Aluminio en la Fabricación Automotriz,

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1 64 CONSTRUCCIÓN Aluminio en la Fabricación Automotriz, donde cada gramo cuenta Metal Actual Foto: lotusproactive.files.wordpress.com Land Rover, Jaguar y Ferrari. Prácticamente la totalidad de los principales fabricantes de automóviles utilizan componentes de aluminio y sus nuevas aleaciones, las cuales han mejorado en términos de dureza y resistencia las prestaciones de este metal, el cual aporta además ligereza, manejabilidad, ahorro de combustible y disminución de las emisiones contaminantes. Se dice que el primer vehículo en usar aluminio fue un prototipo noruego denominado Bjerrin, del que sólo se construyeron cuatro unidades, presentado en el salón del automóvil de Berlín en Años después, en 1897 se usaron carrocerías de aluminio en un Clark (de 3 ruedas) y en un De Dion Bouton de En 1901, en el Second New York automobile show, se exhibieron numerosas piezas de aluminio montadas en diferentes autos; en 1948 Land Rover inicia la producción de su legendaria carrocería; y, en 1954, también en Noruega, fue construido el Panhard Dyna, que llevaba tanto la carrocería como la estructura fabricada íntegramente de este metal. Este material era empleado en componentes especiales y hasta hace unos años, se podían apreciar algunos modelos exclusivos con carrocerías de aluminio, entre ellos el

2 CONSTRUCCIÓN 65 Las ventajas del aluminio Ligereza: los fabricantes realizan numerosos esfuerzos para reducir el peso de sus automóviles y para ello recurren a la utilización del aluminio. Pero, no solo es importante la disminución de peso, con el fin de minimizar las emisiones de CO2 por necesitar menos gasolina, sino también para satisfacer la demanda del mercado, como es el caso de las camionetas (Estados Unidos) o todoterrenos (en Europa) los cuales son vehículos muy pesados. Fotos: Honda NSX, varios Ferrari y también algunos Jaguar; sin embargo, en los últimos 15 años se han incorporado piezas del metal a los elementos de la carrocería de los vehículos en general, siendo el aluminio el material más utilizado después del acero en la producción automotriz. Actualmente, junto a los conocidos ejemplos de automóviles con carrocerías de aluminio como los Audi A8 y R8 1, múltiples automotores incluyen cantidades importantes de componentes del mismo metal. Según cifras de la Asociación Europea de Aluminio, en 2003 los carros del viejo continente, contenían un promedio de 122 kg de aluminio; para el 2005, uno de cada cuatro automóviles producidos en Europa tenía el capó de aluminio, y un tercio de ellos incorporaba sistemas de guardabarros y parachoques de este metal. Hoy en día, se fabrican todo tipo de bombas, autopartes, cabezas y bloques de motor, rines, radiadores, ejes de transmisión y una parte significativa de los paneles que conforman el cuerpo de algunos carros. Más de 100 tipos de piezas para automóviles La línea de vehículos Range Rover se caracterizan por sus carrocerías de aluminio, fuerza y durabilidad. se hacen de aluminio y el número va en aumento. La evolución del sector automotriz y de la fabricación de carrocerías de este tipo a gran escala, se puede explicar por las excelentes propiedades físicas y químicas de este material. Los nuevos vehículos se benefician de la ligereza y rigidez del aluminio, así como de su alta resistencia a la corrosión, entre otras ventajas. En la carrocería de un automóvil la pieza que más frecuentemente se fabrica en aluminio es el capó, se consigue una reducción media de peso respecto de un capó de acero de un 40%. De poco serviría hablar de las propiedades del material si no se mencionan y se contextualizan las aplicaciones con ejemplos claros y vigentes. Por ello, a continuación se describen tres carrocerías de aluminio destacadas, junto a sus características metalmecánicas, las cuales a su vez han motivado también el desarrollo de nuevos procesos, tecnología de fabricación y reparación de este metal. Incluso, en la Unión Europea se han puesto de moda los camiones con altos porcentajes de este metal, con el fin de cumplir los requerimientos oficiales de carga por carretera; el aluminio permite cargar más mercancía, lo que se traduce en ingresos adicionales y mayor competitividad. Esto se logra gracias a que el aluminio pesa 35% menos, por unidad de volumen, que el acero, por lo que las partes de este material aligeran peso directamente y también indirectamente del vehículo, a través del rediseño de otros componentes. Así mismo, las aleaciones de aluminio utilizadas actualmente en carrocerías permiten una