Ingeniería Automotriz: Diseño, Materiales Avanzados y Procesos de Fabricación de Vehículos

Proceso de Diseño Automotriz: Desde la Concepción hasta la Digitalización

La creación de un automóvil implica varias etapas clave:

• Que sea atractivo.
• Realización de un diseño a lápiz.
• División del vehículo en frontal, lateral y trasera.
• Diseño por ordenador.

Factores Clave para las Medidas Exteriores del Vehículo

Al definir las dimensiones exteriores de un automóvil, se consideran los siguientes factores:

1. Exigencias aerodinámicas (coeficiente aerodinámico y rozamiento al aire).
2. Ergonomía del conductor y los pasajeros.
3. Altura libre de la carrocería.
4. Tamaño del depósito de combustible.
5. Tamaño de las ruedas.
6. Tamaño de los paragolpes.
7. Tipo de motor.

Condiciones Técnicas Esenciales para el Diseño y Medida

El diseño y las medidas de un vehículo deben cumplir con las siguientes condiciones técnicas:

• Visibilidad óptima.
• Funcionalidad mecánica.
• Facilidad de fabricación.
• Condiciones de seguridad.

Diseño de la Carrocería: Herramientas CAD/CAE/CAM

El diseño de la carrocería se apoya en diversas herramientas asistidas por ordenador:

• Diseño Asistido por Ordenador (CAD).
• Ingeniería Asistida por Ordenador (CAE).
• Fabricación Asistida por Ordenador (CAM).

Programas comunes incluyen: CATIA, CAT5 e Inventor.

Cualidades de un Diseño Automotriz Exitoso

Un diseño automotriz óptimo debe cumplir con las siguientes características:

• Resultar atractivo estéticamente.
• Ofrecer facilidad de fabricación.
• Garantizar una larga vida útil.
• Tener un número de piezas mínimo.
• Incorporar un alto porcentaje de piezas reciclables.
• Mantener una excelente relación calidad/precio.

Cálculo Estructural en la Ingeniería Automotriz

El principio básico del cálculo estructural se fundamenta en la ley de Hooke, que establece que todas las deformaciones aplicadas a un vehículo son proporcionales a las tensiones aplicadas, dentro del límite elástico del material.

Ventajas del Cálculo Estructural mediante Elementos Finitos (FEM)

La aplicación del Método de Elementos Finitos (FEM) en el cálculo estructural ofrece múltiples beneficios:

• Determinar las cargas que soporta el vehículo.
• Calcular las dimensiones óptimas de las chapas.
• Facilitar la incorporación de materiales orgánicos y compuestos.

Inconvenientes del Cálculo Estructural por FEM

A pesar de sus ventajas, existen desafíos:

• La exactitud depende del tipo de elementos utilizados en la estructura.
• Puede haber variación entre la chapa calculada y la chapa real.
• Dificultad en la simulación precisa de las uniones soldadas.

Materiales en la Fabricación Automotriz

Elementos Fabricados con Acero de Alta Resistencia (ALE)

Los aceros de alta resistencia (ALE) son fundamentales en la fabricación de componentes estructurales clave, tales como:

• Soportes de largueros.
• Refuerzos del larguero.
• Refuerzos del piso.
• Refuerzo posterior del chasis.
• Refuerzo lateral del chasis.
• Traviesa trasera.
• Bisagras.
• Refuerzo de puerta trasera.
• Refuerzo de puerta delantera.

Tecnología ULSAB: Carrocerías Ultraligeras de Acero

La tecnología ULSAB (Ultra-Light Steel Auto Body) es un concepto innovador en la fabricación de carrocerías.

• Desarrollado por Porsche.
• Permite una reducción del 25% en el peso del vehículo.
• Ofrece un 80% de mayor resistencia a los choques.

Materiales No Férreos en la Industria Automotriz

Según la norma DIN 17.600 (relacionada con el cobre y sus aleaciones), los materiales no férreos son aquellos que no contienen hierro como componente principal. Este grupo incluye una amplia variedad de metales y sus aleaciones, desde ligeros hasta pesados.

Cobre (Cu)

• Densidad: 8.9 g/cm³
• Temperatura de Fusión: 1080 °C
• Características:
  • Blando y maleable.
  • Color pardo rojizo.
  • Resistente a la corrosión.
  • Excelente conductor de electricidad y calor (la conductividad disminuye si no es puro).
  • Bajo la acción del aire, forma una capa protectora de color verde llamada pátina.
  • Bajo la acción del ácido acético, forma el venenoso cardenillo.
• Aplicaciones en Automoción:
  • Conducciones eléctricas.
  • Conducciones de calor.
  • Conducciones de refrigeración.

Zinc (Zn)

• Densidad: 7.1 g/cm³
• Temperatura de Fusión: 420 °C
• Características:
  • Su dilatación térmica es la mayor de todos los metales.
  • Cuando alcanza -15 °C, se vuelve frágil y puede descomponerse en polvo gris.
  • Resistente a la corrosión atmosférica.
  • Es atacado por todos los ácidos y sales.
• Aplicaciones en Automoción:
  • Se utiliza como capa protectora del acero (galvanizado).

Estaño (Sn)

• Densidad: 7.2 g/cm³
• Temperatura de Fusión: 230 °C
• Características:
  • Resistente a la corrosión.
  • Blando y maleable.
  • Cuando se curva, produce un sonido característico ("grito del estaño").
• Aplicaciones en Automoción:
  • Se usa para proteger chapas de acero (hojalata).

Plomo (Pb)

• Densidad: 11.3 g/cm³
• Temperatura de Fusión: 320 °C
• Características:
  • Blando y muy maleable.
  • Resistente a la corrosión.
  • Resiste al ácido sulfúrico y clorhídrico.
  • Excelente resistencia a la radioactividad.

Níquel (Ni)

• Densidad: 8.8 g/cm³
• Temperatura de Fusión: 1450 °C
• Características:
  • Duro y tenaz.
  • Color blanco plateado.
  • Muy resistente a la corrosión.
  • Resiste a cualquier ácido, sal o base.
  • Forma una capa protectora anticorrosiva en chapas de acero.
  • Es atraído por los imanes.
• Aplicaciones en Automoción:
  • Se usa en alternadores y motores de arranque.

Titanio (Ti)

• Densidad: 4.51 g/cm³
• Temperatura de Fusión: 1670 °C
• Características:
  • Posee una blancura argéntea.
  • Gran resistencia mecánica.
  • Gran resistencia a la corrosión.
  • Solo pesa 1.6 veces más que el aluminio, ofreciendo una excelente relación resistencia-peso.