En la actualidad los bastidores y las carrocerías habituales están realizados en acero y chapa, pero ya existen automóviles que se realizan en aleaciones de aluminio y materiales compuestos. Estos nuevos materiales tienen la principal característica de tener altas prestaciones de rigidez con una reducción considerable de peso frente a los aceros convencionales. No obstante se sigue investigando en aceros especiales de alto límite elástico con mayor resistencia.
Las características comunes más importantes de estos nuevos materiales son:
¾ Los nuevos materiales se pueden fabricar variando sus características de rigidez según sea el destino dentro del automóvil. El hecho es fundamental si tenemos en cuenta la importancia que tiene actualmente, desde el punto de vista de la seguridad pasiva, la deformación programada o controlada de un bastidor en caso de colisión.
¾ En la elaboración de piezas, los nuevos materiales se adaptan mejor a los moldes, produciendo piezas con geometrías complejas y de gran homogeneidad.
¾ El ahorro de número de piezas es alto, sobre todo al trabajar con materiales compuestos. Estas estructuras tienen un carácter modular, por lo que en caso de reparación es más fácil su reemplazo.
¾ El ahorro en peso es considerable en ambos casos (entre 25% y un 40%), manteniendo un excelente nivel de rigidez.
¾ Tanto las aleaciones de aluminio, como los materiales compuestos, no se oxidan.
¾ Los nuevos materiales son considerablemente más caros en un principio. Este hecho se podrá mejorar gracias a su mayor facilidad para el reciclaje.
El empleo de unos materiales no excluye a otros, pudiéndose hacer combinaciones de piezas de cada tipo. Actualmente es común la combinación de partes de aleaciones de acero de alto límite elástico, con piezas de materiales compuestos. A continuación se mencionan por separado los aceros, las aleaciones de aluminio y los materiales compuestos en su aplicación al automóvil.
2.9.2 CHAPA DE ACERO
Es el material tradicionalmente utilizado para la fabricación de la carrocería de los automóviles (sobre todo los vehículos de serie); aún hoy es con mucho, el material más usado, si bien está siendo sustituido de forma progresiva por materiales más ligeros, sobre todo en ciertas aplicaciones. No obstante, por sus características mecánicas como la rigidez, resistencia y deformación plástica, unido a su precio, sigue siendo hoy por hoy el material idóneo para la construcción de las carrocerías de los automóviles de serie.
Para la construcción de la carrocería se utilizan corrientemente chapas de acero de diferentes calidades y grosores, en función de la pieza a conformar. Los gruesos de chapa de carrocería oscilan entre 0.6 y 3 mm.; si bien la parte principal la compone la chapa de grosores entre 0.6 y 1.0 mm. En paneles de gran superficie, suelos, puertas, etc., este espesor suele ser de 0.915 mm. ( 0.035 in). Donde existen grandes embuticiones, se reduce aproximadamente de 0.765 a 0.66 mm. ( 0.030 a 0.026 in). En piezas de carácter estructural como cajeados, largueros, etc., el espesor oscila entre 1.00 y 1.25 mm. ( 0.064 in).
En las tablas 2.2 y 2.3 podemos ver las características mecánicas de las chapas de acero de distinta naturaleza, así como la función a la que van destinadas en el conjunto de carrozado.
Tabla. 2.2. Características mecánicas de las chapas de acero de distinta naturaleza [2.1].
Tabla. 2.3. Características mecánicas y función de las chapas de acero de distinta naturaleza [2.1].
2.9.3 ALEACIONES DE ALUMINIO
El uso de aleaciones de aluminio en el automóvil, ya es patente en varios vehículos de serie, fundamentalmente en la fabricación de piezas del motor, elementos de suspensión, subchasis, llantas ligeras, asientos, etc. Sin embargo, su aplicación para la construcción de estructuras monocasco, está teniendo un desarrollo más lento, que se debe fundamentalmente a su precio.
Las características de reducción de peso, rigidez, resistencia, deformabilidad, resistencia al calor, resistencia a la corrosión producción en masa y reciclaje están haciendo de las aleaciones de aluminio, uno de los materiales con mayor futuro en su aplicación en el automóvil (tabla 2.4).
Material Límite Elástico (MPa) Resistencia a cortadura (MPa) Acero A42 260 150 Aluminio Simagal 63-T5 170 100
Tabla. 2.4. Características mecánicas del acero y del aluminio [2.1].
2.9.4 MATERIALES COMPUESTOS
Las materiales compuestos han sido introducidos progresivamente en el mundo del automóvil. En la actualidad cumplen perfectamente con los requerimientos exigidos por los materiales utilizados en el sector del transporte.
Un material compuesto o “composite” es un conjunto de fibras (continuas o no ) de un material resistente, que están situadas en un material de baja resistencia mecánica llamada matriz, la misión es mantener la disposición geométrica de las fibras. Ante una carga, la matriz transmite las solicitaciones a las fibras, que son las que realmente aportan la rigidez del material. En la figura 2.23 se muestran distintas orientaciones de materiales compuestos.
Las fibras (5 – 15 mm) suelen ser: vidrio, aramida (kevlar), carbono (alto módulo de elasticidad), boro, carburo de silício; y pueden estar orientada de distintas formas (unidireccional, tejidos bidimensionales o tridimensionales).
Las matrices suelen ser: resinosas (termoplásticos, termoendurecibles), minerales (carbono, carburo de silicio), metálicas.
Figura. 2.23. Distintas orientaciones de materiales compuestos.
¾ Rigidez ¾ Resistencia ¾ Moldeo ¾ Precio
¾ Buen comportamiento ¾ Pintura y tratamiento previos
Todas estas características hacen pensar que los materiales compuestos presentan un campo de posibilidades de aplicación en el automóvil, que todavía debe mejorar en cuanto a fabricación en serie, pero con un futuro indudable.