3 empleo del aluminio

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1 3 empleo del aluminio

2 E L A L U M I N I O E N L A F A B R I C A C I Ó N D E C A R R O C E R Í A S exteriores de este material; capós, aletas, paneles de puerta, e incluso techos, no son, un caso aislado en la construcción de las carrocerías modernas Propiedades del aluminio. Diferencias con el acero La evolución del mundo del automóvil y de la fabricación y reparación de carrocerías, en particular por la introducción de un nuevo material como el aluminio, se observa comparando las diferentes propiedades físicas y químicas de este material con respecto al acero. Estas propiedades justifican su uso, a la vez que condicionan los diferentes métodos y procesos de reparación Propiedades físicas del aluminio Estructura cúbica centrada en las caras El aluminio es un material blanco y brillante, que, una vez pulido, se asemeja en su aspecto a la plata. Cristalizando en una red cúbica centrada en las caras, su peso específico es de 2,699 kg/dm 3, casi tres veces más pequeño que el del hierro (7,87 kg/dm 3 ) y ligeramente mayor que el del magnesio (1,74 kg/dm 3 ). Su conductividad eléctrica es un 60% superior a la del cobre y 3,5 veces la del hierro. Su punto de fusión es de 660ºC, con una temperatura de ebullición de 2.450ºC. Este punto de fusión, relativamente bajo, facilita su conformación mediante fusión y moldeo. 44

3 3. E M P L E O D E L A L U M I N I O En general, se puede establecer un análisis comparativo de las diferentes propiedades del aluminio con las del acero, respecto a su resistencia, elasticidad, dureza, conductividad térmica, resistencia eléctrica y coeficiente de dilatación lineal. Resistencia La resistencia a la tracción del aluminio es de 12 kg/mm 2, notablemente inferior a la resistencia mecánica del acero, lo que hace que deba ser tratado para que aumente. Por otro lado, su escasa resistencia mecánica hará necesario controlar los esfuerzos a aplicar en las operaciones de reparación; por ejemplo, las de repaso de chapa, para no provocar mayores deformaciones de las que se intentaban corregir. Elasticidad El límite elástico del aluminio es de 40 kg/mm 2, notablemente inferior que el del acero, con lo que su tendencia a la recuperación de la forma inicial es menor. Ello da origen a un comportamiento frágil. El resultado final es una limitación en las operaciones de estiraje, con el fin de evitar la ruptura del material. Un trabajo en frío del material puede provocar la aparición de grietas con mayor facilidad que en el caso del acero. Ésta es la razón fundamental de atemperar el material antes de proceder a su conformación, disminuyendo el riesgo de aparición de grietas. Dureza El aluminio es mucho más blando que el acero; por esta razón, el golpeteo directo del martillo sobre las herramientas de sufrir puede dar origen a estiramientos con cierta facilidad. En concreto, la dureza del aluminio es de 15 HB, mucho más baja que la del acero. 45

4 E L A L U M I N I O E N L A F A B R I C A C I Ó N D E C A R R O C E R Í A S Es absolutamente necesario tener cuidado con la aplicación de esfuerzos, para no causar marcas sobre el material. Conductividad térmica La conductividad térmica del aluminio es de 235 W/mºK, aproximadamente cuatro veces superior a la del acero. Esta circunstancia supone un inconveniente en los procesos de soldadura por fusión, al producirse una fuerte disipación del calor, que requiere un mayor aporte de energía para la soldadura que en el acero. Para contrarrestar estas pérdidas de calor, se recurre al atemperamiento de la pieza, disminuyendo así el gradiente de temperatura que existe en la misma. Resistencia eléctrica La resistencia eléctrica del aluminio, al igual que la térmica, es mucho más baja que la del acero; en concreto, 0,02655 Ω mm 2 /m; es decir, unas cinco veces más baja. Esto condiciona el proceso de soldadura por puntos de resistencia, pues el calor generado para lograr la unión de las chapas es causado normalmente por la resistencia del material. Si ésta desciende, se ha de aumentar la intensidad para poder realizar la soldadura. Los equipos de soldadura empleados normalmente en reparación están, en este sentido, limitados en este tipo de soldadura, pues no permiten alcanzar intensidades tan altas como las que serían necesarias para crear una soldadura de garantía. Coeficiente de dilatación lineal El coeficiente de dilatación lineal del aluminio, es decir, la facilidad que tiene para variar su dimensión al aumentar su temperatura, es el doble que el del acero, concretamente, 23,6 X / 0 K. 46

