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4 CARROCERIA CONCEPTOS ELEMENTALES DE
CUADERNOS DIDÁCTICOS BÁSICOS
´
No se permite la reproducción total o parcial de este cuaderno, ni el registro en un sistema informático, ni la transmisión bajo cualquier forma o a través de cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por grabación o por otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del copyright. TÍTULO: Conceptos Elementales de Carrocería (C.B. Nº 4) - AUTOR: Organización de Servicio - SEAT, S.A. Sdad. Unipersonal, Zona Franca, Calle 2 Reg. Mer. Barcelona. Tomo 23662, Folio 1, Hoja 56855 1ª edición - FECHA DE PUBLICACIÓN: Julio 1997 - DEPÓSITO LEGAL: B-10425/98 Preimpresión e impresión: TECFOTO, S.L. - Ávila, 112-114 - 08018 Barcelona - Diseño y Compaginación: WIN&KEN
Í
N
LA CARROCERÍA
D DE UN
I
C
AUTOMÓVIL
E 4-5
TIPOS
DE
CARROCERÍAS: CONJUNTOS CARROCERÍA Y CHASIS
6-7
TIPOS
DE
CARROCERÍAS: LA CARROCERÍA AUTOPORTANTE
8-9
LOS MATERIALES Y
SUS
10-12
PROPIEDADES
LAS DEFORMACIONES ELÁSTICA Y PLÁSTICA
14-15
EL ACERO LOS ACEROS
DE
EL PROCESO
DE FABRICACIÓN: DISEÑO Y
EL PROCESO
DE FABRICACIÓN: EL
LAS PIEZAS
DE UNA
DE UNA
DE
ENSAMBLADO
REFERENCIA
CARROCERÍA EL
LA SEGURIDAD PASIVA Y
LA
DE LA
AUTOEVALUACIÓN
ESTAMPACIÓN
CARROCERÍA
LA SEGURIDAD ACTIVA Y
LA REPARACIÓN
16-17
ALTO LÍMITE ELÁSTICO
GEOMETRÍA Y SISTEMAS LAS COTAS
13
18-19 20-21 22-25 26-27 28-29
MOVIMIENTO
30-31
DEFORMACIÓN
32-33
CARROCERÍA
34-37 38-41
“Las carrocerías de los vehículos modernos son los armazones que sustentan todos los órganos mecánicos, la carga y los pasajeros, aportando seguridad y comodidad a sus ocupantes y manteniendo una belleza de líneas”.
LA CARROCERÍA CARROMATO DE CUGNOT
B4-01
VEHÍCULO DE PRINCIPIOS DE SIGLO
B4-02
DE UN
A U TO M Ó V I L
Un poco de historia: los carromatos con motor
Los primeros automóviles
Inicialmente los automóviles eran
realidad adaptaciones de coches de
muy diferentes a como son ahora.
caballos con plataforma reforzada.
Puede decirse que de común con
Por tanto, las primeras carrocerías
los actuales sólo tenían el hecho
eran estructuras cuyo único objeti-
de tener un sistema de tracción a
vo era proteger a los pasajeros de
motor y el hecho de servir para el
las inclemencias atmosféricas.
transporte de pasajeros y sus
El concepto de carrocería quedó
equipajes.
establecido en esos momentos y
Si tuviera que datarse el naci-
se ha mantenido hasta nuestros
miento del automóvil, habría que
días. Podría definirse la carrocería
remontarse hasta 1769, fecha en
como el elemento o elementos
que Nicolas Cugnot realizó unas
que representan el perfil de la
pruebas al instalar un motor de
estructura de un vehículo, que
vapor sobre un carromato. En esa
sirve de habitáculo a los pasajeros,
época, y durante muchos años, no
y dispone de una zona de carga y
avanzó mucho el concepto de
de un lugar de alojamiento para
automóvil y casi todos los cam-
los componentes y órganos mecá-
bios se realizaron sobre aspectos
nicos del automóvil.
mecánicos del sistema de tracción
Los primeros avances afectaron a la
y sobre el propio carromato que
estructura portante, la plataforma
no tenía manejabilidad ni resisten-
o bastidor sobre la que se sujetaba
cia para soportar los esfuerzos
desde el motor hasta el resto de las
derivados de la marcha y el peso
piezas que conformaban el habitá-
propio.
culo de pasajeros o carrocería. Un
Los primeros cambios importan-
gran salto consistió en la introduc-
tes se dieron a lo largo de la
ción del acero como material que
segunda mitad del siglo XIX, cuan-
iba a sustituir a la madera, aportan-
do aquellos “fabricantes” se die-
do mayor rigidez y resistencia.
ron cuenta de que las modificacio-
Cuando entró el siglo XX, los
nes no debían orientarse única y
automóviles ya eran “modernos” y
exclusivamente a cambios mecáni-
estaban definidos como:
cos sino también a cambios estéti-
· Un
Los primeros automóviles fueron en
bastidor formado por dos
cos, y otros destinados a propor-
largueros de acero combinado
cionar confort a los pasajeros.
con otras piezas de madera.
·Un motor de combustión interna
en el diseño del automóvil. Fue en
en continua evolución desde el que
esta época cuando se populariza-
construyera el alemán Karl Benz.
ron los vehículos pequeños o utili-
· Una carrocería de madera y chapa
tarios y los vehículos compactos.
de acero, de formas bastante
Desde los años 80 hasta nuestros
angulosas y poco aerodinámicas.
días se ha incluido, además de los
Fue en la tercera década de este
factores señalados anteriormente, el
siglo cuando ya se universaliza el
criterio de seguridad pasiva como
empleo del acero como material
criterio fundamental de diseño.
para fabricar bastidores y carroce-
El concepto de carrocería tal y
rías. Los avances se sucedieron
como la conocemos hoy en día no
rápidamente y fue en estos mis-
es más que un perfeccionamiento
mos años cuando apareció la pri-
realizado sobre las carrocerías de
mera carrocería autoportante.
los años 30 y 40, resultante del
Durante varias décadas se estuvie-
desarrollo de las tecnologías de
ron fabricando las carrocerías bajo
fabricación, la aparición de mate-
unos mismos requisitos de funcio-
riales más ligeros y resistentes, y
nalidad y resistencia unidos a
el avance en el diseño industrial.
otros estéticos. Fue en 1973 con
Las mejoras introducidas durante
la primera crisis del petróleo
la presente década, se han realiza-
cuando surgió la necesidad de
do bajo el objetivo de conseguir
fabricar vehículos que consumie-
un
ran menos gasolina, por lo que se
(rigidez y resistencia) de la carro-
introdujeron la aerodinámica y el
cería que aporte un máximo nivel
peso como factores fundamentales
de seguridad en marcha.
comportamiento
mecánico
B4-03
5
“En algunos vehículos se cuenta con una estructura portante y resistente denominada chasis y una carrocería o cerramiento que sirve de hueco para el transporte de personas y cosas”.
TIPOS DE CARROCERÍA: C O N J U N TO S C A R R O C E R Í A E N
P R O F U N D I D A D
Y
CHASIS
La carrocería es una de las partes
Con este sistema se logra:
más importantes del automóvil. En
· Gran robustez y resistencia para
Las carrocerías descapotables Los vehículos descapotables, o “cabrios” tienen carrocerías con unas características especiales que las diferencian seriamente de aquellas que tienen techo.
un vehículo de tipo medio puede
La ausencia de techo y piezas asociadas (pilares, cimbras, montantes...) hace que los esfuerzos mecánicos deban ser soportados por un número menor de piezas, por lo que éstas deberán ser más resistentes. Dado que muchas de ellas no pueden modificarse, ya que son las mismas que se utilizan en las carrocerías cerradas, es necesario reforzarlas con otras piezas suplementarias. Ello hace que las carrocerías de muchos vehículos descapotables sean más pesadas que aquellas de los cuales derivan. Puede deducirse, entonces, que resulta ser una aberración técnica el cortar el techo de un vehículo y convertirlo en un divertido coche de paseo si no se realiza un refuerzo del resto de la carrocería.
transportar cargas elevadas.
representar aproximadamente un
· Elevada rigidez.
