Procesos de manufactura Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP) Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL) Guayaquil - Ecuador
[email protected] Nombre: Christian Federico Garzón Noboa
Grupo: José Roberto Pazmiño Yépez Christian Federico Garzón Noboa Cristhian Andrés Zúñiga Ruiz
Tema: Proceso de manufactura de la carrocería, puerta del automóvil
INTRODUCCIÓN: El proceso de fabricación de la puerta de un automóvil comienza con bobinas de acero al carbono o aluminio, según se requiera. Una máquina entonces lo desenrolla y lo corta con cuchillas en la medida necesaria, a estas planchas se las llama preformas. Las preformas son llevadas a una prensa donde son presionadas contra un troquel y adquieren la forma básica de la puerta. Este acero recién moldeado es llevado a una cortadora, donde se separan las dos partes de la puerta y se recortan los bordes sobrantes. Se lleva a cabo una inspección, y se agrega el marco de la ventana, un refuerzo y las planchas ya moldeadas, acto seguido se procede a soldar con láser por puntos. A este conjunto en otra máquina se le agrega tubos y barras de acero, para aumentar la resistencia de la puerta al impacto. Lo siguiente es unir el panel interior con el exterior, mediante soldadura y una prensa especial, el cual da lugar a un dobladillo que tiene un mejor acabado y actúa como aislante. La puerta entonces es sometida entonces a pruebas de óxido, pintura y otros tratamientos protectores. En la última línea de montaje, se agregan elementos como manija, espejos, ventanas, embellecedores, mecanismos eléctricos, etc. Finalmente la puerta es instalada en el automotor, y se examina para confirmar que esté todo en orden.
OBJETIVOS: El objetivo del presente producto es facilitar una pieza de carrocería que se fabrique de forma fácil y económica, y presente un peso reducido en comparación con las piezas de carrocería convencionales.
MARCO TEÓRICO: Manufactura del automóvil Muchas veces nos hemos preguntado cómo se fabrica un coche, si todo el proceso lo realizan robots tipo "película" o interviene en algún momento la mano humana.
Los procesos de manufactura consisten básicamente en la embutición, soldadura, pintura, montaje de carrocería y control.
FUNDICIÓN
En esta área se crean los componentes que precisan de fundición, por ejemplo el bloque motor. Esta área no es necesaria si este tipo de componentes se producen en otras fábricas y se trata por ello de componentes provenientes de un proveedor. EMBUTICIÓN La mayor parte del vehículo es fabricado por proveedores, sobretodo piezas como faros, paragolpes, volantes, asientos, llantas, etc. El fabricante se encarga principalmente de realizar la carrocería y motor, para ello, todo comienza en el taller de prensa. El acero viene en unos rollos grandes y pesados llamados bobinas, los cuales se colocan en unos rodillos que hacen correr el acero a la vez que una prensa lo corta a la medida necesaria.
Con el proceso de estampación se da forma al acero, para ello, un juego de troqueles se coloca en la prensa en función de la pieza que se desea hacer. El troquel, es capaz de cortar, perforar y dar forma a una determinada pieza, por lo que es la máquina más importante del taller de prensas, y por eso su mantenimiento y puesta a punto es vital.
Cuando se quiere hacer otra pieza, se debe realizar un cambio de troqueles, para ello, un proceso automatizado se encarga de dicha tarea y, en un tiempo no superior a 7 minutos, la prensa puede volver a estar en funcionamiento. Una vez se hayan terminado de estampar todas las piezas, y pasar un primer control de calidad, se pasa al siguiente proceso. SOLDADURA
Este proceso realiza la unión de las diferentes partes de la carrocería obtenidas en el proceso de embutición. Lo que se hace es fijar las partes a un molde estructural con la forma del vehículo y se procede a la unión de las partes por robots industriales que realizan el proceso de soldadura por puntos.
Es la parte en la que se ensamblan las diferentes partes de la carrocería, tanto la construcción de la carrocería como en el ensamble de paneles. En Volkswagen Navarra hay dos talleres dedicados a esta función, en el primero se encargan de ensamblar los elementos de la carrocería sin partes móviles (puertas, maletero...) y en el segundo se ensamblan puertas, capots y portones. Este trabajo, se caracteriza por su alto porcentaje de automatización.
Al finalizar el proceso de ensamblaje del chasis, se montan a la carrocería las partes móviles y pasan un control de calidad para verificar que todo esté en marcha antes de pasar a pintura.
PINTURA El proceso de pintado de la carrocería se divide en dos fases. En la primera, la carrocería se protege de la corrosión y agentes externos, además, facilita la adherencia de la pintura. En esta fase se aplican también las masillas de sellado, cera p rotectora de huecos, etc.