5 3. E M P L E O D E L A L U M I N I O Las deformaciones que, por tanto, pueden aparecer al aplicar los diferentes tratamientos térmicos en reparación obligan a controlar, en la medida de lo posible, la temperatura que alcanza el material, pues se pueden originar deformaciones permanentes en la pieza a reparar. En la siguiente tabla se muestran, comparativamente, las propiedades del aluminio y del acero. PROPIEDADES ACERO ALUMINIO RESISTENCIA A LA TRACCIÓN (kg/mm 2 ) LÍMITE ELÁSTICO (kg/mm 2 ) MÓDULO DE ELASTICIDAD (kg/mm 2 ) ALARGAMIENTO (%) DUREZA (HB) CONDUCTIVIDAD TÉRMICA (W/m 0 K) RESISTENCIA ELÉCTRICA (Ω mm 2 /m) 0,13 0,02655 COEFICIENTE DE DILATACIÓN LINEAL (1/ O K) 12 x ,6 x Propiedades químicas del aluminio Tanto el aluminio como las aleaciones de este material presentan una gran resistencia a la corrosión, tal y como ocurre con otros materiales, como el acero, debido a las propiedades que el óxido de aluminio presenta, dando lugar a la formación de una capa fina y adherente de 4 a 5 µm de espesor sobre la superficie del material. Es un óxido altamente estable y que autopasiva al material. 47

6 E L A L U M I N I O E N L A F A B R I C A C I Ó N D E C A R R O C E R Í A S Carrocería del BMW Z8 Excelente comportamiento a torsión de la carrocería. Buena resistencia a la fatiga. En la fabricación, se emplean diferentes aleaciones de aluminio, en función del método. Así, en las piezas de extrusión se utilizan aleaciones de la serie EN AW 6XXX o de la serie 7XXX, mientras que las aleaciones usadas en las chapas son las aleaciones estándar para el automóvil. Algunos de los vehículos en los que se sigue este sistema de fabricación son Lotus Elise, Opel Speedster, BMW Z8, Renault Spider o Ferrari 360 Spider. Estructura del Opel Speedster En el siguiente cuadro se presentan las características de conformación de la carrocería del Lotus Elise. 68

7 3. E M P L E O D E L A L U M I N I O CARACTERÍSTICAS DE CONFORMACIÓN DEL LOTUS ELISE PIEZAS DE EXTRUSIÓN CHAPAS UNIONES OTROS Perfiles rectos (63 piezas/55 kg) Perfiles curvos (2 piezas/10 kg) Perfiles hidroconformados (ninguno) 5 piezas / 10 kg MIG (ninguna) Soldadura por puntos (ninguna) Láser (ninguna) Adhesivos (1,7 m 2 ) Taylor blanks (ninguna) Carrocerías de concepto ASF Las carrocerías ASF (Audi Space Frame) son estructuras formadas por la unión de gran variedad de piezas conformadas mediante fundición, laminación y extrusión. Son las carrocerías características de los vehículos de aluminio de los Audi A8 y A2. Se logran, de esta forma, estructuras extremadamente ligeras con pesos que, en el caso de la carrocería completa del Audi A8, están en los 277 kg y valores de rigidez excelentes. Las carrocerías se encuentran constituidas por una serie de perfiles extrusionados unidos entre sí por piezas de fundición, denominadas nudos. El aspecto exterior del vehículo se consigue mediante chapas de laminación. Las aleaciones utilizadas vendrán dadas por el tipo de procedimiento empleado para la conformación de las diferentes piezas. Carrocería de concepto ASF del Audi A2 69