30 % del peso total. Pero no siem-
Sin embargo, este sistema tiene
pre ha sido así: en las primeras
algunos inconvenientes para los
décadas del siglo suponía un 70 %.
vehículos automóviles:
La causa está, fundamentalmente,
· Elevado peso. · Centro de gravedad alto. · Peor coeficiente aerodinámico. · Menor control sobre las zonas
en las distintas configuraciones de carrocería existentes, de las cuales analizamos las más importantes.
de deformación.
Carrocería y chasis separados
· Mayor coste de fabricación.
Se trata del sistema más antiguo, y ya no se usa en automóviles de
Carrocería y chasis plataforma
turismo (excepto algunos vehícu-
Con un concepto similar al expli-
los de recreo), habiendo quedado
cado anteriormente, el chasis está
relegado a camiones y vehículos
formado por un conjunto de cha-
industriales para transporte de
pas dobladas que conforman el
carga, así como vehículos todo-
suelo y toda la plataforma estruc-
terreno.
tural del vehículo, por lo que se
Básicamente consiste en un bas-
pierden los largueros como piezas
tidor formado por dos vigas o
independientes fabricadas con
largueros longitudinales unidos
perfiles.
por travesaños atornillados o
Sobre esta plataforma se ator-
soldados, el cual proporciona
nilla la carrocería al igual que
rigidez y resistencia al vehícu-
ocurría en el caso anterior.
lo. La carrocería se atornilla al
Este sistema se utiliza funda-
mismo al igual que el grupo
mentalmente en vehículos lige-
motopropulsor, dirección, sus-
ros de transpor te de mercancí-
pensión, etc .
as y algunos vehículos todote-
Al conjunto formado por el basti-
rreno, pero no en los turismos
dor y los órganos mecánicos se le
(excepto casos especiales). Tan
llama chasis. Por tanto, un vehículo
sólo algunos vehículos depor ti-
de estas características está for-
vos mantienen hoy en día esta
mado por chasis y carrocería.
configuración.
Chasis tubulares
zas al liberarlas de responsabilidad
Fueron los primeros intentos serios
estructural.
de sustituir los pesados chasis ante-
Este tipo de carrocerías se emplea
riores por estructuras esbeltas, tipo
en vehículos de competición, en
celosía, sobre las que atornillar las
los que la carrocería exterior
chapas exteriores de la carrocería.
tiene una misión meramente esté-
El entramado de tubos daba lugar
tica y aerodinámica y es necesario
a una estructura muy rígida y livia-
tener muy buena accesibilidad
na, permitiendo aligerar otras pie-
mecánica.
Existen diversos tipos de vehículos en los que una estructura resistente (chasis, plataforma o armazón tubular) sirve de soporte a los órganos mecánicos y a la carrocería.
B4-04
7
“En la carrocería autoportante un número elevado de piezas, consideradas estructurales, aportan rigidez y resistencia a todo el conjunto, con un ahorro de peso considerable y un aumento de la seguridad para los ocupantes”.
TIPOS DE CARROCERÍA: L A C A R R O C E R Í A A U TO P O RTA N T E En este tipo de carrocería no existe
dera de mayor responsabilidad
un conjunto de piezas que, en forma
estructural y son diseñadas de
El diseño La forma en que es diseñada una pieza tiene gran importancia en la cantidad de material que se utiliza posteriormente en su fabricación y, por lo tanto, en el coste y
de plataforma o bastidor, sean las
acuerdo a ese requisito.
encargadas de soportar todos los
Todas las piezas van unidas de
esfuerzos como ocurría en los
forma tal que son capaces de trans-
casos anteriores, sino que todo el
mitir esfuerzos entre ellas, esfuer-
en el peso. Si una viga metálica se diseñara simplemente de sección rectangular maciza, tendría una deformación determinada bajo una carga de flexión. Sin embargo, dándole la forma apropiada a la sección, y gastando la misma cantidad de material, la
conjunto de piezas puede decirse
zos que provienen del propio vehí-
que participan en mayor o menor
culo y de la carretera.
grado en el comportamiento global.
Este tipo de carrocerías presenta
El concepto básico de este tipo de
algunas ventajas importantes:
carrocería es el de una caja resis-
deformación bajo carga, también llamada flecha, puede ser mucho menor.
tente que a su vez sea autoportan-
· Son más ligeras. · Tienen el centro de gravedad
Este concepto de rigidez se aprovecha en los automóviles al diseñar las carrocerías autoportantes, de modo que tengan la máxima rigidez y el mínimo peso.
Por tanto, todos los esfuerzos
·Son de fabricación más económica.
mecánicos propios de las cargas
Básicamente existen dos tipos de
estéticas (peso de todos los com-
carrocería autoportante:
ponentes del vehículo, pasajeros y
· Autoportante unida por soldadu-
carga) y dinámicas (esfuerzos que
ra: en ella el número de piezas
aparecen en movimiento) sean
está reducido al máximo, ya que
absorbidos por la carrocería.
se pretende crear una caja o habi-
Este es el sistema más difundido
táculo lo más compacta posible.
E N
P R O F U N D I D A D
te, pudiendo prescindir del chasis.
entre los turismos.
más bajo.
·Autoportante con elementos des-
No obstante, algunas piezas sopor-
montables: diseñada para facilitar
tan mayores esfuerzos mecánicos
la reparación, tiene sus limitacio-
que otras, por lo que se las consi-
nes en los criterios de rigidez.
B4-05
En una carrocería con chasis separado, éste
CHASIS SEPARADO
se constituye en estructura resistente que puede compararse a una placa sobre la que actúa un peso. Sin embargo, en una carrocería autoportante todas las piezas estructurales absorben los
CARROCERÍA AUTOPORTANTE
esfuerzos, al igual que ocurre en una estructura de barras. Incluso, en este caso puede obtenerse una deformación menor con un peso de la estructura también inferior.
B4-06
Los semichasis
los que se atornillan y fijan los
En los últimos años se han venido
distintos órganos mecánicos tales
incorporando en muchos automó-
como parte motriz, dirección o
viles un pequeño chasis o subcha-
suspensión, aumentando la rigi-
sis complementario e indepen-
dez dinámica del conjunto, la segu-
diente de la carrocería, a la que se
ridad pasiva y alargando la vida
acopla rígidamente por medio de
de algunos componentes, además
elementos elásticos o silentblocks
de disminuir ruidos y vibraciones
fijados con tornillos.
y el tiempo total de montaje del
Es sobre estos semichasis sobre
vehículo en fábrica.
B4-07
Dibujo esquemático de un semichasis delantero o “cuna de motor”.
9
“En la construcción de las carrocerías intervienen materiales muy diversos, metálicos o plásticos, con propiedades diferenciadas según la aplicación a que se destinen”.
L O S M AT E R I A L E S
Y SUS
P R O P I E DA D E S
Tal y como hemos comentado ante-
la mayoría de los fabricantes en la
riormente, el acero se impuso
producción de carrocerías. Algunas
rápidamente como el material por
marcas lo utilizan en modelos de
excelencia en la construcción de
alta gama, tales como el AUDI A8
carrocerías. No obstante, se han
o vehículos especiales de los que
empleado otros materiales de
no se produce un elevado número
naturaleza plástica para aplicacio-
de unidades.
nes específicas en piezas que no estructural. Recientemente, algu-
Las propiedades mecánicas
nos vehículos de competición,
Como ya avanzamos anteriormen-
generalmente de Fórmula 1, vie-
te, un automóvil está sometido a
nen utilizando plásticos reforzados
esfuerzos mecánicos estáticos y
con fibra de refuerzo (general-
dinámicos, ocasionados por las
mente vidrio o carbono).
acciones que ejercen sobre él su
Otro metal que también puede
propio peso, el de los pasajeros,
utilizarse es el aluminio, el cual
la carga, y el firme. Estos esfuer-
aporta ligereza y excelentes pro-
zos deben ser soportados por la
piedades anticorrosivas. Sin embar-
carrocería y, por tanto, por los
go, sus inferiores propiedades mecá-
materiales con que se han cons-
nicas (excepto en el caso de alea-
truido sus piezas importantes,
ciones especiales) y su alto coste
también llamadas resistentes o
hacen que no sea considerado por
estructurales.
han tenido elevada responsabilidad
MATERIALES METÁLICOS
FÉRREOS
NO FÉRREOS
ACERO
ALUMINIO COBRE LATÓN ESTAÑO
NO METÁLICOS
PLÁSTICOS
TERMOPLÁSTICOS
TERMOESTABLES
Polipropilero (PP) Polietireno (PE) Policarbonato (PC) Acrilonitrilo (ABS) Polivinilo (PVC)
Poliéster reforzado: PRFV, GFRP SMC, BMC... Epoxi (EP) Poliuretanos (PUR)
OTROS
VIDRIO MADERA ELASTÓMEROS CAUCHO
B4-08
Cable de acero
Cable de fibra
B4-09
Resulta evidente comprobar que a
que un cable de acero es más rígi-
mayor calidad del material, menor
do que una cuerda de plástico
cantidad o espesor del mismo será
porque se deforma menos frente a
necesaria para fabricar una misma
un mismo esfuerzo que ésta. El
pieza y, por tanto, menor el peso
“módulo de elasticidad” de un mate-
resultante.
rial es indicativo de la rigidez del mismo: a mayor módulo elástico,
Rigidez y resistencia
más rígido.
