníficos candidatos para mejorar los recubrimientos (corrosión, fricción, dureza, etcétera); también son importantes los compuestos para la mejora de propiedades mecánicas y ligereza y, en un horizonte más lejano, los dispositivos electromecánicos a escala nanométrica que permitan el desarrollo de sensores y actuadores integrados.
-
Superficies antipolvo Volkswagen, la alemana, no se queda atrás, pues su equipo de investigación en materiales persiguiendo el sueño de tener superficies libres de polvo al interior y exterior de los autos ha iniciado proyectos para lograr superficies antipolvo e impermeables; además, está aplicando nanocompuestos a parabrisas, ventanas y espejos para evitar que se empañen bajo ciertas condiciones climatológicas y busca crear un cristal que automáticamente elimine el efecto de horno que ocurre cuando el coche se estaciona bajo el sol.
34
3.11.1. Pintura con nanotecnología Esta pintura contaría con cualidades especiales, pinturas con superficie anti humedad, anti suciedad, o anti bacterias. Para que se logren estas cualidades, las pinturas se mezclaran con nano partículas que les confieren propiedades especiales, por ejemplo, si se trata de la pintura anti humedad, permitirá que el agua se deslice sobre la superficie sin mojarla, es decir gracias a estas pinturas los automóviles podrían estar siempre secos, incluyendo los días de lluvia. [18]
3.12. Acero de tecnología avanzada Con este acero se podrían hace estructuras de carrocería de aceros avanzados de alta resistencia tan livianas como las de aluminio, que cumplen todas las normas de seguridad en impacto y a los costos de hoy en día. Teniendo en cuenta sus propiedades químicas únicas, el acero puede ser formulado para satisfacer las prestaciones del vehículo, la seguridad y los requisitos de emisiones al menor coste e impacto ambiental. [15]
35
CONCLUSIONES
1. Se conoció la evolución como también la estructura de un automóvil, como conocimiento previo.
2. En la industria automotriz se hace uso de materiales metales, polímeros y cerámicos que permiten obtener las características deseadas en los automóviles logrando así un buen funcionamiento.
3. La industria automotriz se ha caracterizado por un constante proceso de modernización a nivel mundial que se ha intensificado en las dos últimas décadas, se ha convertido en una de las industrias más dinámicas y ha propiciado avances importantes en términos de desarrollo tecnológico y competitividad
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Tendencias
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Science
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http://www.cnnexpansion.com/manufactura/tendencias/nanomaterialesel-futuro-automotriz [19]
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automotriz/ [20] Sector automotriz: reestructuración tecnológica y reconfiguración del mercado mundial, http://www.uaemex.mx/feconomia/002b.pdf
38
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