Después, la carrocería es lavada a alta presión, además de aplicar varios tratamientos químicos para evitar grasas, proyecciones, etc. que hayan podido producirse en chapistería. Después de este pre-tratamiento, se sumerge la carrocería al completo en lo conocido como cataforesis, donde comienza la segunda fase. En la cataforesis la carrocería es sometida a una tensión eléctrica, actuando de cátodo y atrayendo partículas de pintura disociada, creando una capa de pintura que protege la carrocería por completo a la corrosión, debida a que, gracias a sumergir la carrocería, los productos de la cataforesis entran hasta el rincón más pequeño. Tras un secado al horno, las carrocerías se ordenan según el color que se pintarán. Esto es debido a que es más productivo pintar un grupo de carrocerías de un mismo color que de colores alternos. Antes de empezar a pintar, se deberá revisar el acabado de la cataforesis por si tuviera alguna imperfección y se prepara la carrocería para entrar en pintura, limpiándola mediante un soplado/aspirado y unos rodillos de plumas.
Por fin, la carrocería estará lista para ser pintada. Primero, se pintan los interiores y huecos para después pintar la carrocería por la parte exterior. Después, una última capa de laca 2k (dos componentes, laca y catalizador para que esta se seque) es aplicada para introducir la carrocería en el horno de secado. Cabe destacar que debido a la normativa actual, se emplean pinturas base agua, mucho menos dañinas para el medio ambiente y menos peligrosas que las pinturas de base disolvente. Antes de finalizar en pintura, deberá pasar un control de calidad donde se pulirán los desperfectos que hayan podido quedar, para pasar al almacén de secuenciación de montaje. Cabe destacar que en la planta Volkswagen de Navarra, existe una capacidad productiva de 1.500 carrocerías al día solo en pinturas. MONTAJE DE CARROCERÍA
Ensamble auxiliar En estas áreas de producción se ensamblan piezas de gran tamaño para así acelerar la línea principal de montaje. Estos componentes pueden ensamblarse internamente o externamente (en este último caso a estos proveedores se les denomina proveedor de sistemas). Ejemplos pueden ser el motor, la transmisión, ejes, habitáculo, ensamble delantero (parachoques + faros delanteros), asientos, puertas, etc.
Montaje En esta área se completa la carrocería desnuda con todas las piezas necesarias. Para ello se suelen desensamblar las puertas y en ocasiones también la puerta del maletero para ser ensamblados de forma paralela y así facilitar el acceso al interior del vehículo. Se comienza con el arnés de cables (diferente según los equipamientos especiales del vehículo) para ir poblando el interior poco a poco, revestimientos, módulo de climatización, volante + eje, salpicadero, asientos, etc. En paralelo se ensambla el motor con la transmisión y los ejes. La unión del cuerpo de vehículo y la parte inferior se denominada „boda“. Finalmente
se ensamblan las puertas desensambladas al comienzo del montaje, se rellena el vehículo con todos los líquidos necesarios (ej. aceite de motor, refrigerante, líquido de frenos, etc.). CONTROL
En el control se probará el vehículo, esté funcionando correctamente todos los sistemas, como la dirección, la suspensión, cordones de seguridad, airbag, sistemas del motor, entre otros.
Finalmente se distribuye un vez pasado por todos los controles y cumplir las normas de calidad a las distintas comercializadoras del país.
Las puertas son estructuras muy complejas que contienen casi todo lo que un coche como conjunto contiene a excepción de los elementos del tren de potencia. Los clientes interactúan íntimamente con puertas y son conscientes de ellos a lo largo de muchas dimensiones.
DISEÑO DE PROCESO DE FABRICACIÓN Desde hace muchos años ya, un factor muy importante en el diseño de las carrocerías de automóviles para los fabricantes, además de la seguridad ha sido la ligereza de la carrocería, ya que con ello se consigue un vehículo que requiere una menor motorización para tener las mismas prestaciones, con el consiguiente ahorro en el consumo de combustible y una disminución de las emisiones de CO2. Además, otro factor también importante es la reciclabilidad. La utilización del aluminio en la fabricación, de algunas carrocerías de automóviles y de diferentes piezas se debe entre otros factores a los anteriormente mencionad os. El aluminio en la fabricación de automóviles tiene su origen en la utilización de este material para desarrollar diferentes elementos mecánicos.
