viernes, 22 de febrero de 2013

Tipos de uniones fijas


En la presente entrada vamos a tratar de explicar los diferentes tipos de uniones fijas que podemos encontrar especialmente en el mundo del automóvil.
             


Cuando se realiza una unión fija, no es posible desmontarse a no ser que se deforme la pieza o piezas que la
forman. Así estas uniones las podemos denominar como:

- Soldadas.

- Remachadas.

- Pegadas.


UNIONES SOLDADAS


Son uniones no desmontables que se establecen por fusión y que aseguran la continuidad de la materia de una construcción de piezas con o sin aportación de material de  unión.  Las piezas a soldar reciben el nombre de material base, y material de aportación al que une las piezas. La unión también se puede conseguir sin material de aportación.


Clasificación de las soldaduras.            

Siguiendo los conceptos comentados y según los materiales utilizados en la soldadura, estas se pueden clasificar como:

- Homogéneas. En estas soldaduras el material base como el de aportación, en el caso de utilizarlo, son de las mismas características.

- Heterogéneas. Las piezas a soldar son de diferente material y si pusiéramos material de aportación, este sería de distinta característica.



Según la disposición de las piezas hay que distinguir las representadas en el cuadro siguiente:








Generalidades de las soldaduras.            

Se debe saber, que la realización de cualquier soldadura pasa por establecer las siguientes condiciones:

- Aportar calor. Esto debe hacerse para fundir los bordes de las piezas y llevarlas a un estado semipastoso.

- Proteger el baño de fusión. El aire es nocivo para la operación de soldar por lo que debemos
proteger la zona con sustancias metalizadas, minerales y orgánicas adecuadas al tipo de soldadura
que reciben el nombre de revestimiento. Favorece el encendido del arco y su estabilidad debido a
estas sustancias ionizantes y desoxidantes.

- Aportar un material. Una varilla metálica, generalmente del mismo material de composición que
las piezas a soldar, será el material  fundente que haga de unión entre ambas





Soldadura eléctrica por arco voltaico.            

La gran intensidad que  se produce al poner en contacto los polos de distinto signo de un generador hacen de fuente  de  calor  con la generación de un arco eléctrico que produce a su vez la incandescencia. Todo unido produce unos vapores metálicos que ionizan la atmósfera y que favorecen la conductividad del electrodo incluso con una separación de estos. La tensión para mantener el arco es de 40 voltios por centímetro de separación. La temperatura alcanzada supera los 3500 ºC. Todo ello se logra con grupos de corriente continua o alterna.
La separación entre electrodos para realizar la práctica de la soldadura, debe hacerse de acuerdo a la tensión, intensidad y sección de los electrodos. La fusión del material de aportación en forma de gota añadida a las piezas, las  une.  El cordón de soldadura debe realizarse de forma  constante y regular, de no ser así la soldadura se obtendrá de forma porosa y con poca penetración.




Soldadura MIG-MAG con conexión centralizada EURO            

El equipo de soldadura COMPACT-220 tiene una intensidad de salida de 220 A al 25% F.U. y 140 A. al 60% F.U..
Puede soldar en todos los aceros al carbono, inoxidables, aluminio, cobres, etc. dentro de su campo de potencia

El interruptor de soldadura controla la alimentación  del transformador de control y el motor de  arrastre  de
alambre, conectado a un circuito independiente de 24 Vca. El conmutador de 10 posiciones permite el ajuste de intensidad de soldadura en las diez diferentes posiciones. No se debe actuar en este conmutador cuando se está realizando el trabajo de soldadura ya que foguearía los contactos de este conmutador.
La potencia se suministra a través del transformador principal. El puente rectificador de onda completa, pasa la corriente alterna a corriente continua de trabajo. Los condensadores montados, protegen los diodos de silicio contra picos de voltaje y altas frecuencias. El puente de diodos está dotado de un termostato que actúa interrumpiendo el suministro de energía en caso de sobrecalentamiento. Recuperada la temperatura se rearma automáticamente.
Un transformador de control alimenta la bobina del contactor  a una tensión de 24 Vca.





Soldadura TIG.            