8 4. SISTEMAS DE UNIÓN Y ENSAMBLAJE EN LAS CARROCERÍAS DE ALUMINIO La técnica de unión se desarrolla de forma rápida, con elevada economía en el proceso de fabricación y una excelente calidad en los acabados. Las uniones clinchadas en el taller no son posibles; por ello, es necesario recurrir al uso de mecanismos alternativos, como las uniones remachadas Esquema de eliminación de la unión clinchada La eliminación del clinchado se debe realizar con ayuda de una remachadora neumática de pinza, ejerciendo presión sobre la unión Uniones remachadas Prácticamente, todos los fabricantes utilizan este sistema de unión como sustituto de los puntos de resistencia, logrando niveles de resistencia de hasta un 35% superiores a ellos, sin un incremento de peso notable. Cada constructor ha diseñado y optado por diferentes tipos de remache, diferenciando perfectamente entre aquellos utilizados en la fabricación y en la reparación; sin embargo, se da la paradoja de que mientras unos constructores utilizan un tipo de remaches únicamente en la fabricación, otros lo hacen también en la reparación. Remaches usados por BMW en la Serie 5 89

9 E L A L U M I N I O E N L A F A B R I C A C I Ó N D E C A R R O C E R Í A S Remaches estampados o autoperforantes De todas las técnicas empleadas en la fabricación de estas carrocerías, las uniones mediante remaches estampados suponen, en algunos vehículos, un 68% del total, logrando con este método un aumento de la resistencia de un 30% con respecto a la soldadura por resistencia. Esquema de aplicación de los remaches estampados El fundamento de este tipo de uniones está en la estampación previa de dos chapas; en ellas se introduce el remache mediante la aplicación de aire comprimido, expandiéndose y clavándose en la chapa portante. El remache es de acero, recubierto de una capa de aluminio y suele estar restringido a los procesos de fabricación; sólo Jaguar lo utiliza en los procesos de reparación. A la hora de eliminar los remaches estampados, para la sustitución de la pieza unida mediante ellos, se recurre al uso de una remachadora específica, dotándola del útil apropiado para dicha operación y realizando sobre la herramienta los ajustes necesarios. Para ello, es necesario seguir determinados pasos: 90

10 4. SISTEMAS DE UNIÓN Y ENSAMBLAJE EN LAS CARROCERÍAS DE ALUMINIO 1. Es necesario realizar un ajuste previo de la máquina de remachar, regulando la distancia entre los útiles de remachado. Con la máquina cerrada, se toma una distancia entre dichos útiles, similar al espesor de las chapas a desgrapar. 2. Se aplica el útil de remachar con el punzón de embutición en el estampado de la chapa. Es recomendable sujetar la máquina con seguridad, procurando que no se mueva y cerrando la pinza lentamente. 3. Una vez extraído el remache, éste queda fijado en la pieza a eliminar, quedando un orificio en la pestaña de la carrocería. En caso necesario, se puede emplear un cincel para retirar la pieza. 4. Tras retirar la pieza, es necesario conformar la pestaña de la carrocería. Para ello, se hace uso del tas y del martillo o de la propia máquina de remachar, dotada de punzón y sufridera plana. 91

11 E L A L U M I N I O E N L A F A B R I C A C I Ó N D E C A R R O C E R Í A S Soldadura del perno de extracción El perno queda soldado sobre la cabeza del remache Extracción del remache 5. En aquellos casos en los que la accesibilidad para la remachadora se encuentre restringida, será necesario eliminar el remache con un esmerilado de la zona circundante. Este procedimiento de eliminación sólo se puede aplicar cuando exista acceso, sin dejar, en ningún caso, el remache abandonado en el interior de la carrocería. Por ello, se inmovilizará con cera de cavidades cuando no se pueda extraer. De esta forma, se evitan posteriores procesos de corrosión galvánica. También es posible eliminar el remache con una broca, taladrándolo y procurando realizar dicha operación desde el lado opuesto a la cabeza del mismo. En los remaches utilizados por BMW, el proceso de eliminación es diferente. En este caso, se recurre a la soldadura de pernos sobre la superficie de la cabeza, utilizando la remachadora eléctrica recomendada por el fabricante para la extracción Remaches macizos Es el sistema de unión utilizado en reparación, fundamentalmente por Audi, como sustituto o complemento de los métodos empleados en 92