Características
Fácil mecanización Ligereza Buen comportamiento frente a la corrosión con el oxigeno Buenas cualidades para la evacuación de calor de dichos elementos. La mayoría de los autos utilizan láminas de calibres 18 20 y 22 (1.20 mm, 0.90 mm y 0.70 mm respectivamente)
Al contar con bobinas de aluminio:
Se efectúa una operación de laminación para reducir el espesor de 2mm a 1.20 mm Una carrocería de automóvil fabricada en aluminio en lugar de en acero, puede reducir el peso alrededor de 100 a 150 kg. Un procedimiento para la fabricación de una puerta de vehículo automóvil o un capo de un vehículo automóvil está caracterizado porque partiendo de la chapa exterior y de la chapa interior se dobla una correspondiente tira de borde, porque las chapas se colocan la una sobre la otra y se sujetan en la zona de apoyo entre un asiento y un sujetador. Las tiras de borde, que pueden estar plegadas con un ángulo < 90 o igual a 90 o también > 90 respecto al plano de la chapa o respecto al plano de la puerta. La tira de borde de la chapa exterior se aprieta con una corredera de sujeción contra la tira de borde de la chapa interior y porque las tiras de borde se sueldan con un rayo láser dirigido a la rendija entre las dos tiras de borde. En la puerta de vehículo automóvil o capo de vehículo automóvil según la invención está integrado un bordón de sujeción para una junta que puede ser incorporada exactamente adaptada y con función asegurada.
1 Chapa exterior
7 Bordón de sujeción en 4
2 Tira de borde de 1
8 Junta
3 Chapa interior
9 Sector interior en 8
4 Tira de borde de 3
10 Labio de junta en 8
5 Cordón de soldadura por láser entre 2 y 4
11 Ranura entre borde de puerta y 12
6 Zona de protección entre 2 y 4
12 Parte de bastidor 13 Sector con dureza media de 8
A la puerta de vehículo automóvil o capo de vehículo automóvil reproducido en la Fig. 1 pertenecen una chapa exterior 1 con un una tira de borde 2 doblada aprox. a 90 respecto al plano de la chapa y una chapa interior 3 con una tira de borde 4 que se extiende paralela en forma de sectores a la tira de borde 2. Las dos tiras de borde 2 y 4 están unidas por un cordón de soldadura 5 por rayo láser que llena la rendija entre estas dos tiras de borde 2 y 4. Por lo demás la chapa exterior 1 y la chapa interior 3 están dispuestas apoyadas una sobre la otra en una zona de apoyo 6 que se extiende junto a la tira de borde 2.
Hermetizado contra la humedad Las puertas de vehículo automóvil o los capos de vehículo automóvil no solo han de poseer una resistencia suficiente, sino que el espacio interior formado entre la chapa exterior y la
chapa interior también debe estar hermetizado contra la humedad. Para esto, en la práctica se ha procedido de tal modo que la chapa exterior se curva con uno o varios útiles de rebordear envolviendo la chapa interior de tal manera que el borde de la chapa interior es enganchado por la chapa exterior. Para conseguir una resistencia suficiente se incorpora en el rebordeado un pegamento. Para hermetizar contra la humedad las zonas de rebordeado, sobre la zona de costura en el sector del borde libre de la chapa exterior se aplica un pegamento de sellado. Ambos pegamentos han de ser calentados con el borde de la puerta de v vehículo automóvil o los capos de vehículo automóvil sujeto para conseguirse una resistencia y estanqueidad suficientes. Además es conocido unir los bordes de las chapas que se solapan una sobre otra por medio de soldadura por rayos láser. En esto se dirige un rayo láser a la rendija constituida entre las dos chapas de tal manera que es reflejado múltiples veces y el material de las dos chapas funde en la zona de esta rendija. La unión de las dos tiras de borde por medio de un cordón de soldadura por rayos láser satisface todas las exigencias respecto a suficiente resistencia y también estanqueidad, de tal modo que pueden eliminarse las medidas especiales para la hermetización, en particular la aplicación de pegamentos de sellado. La unión de soldadura por rayos láser permite también la utilización de chapas de espesor más reducido, de tal modo que se puede economizar material.
Consideraciones de diseño Ligereza: La carrocería debe ser de poco peso, para permitir una mejor aceleración, menor distancia de frenado y ahorro de combustible.
Robustez: Los componentes deben ser capaces de soportar impactos, para resguardar la seguridad de los ocupantes del vehículo. Diseño dinámico: Permite menos rozamiento con el aire y por tanto mejor rendimiento Ergonomía: Fácil de manipular.
Composición de la carrocería Acero al carbono: Acero en el cual en su composición el resistente.
carbono no excede el 1%. Es maleable pero
Aluminio: Metal no ferromagnético, de baja densidad y adecuadamente puede incrementarse su
Módulo de puerta de automóvil Este módulo de puerta puede incluir:
Conjunto elevalunas Cerradura Accionamientos mecánicos de apertura Cableados Mandos eléctricos Electrónicas de control, altavoces
alta resistencia a la corrosión. Tratado resistencia mecánica.