Las propiedades mecánicas funda-
Al hablar de resistencia, sin embar-
mentales para caracterizar un mate-
go, nos referimos a la capacidad del
rial son su rigidez y su resistencia.
material para soportar un esfuerzo
Por rigidez entendemos la relación
sin romperse.
existente entre un esfuerzo mecá-
Tanto rigidez como resistencia se
nico y la deformación que éste
miden en unidades de fuerza/super-
produce en el material. Un mate-
ficie, también llamadas unidades de
rial más rígido que otro es aquel
tensión. Sin embargo, ya hemos visto
que necesita de la aplicación de
que son propiedades distintas.
mayor carga para producir la
Explicadas estas dos propiedades,
misma deformación. Así, decimos
no puede decirse cuál de las dos
Comparando un cable de acero con otro idéntico formado for fibras de vidrio podría verse que, al colgar de ambos un peso idéntico, el cable de acero se estiraría unas tres veces menos que el de fibra, lo que quiere decir que es tres veces más rígido. Sin embargo, independientemente de la deformación que se alcanzase, el cable de fibra soportaría un peso unas seis veces mayor, por lo que en este caso es el cable de fibra el más resistente.
11
es más importante: depende de la
geo metría de la dirección, medida
aplicación o de la pieza a conside-
generalmente en ángulos. Cuando
El aluminio en carrocería Las dos propiedades más importantes del aluminio frente a otros metales son su ligereza (casi tres veces más ligero que el acero) y su resistencia a la corrosión. Sin
rar. En unos casos interesará tener
esta geometría cambia, lo hace en
deformaciones pequeñas y enton-
mayor grado el comportamiento
ces diremos que la pieza se dimen-
del vehículo, pudiendo producirse
siona o diseña “a rigidez”, y en otros
un accidente. Los coches “blan-
embargo, conviene decir que sus propiedades mecánicas en algunos casos lo limitan, ya que no son tan elevadas como las del acero. Así, su módulo elástico (E = 70 GPa) indica que es unas tres veces más elástico que el acero, mientras que su límite elástico indica una resistencia de aproximada-
casos no será tan importante el que
dos” de carrocería son, por lo
la pieza se deforme como el que no
general, coches que se “retuer-
se rompa, por lo que se diseñará
cen” al tomar curvas muy cerra-
“a resistencia”.
das o a alta velocidad. Ante los
La rigidez es importante desde el
esfuerzos que aparecen sobre sus
mente 1500 kg/cm 2 frente a los 2600 kg/cm 2 de un acero normal. A su vez, la resistencia a la rotura por tracción es de
punto de vista del comportamien-
carrocerías, éstas ceden defor-
to en marcha. No debemos olvidar
mándose, por lo que se pierden
que sobre la carrocería van ancla-
las cotas de anclaje de la dirección
dos los órganos mecánicos, tales
y con ello su geometría. El vehícu-
como la dirección. De todos es
lo, entonces, tiene una marcha
conocida la impor tancia de la
inestable.
E N
P R O F U N D I D A D
aproximadamente 2000 kg/cm 2 frente a los 4200 kg/cm 2 del acero. Todo ello supone que para obtener un comportamiento mecánico similar, el espesor del material, debe ser superior si la pieza se hace en aluminio frente a la misma fabricada con acero. Sin embargo, y dado que las propiedades por unidad de peso o propiedades específicas son superiores, se obtiene un ahorro considerable del peso total. No obstante, las propiedades del aluminio puro pueden mejorarse si es aleado con pequeñas cantidades de otros elementos.
1. Esfuerzos de tracción/compresión.
2. Esfuerzos de flexión.
Ello encarece considerablemente el coste final, pero supone a su vez rebajar espesores y disminuir el peso final.
3. Esfuerzos de torsión.
4. Esfuerzos de cizalladura.
B4-10
“Las piezas de una carrocería están diseñadas para que durante la marcha normal no alcancen esfuerzos tales que produzcan deformaciones permanentes en las mismas”.
L A S D E F O R M AC I O N E S E L Á S T I C A DEFORMACIÓN ELÁSTICA
Y
PLÁSTICA
DEFORMACIÓN PLÁSTICA
B4-11
Deformación elástica y deformación plástica
permanente incluso cuando cese
Todo lo dicho anteriormente sirve
El tramo tensión-deformación en
para explicar una parte del com-
el cual no existen deformaciones
portamiento mecánico de un mate-
permanentes se denomina “zona
rial, pero todavía quedan propie-
elástica” de un material, mientras
dades importantes que definir.
que el tramo definido a partir del
Cuando un material es sometido a
límite elástico es conocido como
un esfuerzo, y por tanto a una ten-
“zona plástica” y dentro de ella se
sión, sufre una deformación. Si esta
encuentra el punto de rotura.
tensión es inferior a un determi-
Algunos materiales pueden tener
nado valor, conocido como límite
muy pequeña la zona elástica y
elástico, dicha deformación no es
muy grande la zona plástica y
permanente y se recuperarán las
otros al revés. Por ejemplo, la
dimensiones y forma originales
arcilla es un material que prácti-
cuando cese el esfuerzo. Sin embar-
camente no tiene zona elástica, y
go, si se sobrepasa este valor, que-
el vidrio es un material sin zona
dará una deformación residual
plástica.
la carga.
En función de cómo sean las solicitaciones mecánicas sobre una pieza cualquiera, e incluso una carrocería si se la considera globalmente, pueden aparecer sobre la misma los siguientes modos de trabajo conocidos como “estados tensionales”.
13
“El acero es el material más ampliamente empleado en la construcción de carrocerías, debido a su bajo coste y excelentes valores de rigidez y resistencia”.
E L AC E RO El hierro (Fe) es un elemento químico metálico que en su estado más puro tiene bajas propiedades mecánicas: poca resistencia a la rotura, bajo módulo de elasticidad o rigidez, alta ductilidad, etc. Sin embargo, a partir del mismo, y por adición de carbono (C) y otros elementos se obtienen otros importantes productos industriales. Si la cantidad de carbono presente junto al Fe es inferior al 2 % se tendrán aceros, mientras que para valores superiores los productos resultantes son las fundiciones. El límite máximo de Carbono que
Esfuerzo (σ)
σr
puede combinarse con el Fe es, a
Resistencia máxima
efectos prácticos, del 5 %. A partir
Límite elástico
de este valor, el carbono aparece
σe
como pequeños núcleos de color Punto de rotura
negro que son gránulos de grafito, indicativos de que se ha superado el límite máximo de contenido en carbono de la fundición. Los aceros, además, suelen tener pequeñas proporciones de otros
Zona plástica Zona elástica
elementos tales como manganeso
Deformación (ε)
(0,5 %), silicio (0,2 %), y pequeñas B4-12
cantidades de fósforo, azufre o cromo, que le proporcionan propiedades resistentes o anticorro-
El acero es un producto siderúrgi-
sivas específicas.
co obtenido a partir de la meta-
No obstante, para una misma
lurgia del hierro. En España se
composición química pueden
fabrica al mes casi un millón de Tm
tenerse aceros con comporta-
de acero, y en el mundo unos 500
mientos muy diferentes. Entre los
millones de Tm.
factores independientes de la
composición química que deter-
que el del frío es endurecer.
minan las propiedades mecánicas
Con un tratamiento en frío puede
pueden citarse:
aumentarse la resistencia a trac-
· Método de obtención del acero. · Tratamientos mecánicos en frío o
ción hasta en un 80 %, si bien nor-
en caliente.
a) Chapa para embutición.
malmente el valor aceptable de incremento es del 20 %.