deflexión bajo carga que luego recupera su forma. Dichas aleaciones se usan para absorber la energía de los choques que pueden sufrir los automóviles; además, no son combustibles y no se rompen en astillas. Resistencia y rigidez: el aluminio es más blando que el acero; en concreto, la dureza del metal no ferroso es de 15 HB, mucho más baja que la del hierro y sus aleaciones. Aunque en la última década la ingeniería metalúrgica ha desarrollado aleaciones especiales de este metal que mejoran su resistencia y rigidez, por lo que se utilizan con más proporción en los vehículos. Por ejemplo, en la carrocería completa de aluminio del Jaguar XJ. Anticorrosión: la facilidad de reacción del aluminio con el oxígeno, hace que este se recubra con una capa de óxido llamada alúmina, la cual protege al material de la oxidación de forma natural. Maleabilidad y facilidad de trabajar: El aluminio es un metal ligero, dúctil y maleable, pero aleado puede alcanzar resistencias de hasta 600 MPa a tracción. Es fácil de trabajar por lo que puede ser laminado hasta 0,004 mm de espesor. Por otra parte, es un excelente conductor del calor y de la electricidad, además puede soldarse mediante sistemas TIG y MIG. Altamente reciclable: Es un metal ciento por ciento reciclable, una y otra vez, gracias a su bajo punto de fusión (650ºC), lo que permite un gran ahorro con respecto a los costos a la primera fusión (proceso de obtención de aluminio metálico a partir de bauxita). El aluminio reciclado no pierde ninguna propiedad y ahorra un 95% de la energía empleada en la producción primaria.

3 66 CONSTRUCCIÓN Joyas de la Corona Land Rover (Evoque y Sport): es una las marcas de mayor prestigio en la fabricación de vehículos todoterreno. Actualmente pertenece al grupo industrial y automovilístico indio Tata Motors, esta compañía fue una de las primeras en la utilización del aluminio para la fabricación de carrocerías (no así bastidores), a partir de aviones reciclados, debido a que una vez finalizada la Segunda Guerra Mundial se presentó escases de acero y en cambio había excedente de aluminio. Aunque desde los primeros modelos este material ha sido predomínate en los Land Rover, los tradicionales componentes como los bastidores de acero y sus aleaciones soportan la gran mayoría de las cargas en las versiones de sus autos, lo que los ha hecho pesados y altamente consumidores de combustible. Por ello, la firma quiso ir más allá y romper las fronteras con la construcción de nuevo Land Rover Evoque, que busca disminuir los consumos por encima de todo, de hecho, también para cambiar la imagen de autos despilfarradores que tienen los Rover de gran tamaño. La línea de autos de cuarta generación, son carros completamente nuevos en todos los aspectos. Para empezar, cambia hasta el concepto básico de fabricación, ya que sustituye varios de los componentes de acero por aluminio remachado, con el fin de construir la carrocería completamente de este metal. En la versión Evoque, con el aluminio se consigue reducir el peso del monocasco en 180 kg; a su vez se ha optimizado el peso de otros elementos, como los soportes de motor y el motor mismo, que es más compacto que el anterior, además el peso de las suspensiones con brazos de aluminio y magnesio. Así las cosas, se ha conseguido ahorrar nada menos que 420 kg de peso en total, además de reducir en un 22% en los consumos de gasolina de la versión anterior. Planta ensambladora de Land Rover en el Reino Unido. 1kg de aluminio en un vehículo articulado medio actual ahorra 28kg de CO2 La pregunta es, qué hay detrás de la nueva estructura ligera de aluminio ideada por Land Rover?. Para empezar, una inversión de 438 millones en la planta de Solihull (Inglaterra). Gracias a esta inyección de dinero, se ha construido una de las fábricas dedicadas a este metal más avanzadas del mundo. Dado que las empresas de automóviles se centran cada vez más en la reducción de costos, reducción del consumo de energía, minimización de la complejidad de la producción y cuidar el ambiente laboral, una instalación como la de Solihull, está a la vanguardia de la eficiencia de fabricación. Land Rover compra sus materias primas desde Australia y en Arabia Saudita, naciones con las que tienen tratados comerciales y logran la reducción del costo de envío del metal para Gran Bretaña. La planta también recicla aluminio de los cortes y los componentes que no pasan la inspección final, ahorrando así una parte del costo de las materias primas. Según Land Rover un coche nuevo se construye cada 142 segundos, con 328 robots que encajan los paneles del cuerpo al armazón. Los