Sistemas de seguridad y de absorción de energía
Elementos de estanqueidad, conductos de aireación, embellecedores, etc.
Etapas de fabricación Preparación de láminas
Montaje de componentes varios
Troquelado/
Cortado
Embutido
Tratamientos protectores
Instalación en automotor
Montaje de componentes varios
Refuerzo y soldado
Ajustes y control de calidad
1 Puerta del vehículo
33 Marco de la ventanilla
2 Chapa exterior de la puerta
34 Mecanismo de accionamiento del elevador de la ventanilla
3 Cuerpo del bastidor de la puerta 4 Módulo de soporte 5 Revestimiento interior de la puerta 6 Cuerpo de la cerradura 7 Cavidad 8 Capó del motor 9 Arco de la rueda 10 Material esponjoso 11 Elevación 20 Revestimiento exterior 21 Perfilado 22 Abertura pasante 30 Bastidor 31 Alojamiento para bisagras 32 Alojamiento para la cerradura
36 Cristal de la ventanilla 37 Elemento de refuerzo 38 Punto de sujeción 40 Pieza esponjosa 41 Refuerzo de la caja 42 Altavoz 43 Aparato de control de la puerta 44 Apoyabrazos 45 Elemento de agarre 46 Dispositivo de apertura de la puerta 47 Canal de guiado 51 Compartimiento portaobjetos 52 Abertura de paso para el sonido 100 Moderador
CONTROL DE CALIDAD En el control se probará la puerta del vehículo, esté funcionando correctamente como el elevalunas eléctrico, el acople perfecto con la carrocería. Finalmente se distribuye un vez pasado por todos los controles y cumplir las normas de calidad a las distintas comercializadoras del país.
IMPACTO ECONÓMICO, AMBIENTAL Y SOCIAL El sector de automoción es uno de los sectores en los que la adopción de nuevas regulaciones y medidas destinadas a alcanzar mejoras de tipo medioambiental está en auge desde hace unos años. En este sentido, existen diversas líneas de investigación en este sector que han cobrado una gran importancia, como es la reducción de peso de los componentes de los vehículos, el empleo de materiales reciclados o el desarrollo de biopolímeros para la fabricación de determinadas piezas. Esta última línea de investigación está acorde con la creciente demanda de materiales biodegradables o de origen renovable como alternativa al empleo de los materiales plásticos tradicionales. En los últimos quince años, ha salido al mercado un amplio rango de nuevos materiales biodegradables Y de fuente renovable para diversas aplicaciones. Por ejemplo, existen diferentes grados comerciales de materiales basados en almidón o poliésteres biodegradables que vienen empleándose en el sector de envase alimentario. Sin embargo, en el caso de la industria del automóvil, todavía se requiere más investigación para llegar a desarrollar materiales adecuados para su procesado mediante las tecnologías de moldeo por inyección y termoconformado, los procesos mayoritariamente implicados en este sector, que cumplan con los requerimientos para su empleo tanto en el exterior como en el interior de los vehículos. Aspectos como la resistencia térmica, las prestaciones mecánicas o la
emisión de componentes volátiles responsables de la aparición de olores en el interior de los vehículos deben mejorarse para estos materiales. Dado que existe una gran variedad de piezas de interior de automóvil, también son múltiples los requerimientos que deben cumplir los materiales empleados en su fabricación de acuerdo con las especificaciones correspondientes. La figura 1 muestra los diferentes componentes fabricados en la actualidad con materiales plásticos que forman parte del interior de un vehículo.
F igur a 1. Piezas de in teri or de vehícul os f abricadas en materi ales plásticos(I magen cedida por Gr upo An tol ín)
CONCLUSIONES La industria automovilística está en constante crecimiento, nuevos sistemas de tecnologías, y de manufactura avanzada se crean para la fabricación de automóviles y partes. Se crean cada vez nuevos materiales que formarán parte de los automóviles, aleaciones de aluminio, materiales de alta ductilidad, buena tenacidad, capacidad de absorber energía, vibraciones, etc. La unión de soldadura por rayos laser permite también la utilización de chapas de espesor más reducido.
BIBLIOGRAFÍA OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS. Numero de publicación: 2 139 389 54 Título: Puerta de vehículo automóvil o capó de vehículo automóvil. http://www.materialeslosandes.com/tproductos.php?pagina=laminasybobinas OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS. Numero de publicación: 2 234 517. Título: Pieza de carrocería para vehículos, así como procedimiento para su producción.
ANEXOS