· Tratamientos térmicos.
La chapa utilizada en automoción
Principios básicos de los tratamientos mecánicos
de acero de bajo contenido en car-
Los tratamientos mecánicos son
conformable y apto para embutición
de gran importancia en automo-
al que se le aportan propiedades
ción debido a que son los que pro-
mecánicas mediante la laminación
porcionan adecuadas propiedades
a temperatura ambiente, conside-
a la chapa utilizada en la fabricación
rada como un tratamiento mecánico
de piezas de carrocería.
en frío. Manteniendo unas excelen-
Hablando de forma general puede
tes propiedades mecánicas, llega a
decirse que el efecto del calor sobre
presentar una capacidad de defor-
los metales es ablandar, mientras
mación plástica de hasta el 40 %.
proviene de la laminación en frío bono (0,7 - 1,5 %), muy maleable,
Fuerza aplicada
b) Chapa no embutible.
B4-14
Conformidad, maleabilidad y aptitud para la embutición son propiedades muy ligadas entre sí, que tienen que ver con la capacidad de la chapa para deformarse plásticamente sin romperse.
Indentador esférico
La dureza y el durómetro La dureza es una medida indicativa de la resistencia de un metal al rayado, y también a la deformación plástica permanente.
Diámetro de la huella
Se mide realizando un ensayo de penetración con un indentador esférico, piramidal o cónico con una fuerza fija, y midiendo posteriormente la huella dejada en el material. Material de ensayo B4-13
15
“La necesidad de disminuir el peso de las piezas obliga a diseñar piezas con chapa de menor espesor, utilizando aceros especiales denominados ALE”.
L O S AC E RO S
DE
A LTO L Í M I T E E L Á S T I C O En general, cuando se diseña una
en una determinada pieza depen-
pieza, se consideran solamente las
de, fundamentalmente, de la ten-
propiedades del material en su
sión que pueda admitir o de su
zona elástica. Es decir, se procura
límite elástico, más incluso que de
que la tensión de trabajo a que se
la tensión de rotura.
la obliga a trabajar sea inferior a
Haciendo balance de todo lo dicho
su límite elástico.
hasta ahora, podemos decir que la
Ello no significa, sin embargo, que
chapa de acero debe tener resis-
se desprecie el valor de la tensión
tencia y rigidez para soportar
de rotura, el cual es importante a
grandes esfuerzos y no deformar-
efectos resistentes en la seguridad
se demasiado. Una pérdida de
pasiva de la que hablaremos más
estas propiedades hace que deba
adelante.
aumentarse el espesor de la chapa
Por tanto, el espesor del material
para obtener los resultados bus-
En un gráfico esfuerzo-deformación comparativo entre dos aceros, uno común y otro “ALE”, puede comprobarse que la diferencia fundamental entre ellos, no es otra que su mayor valor del límite elástico. Es decir, es capaz de deformarse bajo cargas mayores sin presentar por ello deformaciones permanentes.
Esfuerzo (σ)
Curva tensión-deformación de un acero de alto límite elástico
Límite elástico Límite elástico Curva tensión-deformación de un acero común
α Zona elástica
Deformación (ε)
Zona elástica “ALE” B4-15
cados, con lo cual aumenta el peso y éste es un efecto no deseado.
ACERO COMÚN CON POCA ZONA ELÁSTICA
La necesidad de rebajar espesores para disminuir pesos hace deseable trabajar con materiales de elevado límite elástico. La razón es que la propiedad mecánica de un material que se utiliza al calcular una pieza es el valor de tensión a partir del cual se producen deformaciones permanentes. Manteniendo este valor elevado, se consigue que la pieza soporte ACERO A.L.E.
esfuerzos mayores sin deformarse plásticamente . O dicho de otro modo, los mismos esfuerzos pueden sopor tarse con cantidades menores de material. Por este motivo, algunas piezas están fabricadas con aceros tipo ALE o de alto límite elástico, lo que no tiene por qué ir asociado a que su resistencia a rotura tenga que ser mucho mayor, sino que su
B4-16
zona plástica es más pequeña. Es decir, presentan menos deformación permanente antes de romper-
posiciones y procedimientos espe-
se; o dicho de otro modo, son más
ciales, y cualquier reparación de las
frágiles, aunque la carga de rotura
chapas con ellos fabricadas debe
sea la misma.
garantizar las propiedades inicia-
Suponiendo que la carrocería de
les, lo cual sólo se consigue si se
un vehículo deba soportar unos
repara de una determinada forma,
esfuerzos determinados, con este
fundamentalmente no aplicando
tipo de aceros puede disminuirse
calor a los mismos (por su elevada
el espesor de la chapa y, con ello,
templabilidad), reparando en frío y
el peso total.
soldando únicamente según las
Estos aceros se fabrican con com-
especificaciones del fabricante.
17
“El diseño de un automóvil no sólo debe tener en cuenta los requerimientos de uso del mismo sino también los condicionantes de fabricación necesarios para obtener la máxima calidad al menor coste”.
E L P R O C E S O D E FA B R I C AC I Ó N : D I S E Ñ O Y E S TA M PA C I Ó N E N
P R O F U N D I D A D
Los elementos finitos En el cálculo de estructuras y piezas de carrocería se utilizan programas informáticos de cálculo basados en la técnica de los elementos finitos. En primer lugar se realiza una discretización finita de la pieza, consistente en dividirlas en trozos muy pequeños a los cuales se pueden aplicar las ecuaciones clásicas de comportamiento elástico-resistente en función de la geometría, cargas y propiedades del material. Una vez realizado este “mallado” se aplican cargas exteriores en algunos de esos pequeños materiales y se estudia cómo se deforman y cómo pasan las cargas a sus inmediados adyacentes, y éstos a su vez a los siguientes y así sucesivamente. De este modo se puede encontrar la deformada macroscópica de la pieza, así como puntos en los que el esfuerzo es crítico y por tanto susceptible de producir rotura. Todo ello con la rapidez característica de los ordenadores modernos.
El diseño
El proceso de embutición
Una de las primeras fases en el
La chapa de acero puede ser sumi-
diseño de un automóvil es la defi-
nistrada al fabricante de automóvi-
nición de la línea exterior de la
les o bien en forma de rollos o
carrocería. Una vez que los estilis-
bien
tas han terminado esta tarea, se
según las piezas a estampar.
lleva a cabo su modelización a
En el primer caso es necesario
diferentes escalas con materiales
pasarla por una serie de rodillos
tales como arcilla o escayola. A
para quitarle la curvatura y dejarla
partir del modelo definitivo, se
plana. Una vez hecho esto, es
sacan los planos de las piezas de
necesario proceder al recorte de
carrocería y se procede al cálculo
los trozos para ser introducidos
de las que se consideran estructu-
en la cadena de embutición.
rales, muchas de ellas no visibles
En el segundo caso, las chapas
exteriormente.
llegan prerrecortadas y se evita que
Además del cálculo, se realizan
el fabricante del automóvil realice las
todos los trabajos tendentes a
operaciones anteriores, con lo que
definir el proceso de fabricación y
se ahorra en material de desecho,
ensamblado de las piezas.
tiempo y volumen de almacenaje.
en
palets
prerrecortada
B4-17
B4-18
EMBUTICIÓN CON UNA PRENSA TRANSFER
1.
2. Matriz
Chapa de acero
3.
4.
Puerta
B4-19
Cada chapa es introducida en el
nas formas no pueden obtenerse
interior de una prensa tipo Transfer.
con un solo golpe, sino que es
Este tipo de prensa tiene en su
necesario diseñar adecuadamente
interior varias matrices, cada una
la forma de las matrices para per-
encargada de realizar un paso del
mitir que el material “fluya” plásti-
reconformado de la pieza, la cual es
camente sin alcanzar la rotura.
desplazada automáticamente entre
Puede comprenderse el tamaño
matriz y matriz.
de una de estas prensas, de hasta
La razón de proceder al reconfor-
1 2 metros de altura y 1 5 o 20
mado en varios pasos es que algu-
de longitud.