robots son capaces de extraer y colocar remaches en diferentes partes del auto. El proceso real de cambio colocación de remaches no toma más de unos 15 segundos por panel. Un desafío adyacente en el montaje de los paneles de la carrocería es el control de la potencia de la soldadura, la cual puede dañar las piezas. Pues bien, en este caso aunque también se emplean brazos robóticos para la soldadura por punto, el proceso es ligeramente diferente. En la unión de muchas de las piezas se sustituye el tradicional soldeo por puntos, por la aplicación de un pegamento especial que evita el gasto de energía que supone la soldadura. Para ello los ingenieros de Land Rover se han fijado en la tecnología aeroespacial y la han adaptado a este automóvil. En total se utilizan remaches (tanto para las versiones Range Rover y Sport), con 161 metros de Foto:

4 CONSTRUCCIÓN 67 Dentro de la carrocería se pueden diferenciar tres tipos de piezas: a) piezas de fundición; b) perfiles extrusionados y c) chapas estampadas. Foto: cdn.caradvice.com.au pegamento aplicado, que se polimeriza a 160 C en los hornos de cocción, después de que cada carro ha sido pintado. Para mantener el cuerpo en conjunto antes de la conclusión del proceso de unión, la línea de producción utiliza plantillas que sujetan las diversas partes en una unidad. En la fabricación también resulta fundamental la combinación de diferentes componentes de aluminio, tales como: paneles prensados y piezas de aleación laminada que se combinan con una estructura, para concentrar la fuerza en los lugares en los que las cargas son mayores. De esta forma se consigue una celda de seguridad muy resistente que protege a los ocupantes. Otra de las claves en el proceso es la utilización de aluminio AC300 de alta resistencia dentro de la estructura deformable. Con el cual se consigue que el chasis del vehículo sea lo más rígido posible. Además se cuenta con la utilización de un único panel de aluminio a ambos lados del vehículo, gracias a esto se reduce la cantidad de articulaciones y se eliminan conjuntos complejos para mejorar la integridad estructural. El protagonismo del aluminio no solo se queda en el chasis monocasco. Tanto la suspensión delantera como trasera están fabricadas en este metal para ahorrar el mayor número de kilos posibles. Land Rover Evoque Jaguar XJ: la carrocería del Jaguar XJ es autoportante y está fabricada íntegramente en aluminio, con algunas piezas de magnesio, como el travesaño de soporte del salpicadero o las estructuras de los asientos. La utilización de aluminio reduce el peso de la carrocería en 200 kg, lo que convierte al XJ en un vehículo más ligero de esta compañía, incluso, por encima de algunas versiones de la gama X-Type. Este ahorro de peso es más significativo si se tiene en cuenta que XJ es más largo, más ancho y más alto que el vehículo al que sustituyó. Piezas de fundición aluminio 5754 al 3% de magnesio : son piezas estructurales de la carrocería, usadas en las torretas de suspensión, sometidas a grandes esfuerzos. De geometría compleja, reducen notablemente el peso, a la vez que aumentan la rigidez de la carrocería. Comprenden el 5% del aluminio. Perfiles extrusionados aluminio 5754 al 3% de magnesio : se emplean, fundamentalmente, en zonas expuestas a riesgos de colisión, como puntas del larguero o almas del paragolpes. Se diseñan como elementos de deformación programada. Las piezas extrusionadas comprenden el 10% de la carrocería. Chapas estampadas aleación es la 6111, formada por aluminio, silicio (entre 0,7 y 1,1%), magnesio (entre 0,5 y 1%) y cobre (entre 0,5 y 0,9%) : se pueden encontrar en el resto de piezas de la carrocería, como el faldón, el piso o los paneles exteriores, son piezas con buena resistencia, debido a los tratamientos térmicos que reciben. Abarcan el 85% del total de la carrocería. La carrocería del Jaguar XJ tiene remaches ciegos de alta resistencia. Foto:

5 68 CONSTRUCCIÓN autoperforantes, siendo capaces de perforar una de las chapas de aluminio a unir y de expandirse en la otra. En reparación, cuando no se tenga acceso por las dos caras, se emplean remaches ciegos. Todas las uniones remachadas se combinan con técnicas de aplicación de adhesivo, empleadas para lograr una unión final de gran resistencia. Así, la carrocería presenta, aproximadamente, remaches y 120 metros de adhesivo estructural. Fotos: jpvaquer.com En el ensamblaje de las piezas destaca la existencia de un elemento de absorción de impactos, la punta del larguero delantero, que se encuentra atornillada al resto del larguero; este recurso facilita la sustitución de estas