En una prensa Transfer una puerta es embutida en varios pasos, consiguiendo en cada uno de ellos que el acero “fluya” y se deforme progresivamente hasta adquirir la forma definitiva.
19
“Las uniones de las carrocerías pueden clasificarse en tres grandes grupos: soldadura, uniones atornilladas y uniones por adhesivos. Cada una de ellas presenta propiedades específicas y aporta una serie de características a la carrocería autoportante”.
E L P R O C E S O D E FA B R I C AC I Ó N : EL ENSAMBLADO Una vez que las distintas piezas
lugar al armazón o parte estructu-
han sido estampadas, es necesario
ral de la carrocería a la cual se
Las uniones por adhesivo Al diseñar y construir una carrocería autoportante se piensa en que el acero con el que está construida cada pieza soporte niveles de carga equivalentes. De esta
proceder a su unión para confor-
unen otras piezas exteriores, fijas
mar la estructura de la carrocería.
o móviles.
En algunos casos se unen varias de
Al final, son cinco los conjuntos de
ellas para componer una pieza más
partes en que puede dividirse una
transmisión de esfuerzos se encargan fundamentalmente los puntos y cordones de soldadura. Sin embargo, este tipo de uniones suponen la concentración local de esfuerzos. Este problema es resoluble mediante las uniones encoladas, en las cuales la trans-
compleja, como es el caso de la
carrocería y que veremos en el
unión por soldadura de varias cha-
siguiente capítulo:
pas para formar una parte de un
misión de tensiones se “reparte”, algo que tiene mucha influencia, por ejemplo, cuan-
diferentes, son las uniones solda-
do ocurre un siniestro y es necesario involucrar en la deformación al mayor número de piezas posible. L o s a d h e s i v o s ge n e ra l m e n t e u t i l i z a d o s son de naturaleza “epoxi”, generalmente bicomponentes, debido a su excelente resistencia al ataque químico, excelentes
más empleados. La soldadura pro-
· Paneles exteriores. · Armazón central y posterior. · Armazón anterior delantero. · Armazón del piso. · Puertas, capós y otras piezas.
propiedades mecánicas y buenas propiedades de aplicación.
porcionan una excelente reparabi-
E N
P R O F U N D I D A D
larguero. De los distintos tipos de uniones das y las uniones atornilladas los porciona alta resistencia mecánica y buena transmisión de esfuerzos entre las distintas piezas. Las uniones atornilladas, sin embargo, pro-
Una vez que la carrocería ha sido ensamblada, se la dota de los productos anticorrosivos necesarios para protegerla contra la oxidación durante muchos años. Estos
lidad tras un siniestro.
procesos incluyen la inmersión en
La unión, en general mediante sol-
baños de cataforesis que garanti-
dadura por puntos, de varios sub-
zan la protección incluso de las
conjuntos y de otras piezas da
zonas más escondidas.
La introducción de los robots en las cadenas de montaje supone una rapidez y exactitud de ensamblado difícil de conseguir por otros medios.
DB4-20
Tabla de ventajas y desventajas de uniones CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS PROCESOS DE UNIÓN
UNIONES DESMONTABLES
UNIONES ATORNILLADAS
· Fácil desmontaje · Altas concentraciones de tensiones
UNIONES PERMANENTES
SOLDADURA
· Desmontaje destructivo · Concentración de tensiones en el caso
ADHESIVOS
· Desmontaje muy dificil · Distribución uniforme de esfuerzos
de soldadura por puntos
· Aspecto de la unión
· Buen aspecto de la unión
· Aspecto de la unión
· Ejecución de la unión
· Ejecución de la unión
· Tiempo de ejecución
con discontinuidades
relativamente lenta
en algunos casos
relativamente rápida
excelente
dependiente del tiempo de curado del adhesivo
· Posibilidad de unir
cualquier tipo de material
· Posibilidad de unión
limitada a materiales
· Posibilidad de unir entre sí materiales diversos
capaces de fundir
· Alta resistencia
· Alta resistencia
· Resistencia
· Ausencia de preparación
· Escasa preparación previa
· Muy importante
a la temperatura
previa de los materiales
a la temperatura
de los materiales a soldar
a unir
· Equipamiento
prácticamente inexistente
a la temperatura limitada
la preparación previa de las superficies a unir
· Equipamiento caro, difícil
· Equipamiento
· Portabilidad
· Portabilidad de la unión
de manejar y costoso
relativamente barato
o de muy bajo coste
· Portabilidad
de la unión inmediata
de la unión relativa
relativa
21
“La carrocería autoportante está formada por numerosas piezas de chapa ensambladas entre sí, bien sea mediante métodos permanentes de unión tales como soldadura o mediante uniones desmontables o atornilladas”.
LAS PIEZAS
DE UNA
CARROCERÍA
Capó
Aleta
Panel frontal Chapa salpicadero
B4-21
Piezas movibles y amovibles
de los órganos mecánicos en el
Como se ha indicado anteriormen-
estructura pueden encontrarse, a
te, una carrocería autoportante
su vez, varias subestructuras:
está formada por muchas piezas de
· Vano motor y frente. · Laterales, techo. · Piso habitáculo y maletero.
chapa unidas entre sí para transmitir los esfuerzos y propor-
vano motor. Dentro de esta macro-
cionar rigidez y resistencia a todo
El suelo o piso es, quizás, una de
el conjunto.
las partes estructurales más
Atendiendo a la forma de unión,
importantes. Está formado por
encontramos que aquellas piezas
chapas de acero que, embutidas
amovibles son piezas cuya unión
con formas especiales y una vez
es permanente y no desmontable,
soldadas entre sí, forman una
lo que significa que dicha unión
serie de cajeados o largueros y
debe “romperse” para poder sepa-
travesaños en forma de vigas o
rar las piezas implicadas en la
perfiles que son las que propor-
misma. Generalmente se trata de
cionan una rigidez elevada a toda
uniones soldadas.
la plataforma.
Las piezas amovibles forman, bási-
El suelo está unido a una estructu-
camente, la parte estructural de la
ra que encierra al habitáculo y que
carrocería y conforman la zona
está formada por los pilares, mon-
del habitáculo y la zona soporte
tantes laterales, montantes de
techo, etc . Todo este armazón
el revestimiento exterior del
d e f i ne la forma del habitáculo
vehículo y son:
y
· Aletas. · Revestimiento interior del para-
actúa de rigidizador global.
Además, en caso de accidente proporciona seguridad a los ocupantes y garantiza el espacio de s u p e r v i ve n c i a d e los mismos. Más adelante hablaremos de la importancia de la carrocería autoportante en la seguridad pasiva. Por otro lado, las piezas o elementos movibles son todas aquellas
brisas.
· · Techo. · Panel trasero. · Panel delantero. · Montantes. · Pilares y cimbra. · Estribo.
Marco del parabrisas.
cuyas uniones son desmontables
El armazón central y posterior es
sin dañar la pieza. Dentro de este
la estructura que da rigidez a la
grupo entrarían puertas (unidas
parte trasera de la carrocería, y
por pasadores a bisagras), capós,
está formada por:
aletas, paragolpes, etc.
· Pasarruedas interiores y exte-
Por tanto, puede verse que, exceptuando aquellas piezas con elevada responsabilidad
estructural, se
tiende a unir el resto con uniones de tipo atornillado, en aras de una reparabilidad más rápida y barata. Los paneles exteriores forman
riores.
· Largueros. · Travesaños. · Traviesas. · Bandejas. · Refuerzos. · Montantes traseros.
Aleta trasera B4-22
23
Pasarruedas delantero
Larguero superior pasarruedas
Larguero delantero
B4-23
El armazón anterior o delantero es una zona muy reforzada, prevista para la sustentación del motor y
y piso posterior.
· Refuerzos para travesaño deformación.
otros órganos tales como la direc-
Las planchas del piso son paneles muy
ción, caja de transmisión y direc-
estudiados para conseguir el máximo
ción. Los principales componentes
de rigidez y resistencia a flexión de
que lo forman son:
toda la carrocería y el máximo apro-
· Largueros. · Chapa salpicadero. · Otras piezas: traviesas, placas...
vechamiento del espacio disponible.
El armazón del piso es la parte que
puertas y capós como piezas a las
constituye el suelo del automóvil, y lo
que cada vez se les requiere un
forman un conjunto de planchas sol-
mayor número de condicionantes de
dadas a los largueros y travesaños.
la seguridad pasiva. En el caso de las
En él deben distinguirse dos partes:
puertas, para impedir la intrusión de
· El piso del habitáculo. · El piso trasero o posterior.
las mismas contra los pasajeros. A
La parte posterior del piso suele
un grado de plegamiento predeter-
estar formada por:
minado durante un golpe.
· · Largueros posteriores. · Traviesas unidas al panel trasero
Por último, debe considerarse como
Piso de maletero.
Además de todas las piezas indicadas anteriormente, deben citarse las
los capós, por otro lado, se les exige
pieza de la carrocería, aunque no sea metálica, al parabrisas o luna delante-
Alojamiento piloto
Panel posterior inferior
Panel posterior
Pasarruedas trasero
Lateral Larguero trasero Panel posterior
Traviesa piso trasero Piso trasero
B4-24
ra. En los vehículos actuales se trata
los templados. El hecho de que mayo-
de una pieza fabricada con vidrio
ritariamente se pegue a la carrocería
laminado para impedir su rotura en
hace que le aporte a la misma un
pequeños trozos como ocurre con
grado de rigidez importante.
Techo
Traviesa posterior techo
Cimbra
B4-25
Panel lateral interior Traviesa anterior techo
Larguero techo Larguero interior Travesaño asiento Estribo Traviesa salpicadero
Pilar A
25
“Una carrocería tiene una forma y dimensiones específicas que deben conservarse incluso en movimiento para que el vehículo tenga un comportamiento en marcha adecuado”.
GEOMETRÍA
Y
SISTEMAS
DE
REFERENCIA
La forma y las dimensiones
De no ser así no se podrían man-
Cuando se diseña una carrocería,
dirección previstas para que el
se la dota de una forma y dimen-
compor tamiento dinámico del
siones concretas que se establecen
vehículo fuera el adecuado.
dentro de unos márgenes o tole-
Lo mismo ocurre con las distintas
rancias aceptables, siendo en algu-
piezas que forman la suspensión.
nos puntos, estrictos y ajustados.
Si sus puntos de sujección no se
Los órganos mecánicos responsa-
encuentran en las posiciones
bles de la marcha del vehículo,
exactas, pueden inducirse sobre
dirección y suspensiones deben ir
determinadas piezas esfuerzos
alojados y sujetados de forma
indeseados, los cuales pueden
exacta en puntos concretos, para
sobrecargarlas en exceso y llegar
garantizar su correcto funciona-
a deformarlas o incluso provocar
miento así como su durabilidad.
su rotura.
tener, por ejemplo, las cotas de
PLANOS DE REFERENCIA
P. longitudinal o de simetría
P. transversal
P. horizontal
B4-27
Los puntos esenciales y puntos de referencia
Los sistemas de referencia
El fabricante considera una serie
cio de un punto cualquiera suele
de puntos como puntos esenciales
utilizarse un sistema de coordena-
de la carrocería, los cuales deben
das como sistema de referencia.
estar situados en posiciones deter-
Las cotas o valores numéricos que
minadas dentro de los márgenes
posicionan ese punto dependen,
mencionados anteriormente.
por tanto, del sistema de coorde-
Independientemente de todo ello,
nadas elegido.
en cualquier carrocería pueden
Existen muchos sistemas de refe-
encontrarse puntos de referencia
rencia que pueden utilizarse para
que, aun sin ser puntos esenciales,
posicionar puntos en el espacio,
pueden servir para definir algunas
pero quizás el más extendido en
propiedades geométricas de la
ingeniería sea el sistema de coor-
misma.
denadas cartesianas.
Para definir la posición en el espa-
Los planos de referencia delimitan la geometría del vehículo, facilitando la reparación.
27
“La medición de las cotas de una carrocería debe realizarse utilizando equipos adecuados y siguiendo las directrices marcadas por el fabricante del vehículo”.
L A S C OTA S
DE UNA
CARROCERÍA
En el caso de las carrocerías se uti-
Por último, el plano transversal
lizan sistemas cartesianos forma-
sirve de referencia para encontrar
dos por tres ejes perpendiculares
las coordenadas longitudinales
que forman una referencia tridi-
de cada punto, y permite detectar
mensional. Estos ejes, a su vez, defi-
variaciones (en general acorta-
nen tres planos perpendiculares
mientos) de la longitud de la
entre sí. Las distancias mínimas a
carrocería.
que se encuentra un punto de estos
A (4,2,3) B4-28
En un sistema cartesiano de referencia cualquier punto del espacio puede situarse y definirse con tres valores o coordenadas (x, y, z).
tres planos son sus coordenadas.
Comprobaciones relativas
Una de las utilidades más impor-
No obstante, si bien hemos habla-
tantes de este sistema es que
do hasta ahora de la existencia de
puede conocerse rápidamente la
puntos esenciales y característicos
posición relativa entre dos puntos
de una carrocería, es necesario en
cualesquiera.
cualquier modo poder medirlos o, cuando menos, realizar algunas
Los planos de referencia
comprobaciones antes, durante y
Uno de los planos más importan-
después de una reparación.
tes es el plano longitudinal o
Las herramientas que permiten
plano de simetría respecto del
realizar estas mediciones son:
cual deben estar situados de igual
· Compás de puntas graduable. · Bancada.
modo puntos homólogos de cada lado de la carrocería. Al medir, es
El compás de puntas graduable
necesario encontrar que los pun-
sirve para conocer la distancia
tos medios de puntos homólogos
relativa entre dos puntos. Se trata
se encuentran todos en este plano
de una herramienta o instrumento
dentro de una tolerancia.
de fácil manejo muy útil para
El otro plano importante es el
detectar en una inspección varia-
plano horizontal sobre el que se
ciones de distancias. Se trata de
mide la altura o coordenada z de
un instrumento valioso como pri-
cada punto. La base de una carro-
mera aproximación a los daños
cería debe ser “plana” entendien-
sufridos por una carrocería.
do como tal que todos los puntos de la misma tienen su coordenada
Los sistemas de medición
z adecuada. Midiendo sobre este
Dado que al proceder a una repa-
plano pueden encontrarse defor-
ración debe reintegrarse el esta-
maciones por torsión o flexión de
do del vehículo lo más posible a
la carrocería.
su estado original, es necesario
“colocar en cotas” la carrocería.
unos útiles que determinan puntos
Para conseguirlo, existen unos sis-
espaciales en posiciones exactas.
temas de medición de tipo univer-
Con esos puntos debe ser posible
sal que pueden utilizarse antes
hacer coincidir los puntos de la
(diagnosis), durante y después
carrocería que sirven de control.
(verificación) de la reparación.
Sin embargo, con el segundo siste-
Básicamente, pueden establecerse
ma los puntos de medición, colo-
dos grandes grupos de sistemas
cados sobre “reglas”, se hacen
mecánicos de medición o control
coincidir con los puntos reales de
con su correspondiente bancada
la carrocería. Si la lectura que
de estiraje:
marcan las reglas coincide con la
· · Sistema de medidas o universal.
que indica el fabricante del vehícu-
De entre los sistemas homologa-
lo está “dentro de cotas”.
dos por SEAT, la bancada Celette
No obstante, recientemente han
con los útiles MZ se encuadraría
aparecido sofisticados sistemas de
en el primer grupo, mientras que
medición basados en técnicas de
el Metro 2OOO de la misma
luz láser o de ultrasonidos, capa-
marca sería el sistema de medi-
ces de medir una carrocería de
ción por reglas o universal.
forma fiable, rápida y exacta. Son
En el primer caso se crea una
los denominados “sistemas de
“plantilla” en el espacio mediante
medición electrónicos multipunto”.
Sistema de utillajes.
lo, puede afirmarse que el vehícu-
Los puntos más importantes que deben comprobarse en una carrocería se refieren, generalmente, a los de su base y puntos de anclaje de suspensiones, dirección y grupo motopropulsor.
B4-29
29
“Una carrocería debe contribuir a la seguridad aportando estabilidad en marcha y garantizando la máxima protección de los ocupantes en el caso de que se produzca un accidente”.