piezas en golpes frontales a velocidad moderada. Línea de producción de la planta Jaguar, en esta se puede observar el transporte de la carrocería de aluminio completamente automatizado. Las técnicas de unión más empleadas en el Jaguar XJ son el remachado y el pegado, que evitan el uso de soldaduras en fabricación y limitan el empleo de esta técnica a las sustituciones por sección parcial realizadas en el taller. Los remaches originales utilizados son de acero, y se denominan Tanto los tornillos como los remaches, de acero, disponen de un recubrimiento protector exterior para evitar riesgos de corrosión galvánica al entrar en contacto directo con el aluminio. No obstante, Jaguar también combina la soldadura por puntos con la unión mecánica. En este caso, la compañía ha homologado el equipo de soldadura Fronius 2700 Aluminium Edition, que dispone de diferentes programas de acuerdo al tipo de unión a realizar. Así, para soldar piezas exteriores, se utiliza la aleación de aluminio y silicio 4043, mientras que para las de fundición y extrusionadas se emplea la aleación de aluminio y magnesio 5554, con los correspondientes programas de trabajo recomendados. El aluminio reciclado no pierde ninguna propiedad y ahorra un 95% de la energía empleada en la producción de primario. Foto: Jaguar XJ

6 CONSTRUCCIÓN 69 Ferrari - F12Berlinetta: Desde 1999 Ferrari ha hecho autos de carretera con chasis y carrocerías realizadas ciento por ciento en aluminio. Actualmente, la principal fábrica se encuentra en las instalaciones de Carrozzeria Scaglietti, planta especializada en trabajar con el aluminio y donde han desarrollado más de 25 aleaciones diferentes (algunas de ellas empleadas por primera vez en la industria del automóvil), que han proporcionado una importante reducción de peso a la vez que mejoraban el rendimiento y la seguridad. Allí también se estampa y ensambla el deportivo F12Berlinetta, el cual sustituye al Ferrari 599, que hasta ahora era considerado el Ferrari más rápido y prestacional de la historia. El F12 Berlinetta, con un motor de más de 740 caballos, hace de 0 a 100 km/h en 3,1 segundos y alcanza los 340 km/h de velocidad máxima, cifras muy cercanas a las de un F1. Estas prestaciones son posibles en gran parte gracias a que su chasis y carrocería están fabricados íntegramente en aluminio. En esta fábrica se realiza el mecanizado y montaje de los paneles de aluminio con sofisticada tecnología, pero sin dejar de lado el componente artesanal, la antigua tradición del trabajador de la lámina o chapa como se le llama en Europa. Así mismo, el 60% del proceso de montaje en Scaglietti es todavía manual, incluyendo procesos de soldadura manuales TIG y MIG, y la tecnología de Cold Metal Transfer (CMT) 2 o trasferencia de metal en frío. Carrocería del F12Berlinetta, ciento por ciento de aleación de aluminio. En el F12Berlinetta se han utilizado 12 diferentes tipos de aleación de aluminio de alta rigidez, algunas derivadas de la industria aeroespacial, por ello pesa 50 kg menos y mejora un 21% su rigidez estructural con respecto al anterior Ferrari 599. También tiene un centro de gravedad 25mm más bajo y algo más retrasado, por lo que carga algo más de peso en el eje trasero (concretamente, un 54% que representa un 1% más). Este nuevo Citas Ferrari es más corto, más bajo y más ancho que el 599, por lo que su apariencia es más compacta. Con todo ello, es capaz de reducir el consumo un 30% con respecto al anterior V12 y limitar sus emisiones de CO2 a 350 gr/km. 1. Para leer más sobre el automóvil Audi R8, consulte el artículo Audi R8: Tecnología de Aluminio y Construcción Ligera, publicado en la edición número 21 de Metal Actual; páginas 74-79, o consulte la página web: - Sitio revisado por última vez el 19/11/ Para leer más sobre el proceso de soldadura por transferencia en frío o Cold Metal Transfer (CMT), consulte el artículo Cold Metal Transfer: Para Quienes Prefieren una Soldadura Fría, publicado en la edición número 25 de Metal Actual; páginas 40-44, o consulte la página web: - Sitio revisado por última vez el 19/11/2013. Foto: Foto: El 60 por ciento de los procesos de soldadura utilizados en el ensamble del F12Berlinetta son completamente manuales, entre otras se emplea la tecnología Cold Metal Transfer. Fuentes El Aluminio en el Mundo Actual: Tecnología Aplicaciones y Reciclado. Escrito por José Luis Guillen. Doctor Ingeniero de Minas. Revista Novalis Market Center. Asociación Europea del Aluminio (European Aluminium Association) - eu. Centro de Experimentación y Seguridad Vial Mapfre. Cesvimap. Instituto Tecnológico Metalmecánico, AIM- ME.