L A S E G U R I DA D A C T I VA
DB4-30
Y EL
M OV I M I E N TO
La Seguridad
cuidado, unos neumáticos en buen
La seguridad es uno de los factores
estado o unas suspensiones equili-
que más influyen durante el diseño
bradas entre confort y agarre for-
de un automóvil y, por tanto de su
man parte de todo lo que puede
carrocería. Seguridad es todo aque-
encuadrarse dentro de la seguri-
llo que contribuye a que no se pro-
dad activa.
duzca un accidente o que minimiza
No obstante, aspectos que en oca-
los daños una vez que éste ha ocu-
siones se consideran menos impor-
rrido. De esta definición se dedu-
tantes como son la comodidad
cen los dos tipos de seguridad bási-
interior, la ergonomía del puesto
cos: seguridad activa y seguridad
de conducción o la visibilidad dis-
pasiva respectivamente.
minuyen la fatiga del conductor y contribuyen, por tanto, a la seguri-
La seguridad activa
dad activa. Forman parte de lo que
Dentro de la seguridad activa
se ha empezado a llamar “seguridad
puede incluirse todo aquello que,
psicológica”.
de un modo u otro, mejora la con-
Además de todo lo expuesto, la
ducción, evitando por tanto la
carrocería también participa en la
posibilidad
s i n i e s t ro.
seguridad activa. Una carrocería
Mecanismos tales como una direc-
bien diseñada produce pocos ruidos
ción precisa y cómoda, unos fre-
aerodinámicos, es rígida y facilita el
nos eficaces y resistentes, un
trabajo a la dirección y a las sus-
motor potente capaz de sacar de
pensiones, mejorando con ello la
un apuro a un automovilista des-
seguridad dinámica.
de
un
DB4-31
E N
Ep= Energía potencial
P R O F U N D I D A D
La energía cinética La energía de movimiento o cinética de un móvil depende de la masa del mismo y de su velocidad según la siguiente fórmula: Energía cinética = Ec
Altura
Ec= Ep
E c = 1 m v2 2 donde: E c = energía cinética. m = masa.
Energía cinética = Ec
Energía de rozamiento disipada en los frenos = Er
Ec = E r
v = velocidad. Por tanto un móvil que se mueva a la misma velocidad que otro, pero que pese el doble, tendrá el doble de energía cinética. Sin embargo, si un automóvil igual a otro se mueve el doble de rápido, su energía será... ¡4 veces mayor!
Energía cinética = Ec Ec= Ed
Energía de deformación
B4-32
Seguridad pasiva
Dado que la energía no puede cre-
No obstante, donde más interviene
arse ni destruirse , sino simple-
la carrocería de un vehículo es en
mente transformarse, cuando el
el caso de que se produzca un
vehículo pierde velocidad esta
siniestro, ya que en ese caso tiene
energía cinética se transforma en
la misión de proteger a los ocupan-
otro tipo de energía.
tes impidiendo que estos sufran
Si la pérdida de velocidad se ha
daños o minimizando los mismos
producido por la acción de los fre-
en el caso de que sean inevitables.
nos, la transformación ha sido hacia energía calorífica que se ha
El concepto de energía
disipado al ambiente. Sin embargo,
Cuando un automóvil se encuentra
si se ha producido
circulando, por el simple hecho de
ción de una cuesta, el cambio se
estar moviéndose tiene cierta can-
ha almacenado en el vehículo en
tidad de energía conocida como
forma de energía potencial (Ep=
energía cinética o de movimiento.
peso x altura).
por la apari-
31
“En caso de accidente, la energía de movimiento de un vehículo debe ser absorbida por la carrocería como energía de deformación”.
L A S E G U R I DA D P A S I VA
Y LA
D E F O R M AC I Ó N
Cuando un vehículo sufre un acci-
absorción de energía, ocurriría
dente, es evidente que la energía de
que un choque sería perfectamen-
movimiento que tenía no puede
te elástico, lo que supondría un
perderse al perder velocidad, sino
choque mucho más violento ya
que lo que ocurre es que se trans-
que los cuerpos tienden a no per-
forma en energía de deformación o
der velocidad sino a cambiar la
trabajo invertido en doblar la chapa.
dirección de la misma, tal y como
Si imaginamos la chapa de acero
ocurre con las bolas de billar. En
El trabajo también es algo equivalente a la energía y se mide, por tanto, en julios. El trabajo es un concepto energético que existe siempre que aparece una fuerza
como un muelle comprimido, la
el caso de un vehículo, ocurriría
energía necesaria para deformarla
que los daños sufridos por el
podría compararse a la necesaria
mismo serían mínimos, pero sus
aplicada sobre un punto en movimiento.
para comprimir un muelle , sólo
ocupantes recibirían un choque
que en este último caso esta ener-
mucho más violento y menos
gía es recuperable mientras que en
amortiguado.
el primero no.
SEAT, consciente de la importancia
Al igual que ocurre con un muelle,
de las carrocerías en lo que a segu-
a mayor capacidad de deformación
ridad pasiva se refiere, dota a las
de la carrocería, mayor capacidad
mismas de zonas de absorción de
de absorción de energía.
energía también llamadas de “defor-
Si no existiera dicha capacidad de
mación programada”. Estas zonas,
E N
P R O F U N D I D A D
Energía, calor y trabajo El calor es una forma más de energía. De hecho, existe una equivalencia entre la unidad de calor o “caloría” y la unidad de energía o “julio”. 1 caloría = 4,18 julios
Trabajo = fuerza x distancia. F
d
Cuando dos vehículos impactan contra un obstáculo rígido, el vehículo con más cantidad de masa debe transformar más cantidad de energía. Por lo que es necesario aumentar el grado de deformación.
en caso de impacto, se deforman
para una cantidad de energía dada.
progresivamente absorbiendo la
Actualmente la mayoría de los
energía cinética que tenía el vehícu-
fabricantes consideran que la capa-
lo en el momento del choque.
cidad de deformación debe supo-
El diseño de las mismas se hace
ner la absorción de la energía de un
siguiendo unas normas que pre-
vehículo que se mueve a 55 km/h.
tenden garantizar en un ensayo a
Dicho criterio podría cambiarse
50 km/h contra un obstáculo fijo y
haciendo más, por ejemplo, rígida
perfectamente rígido la máxima
la carrocería para que la absorción
deformación de la carrocería sin
fuera mayor, pero en ese caso los
afectar considerablemente al habi-
daños se producirían por decele-
táculo. Este criterio consigue que
raciones elevadas.
los daños corporales sean bajos,
Además de los choques frontales,
manteniéndose
de
se tiene en cuenta la protección
supervivencia y minimizando las
frente a vuelco, alcances posterio-
lesiones internas por deceleracio-
res o golpe lateral, de modo tal
nes elevadas.
que el habitáculo debe considerar-
Vemos, por tanto, que el diseño de
se como la última parte deforma-
las carrocerías supone un compro-
ble de una carrocería frente a
miso entre máxima deformación
cualquier siniestro.
el
espacio
E N
P R O F U N D I D A D
El tamaño y la seguridad Es un error considerar que entre dos coches modernos, el más grande es siempre más seguro. Esta es una verdad a medias que no se cumple cuando el vehículo impacta contra un obstáculo rígido como una pared o un árbol. La explicación radica en que un coche grande tiene más masa que uno pequeño y, por tanto, más cantidad de energía que liberar en un impacto. Dado que esa energía tiene que transformarse en energía de deformación y las únicas piezas deformables son las del propio vehículo, es necesario o bien aumentar el grado de deformación o bien la cantidad de masa (o número de piezas a deformar). Es decir, que dos coches idénticos pero hechos a escala el uno del otro, si impactaran los dos contra un muro a la misma velocidad, se deformarían también de igual modo relativo. No ocurre lo mismo si impactan dos vehículos entre sí y uno es considerablemente mayor al otro. En este caso la energía tiende a “repartirse” entre ambos y, por lo general, si los dos reciben los mismos daños, es evidente que éstos afectarán al habitáculo antes en el caso del coche pequeño. Un tratamiento diferente se merecen los daños internos padecidos por los pasajeros como efecto de las deceleraciones sufridas, que en general son mayores cuanto menor es la carrocería.
B4-33
33
“Cuando una carrocería ha sufrido un daño, el objetivo de la reparación es reintegrar a la misma todas sus propiedades originales, tanto estéticas, como relacionadas con la seguridad o con su durabilidad”.
L A R E PA R A C I Ó N
DE LA
CARROCERÍA
B4-34
La reparación
como mínimo igual al que pre-
En los capítulos anteriores se ha
sentaba de nueva.
expuesto de forma muy resumida
· Seguridad activa: la carrocería no
la complejidad de las carrocerías
debe ser menos rígida que cuan-
modernas y su importancia en el
do se fabricó.
comportamiento
dinámico
del
· Seguridad
pasiva: la protección a
vehículo y en la seguridad pasiva
los ocupantes debe garantizarse
proporcionada a sus ocupantes.
hasta el grado previsto por el fabri-
Por tanto, las reparaciones deben
cante, por lo que no se colocarán
realizarse de modo tal que se
refuerzos innecesarios, no se deja-
garantice una restauración al esta-
rán puntos débiles o asimetrías en
do original de las siguientes carac-
las propiedades mecánicas.
terísticas:
· Estética: el aspecto de la carrocería una vez reparada debe ser
· Durabilidad: una carrocería reparada no debería durar menos que una nueva.
Diagrama general de la reparación
CHAPISTERÍA
MECÁNICA ELECTRICIDAD CARROCERÍA
ZONA DE RECEPCIÓN
CLIENTE
RECEPCIÓN
ENTREGA
LAVADO
PERITAJE ANÁLISIS-DAÑO
CONTROL DE CALIDAD
ELECCIÓN DEL PROCESO
LAVADO
RETOQUES FINALES
PRUEBA
DESMONTAJE
MONTAJE
REPARACIÓN CARROCERÍA
BANCADA
PINTURA
CAMBIO REPARACIÓN PIEZAS
PREPARACIÓN DE SUPERFICIES
PINTURA
PREPARACIÓN DE PIEZAS
35
El análisis de los daños
en los ángulos indicativas de que
Cuando un automóvil ha sufrido
se han modificado las posiciones
un accidente que ha producido
de anclaje de la misma a la carro-
deformaciones permanentes y
cería. Ello indicará inevitable-
debe procederse a su reparación,
mente que ésta ha sufrido varia-
la primera de las operaciones a
ciones o deformaciones perma-
realizar es la diagnosis del estado
nentes en el impacto.
del vehículo, en especial la inspección del estado de su carrocería y órganos mecánicos. La apariencia
· Verificación de las diagonales
exterior del siniestro no es indica-
Tal y como hemos tratado en un
tiva del alcance real de los daños.
capítulo anterior, pueden definir-
Un proceso correcto y exhaustivo
se en una carrocería puntos
de análisis de los daños es funda-
simétricos respecto al plano lon-
mental para poder elegir el méto-
gitudinal del vehículo. Escogiendo
do apropiado de reparación. A
cuatro de ellos, debe encontrar-
continuación se exponen los pasos
se la misma distancia entre dos
a seguir en dicho proceso:
puntos
no
simétricos
y
sus
homólogos. Si esto no sucede,
· La inspección visual y táctil Comprende:
· Comprobación
de las zonas afectadas.
del grado de
deformación de todas las piezas dañadas y próximas a ellas.
·
debe procederse a la reparación
Estimación de los daños sufridos por las partes estructurales de la carrocería.
· Analizar en función del golpe la posibilidad de que hayan sido dañadas otras piezas alejadas de la zona de impacto
· Verificación de la plataforma Algunas deformaciones no son fácilmente detectables por los métodos indicados anteriormente, ya que es posible que se mantengan las distancias relativas entre puntos pero sin embargo se haya deformado la carrocería. Tal es el caso de deformaciones por torsión o plegado.
· Verificación de la alineación de
Esta verificación puede realizarse
las ruedas
bien por medio de compases de
Un examen de las cotas de direc-
puntos o mediante una medición
ción puede revelar variaciones
en bancada.
· Verificación con plantillas
Un método rápido y exacto para
Establecimiento del método de reparación
comprobar el estado de la carroce-
El análisis del diagnóstico de daños
ría consiste en aplicar sobre ella
tiene como misión establecer la
unas plantillas patrón suministradas
posibilidad de la reparación.
por el fabricante para verificar si la
Los métodos de reparación a
carrocería se ajusta a las mismas. Se
utilizar vienen determinados
trata de herramientas fabricadas
por el estudio de los siguientes
específicamente para cada modelo y
factores:
deben ser ligeras, exactas y rígidas.
· Alcance de los daños. · Coste de sustitución de las pie-
Con los métodos descritos puede efectuarse una primera aproxima-
zas dañadas, resultante de cono-
ción al grado de deformación sufrido
cer el coste de los repuestos y
por la estructura de la carrocería.
de la mano de obra de la sustitu-
Seguidamente es necesario examinar el conjunto de piezas dañadas, lo que puede exigir, en ciertos casos, el desmontado de parte del vehículo.
ción.
·
Posibilidad de reparar en lugar de sustituir piezas dañadas.
· Medios disponibles de reparación.
B4-35
37
EJERCICIOS
DE
A U TO E VA L UA C I Ó N En los siguientes ejercicios de autoevaluación se plantean pruebas relacionadas con los temas tratados en este cuaderno básico. Al análisis de estos ejercicios le permitirán conocer el grado de comprensión. “Tenga presente que sólo hay una respuesta correcta por cada pregunta”. 1. Una carrocería autoportante carece de piezas estructurales. A. Verdadero. B. Falso. C. Depende del vehículo. 2. La carrocería autoportante es menos rígida que la que va unida a un chasis. A. Verdadero. B. Falso. C. La carrocería autoportante no va unida a ningún chasis. Tensión kg/cm2
3. Indicar el valor de resistencia del material representa-
4200
do en la gráfica.
3100 2600
A. 2600 kg/cm 2. B. 4200 kg/cm 2. C. 3100 kg/cm 2. Deformación
4. Indicar cual de las siguien-
Tensión
tes gráficas corresponde a B
un material más rígido.
A C
A. B.
Deformación
C.
5. La deformación plástica de un material se produce cuando: A. Es sobrecargado por encima de su límite elástico. B. Es sometido a un impacto. C. Tiene poca rigidez. 6. Todos los aceros de una carrocería son soldables en igual medida. A. Verdadero. B. Falso. C. Sólo los estructurales. 7. El acero utilizado en las chapas de carrocería es de bajo contenido en carbono. A. Cierto. B. Sólo los aceros ALE. C. Depende de la carrocería. 8. ¿Cuál de los siguientes aceA.
ros corresponde a un acero ALE?
1Tm
B.
1Tm
1.
A. B. 2.
1Tm
1Tm
1Tm
1Tm
3.
39
9. La estampación de la chapa para la fabricación de piezas de carrocería obliga a utilizar aceros: A. De alto límite elástico. B. Con alta ductilidad y conformabilidad. C. De alta resistencia. 10. ¿Cuál de los siguientes tiA.
B.
pos de unión es considerado como una unión “permanente”? A. B. C. Ninguna de las dos.
11. Las piezas con responsabilidad estructural se suelen unir por: A. Soldadura. B. Adhesivo. C. Tornillos y remaches. 12. Las cotas geométricas de una carrocería intervienen en: A. La seguridad pasiva. B. La seguridad activa. C. El control dimensional de la carrocería.
13. La rigidez de la carrocería interviene en la seguridad activa. A. Falso. B. Verdadero. C. Sólo en caso de impacto. 14. Indique cuál de los siguientes vehículos tiene mayor
A.
m = 800 kg v = 100 km/h
B.
m = 1600 kg v = 50 km/h
capacidad de absorción de energía, teniendo en cuenta que ambos se han deformado lo mismo. A. B.
15. Las zonas de deformación programada se sitúan en: A . La parte delantera. B. La parte trasera. C . Ambas son ciertas.
S OLUCIONES :
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1: B - 2: B - 3: B - 4: A - 5: A - 6: B - 7: A - 8: B - 9: B - 10: A - 11: A - 12: B - 13: B - 14: A - 15: C
PAPEL ECOLOGICO
SERVICIO AL CLIENTE Organización de Servicio Estado técnico 11.96. Debido al constante desarrollo y mejora del producto, los datos que aparecen en el mismo están sujetos a posibles variaciones. El cuaderno es para uso exclusivo de la organización comercial SEAT. ZSA 63807977002 CAS04CB ENE. ‘97 70-02