En las soldaduras, el gas de protección puede ser químicamente inerte o activo, así como que, los electrodos
usados son diferentes entre sí. La soldadura Tugsten Inert Gas es un procedimiento de soldadura que emplea un electrodo no consumible de wolframio o tungsteno con aleación de torio o circonio para mejorar su capacidad emisora. Entre el electrodo y la pieza se produce el arco voltaico y se puede o no aportar
material adicional. Su utilización queda comprometida a la soldadura de metales ligeros y con espesores comprendidos entre 0.5 y 5 mm. El electrodo de tungsteno debe estar bien afilado y con buena apariencia de metal blanco



Soldadura eléctrica por presión.                

La soldadura por presión se puede clasificar por el método empleado en:
                   
                    - Eléctrica a tope
                    - Eléctrica por puntos
                    - Eléctrica continua

La soldadura se consigue con una máquina que lleva dos electrodos de cobre que conducen la corriente. El calor necesario para la soldadura, se consigue al pasar una corriente eléctrica a través de  las  piezas  a soldar. Las piezas se calientan  por  efecto  Joule  y  una vez que alcancen las piezas el estado pastoso, se les aplica una fuerte presión por medio de la mordaza, roldana o pistola. Las uniones soldadas por puntos se hacen siempre con las piezas solapadas y con una o dos filas de puntos generalmente en perfiles finos.





UNIONES REMACHADAS


Un roblón o remache es un elemento de fijación que se emplea para unir de forma permanente dos o más piezas. Consiste en un tubo cilíndrico (el vástago) que en su fin dispone de una cabeza. Las cabezas tienen un diámetro mayor que el resto del remache, para que así al introducir éste en un agujero pueda ser encajado. El uso que se le da es para unir dos piezas distintas, sean o no del mismo material.

Aunque se trata de uno de los métodos de unión más antiguos que hay, hoy en día su importancia como técnica de montaje es mayor que nunca. Esto es debido, en parte, por el desarrollo de técnicas de automatización que consiguen abaratar el proceso de unión. Los campos en los que más se usa el remachado como método de fijación son: automotriz, electrodomésticos, muebles, hardware, industria militar, metales laminados, entre otros muchos.

Existe un pequeño matiz diferenciativo entre un roblón y un remache. Los roblones están constituidos por una sola pieza o componente, mientras que los remaches pueden estar constituidos por más de una pieza o componente. Es común denominar a los roblones también remaches, aunque la correcta definición de roblón es para los elementos de unión constituidos por un único elemento.

Las ventajas de las uniones remachadas/roblonadas son:

-Se trata de un método de unión barato y automatizable.
-Es válido para unión de materiales diferentes y para dos o más piezas.
-Existe una gran variedad de modelos y materiales de remaches, lo que permite acabados más estéticos que con las uniones atornilladas.
-Permite las uniones ciegas, es decir, la unión cuando sólo es accesible la cara externa de una de las piezas.

Como principales inconvenientes destacar:

-No es adecuado para piezas de gran espesor.
-La resistencia alcanzable con un remache es inferior a la que se puede conseguir con un tornillo.
-La unión no es desmontable, lo que dificulta el mantenimiento.
-La unión no es estanca.







UNIONES PEGADAS




Los adhesivos instantáneos o rápidos se utilizan con gran frecuencia en los talleres de automoción para unión, el pegado de piezas y la reparación. Loctite dispone de una amplia gama de adhesivos que facilitan las diferentes operaciones sobre una gran variedad de materiales, por eso CESVIMAP, el centro de experimentación y seguridad vial de MAPFRE, ha llevado a cabo el siguiente estudio de reparación, utilizando adhesivos instantáneos, en el que se han realizado unas exhaustivas pruebas y certificado los excelentes resultados que han sido recientemente publicados en su revista.

Los adhesivos de Loctite 401, 435, 454, 480 y 4850 son polímeros de naturaleza termoestable monocomponentes sobre una base de cianoacrilato, con gran rapidez de secado. Una gota de estos adhesivos proporciona uniones de gran resistencia incluso frente a productos como el aceite del motor, la gasolina, el etanol, el isopropanol, etc. y ante condiciones atmosféricas de calor/humedad. Sirven para reparación de cuero, plásticos, de patillas, textiles, etc. Su tiempo de fijación varía entre los 3 y los 50 segundos dependiendo del producto.

Instrucciones de uso:
Las superficies de unión deben estar sin residuos de suciedad y es recomendable limpiar las zonas de contacto con disolvente Loctite 7063
Para mejorar la adherencia en algunos sustratos se puede aplicar una fina capa de imprimación Loctite 7239, dejándola secar.
Se aplica una fina capa de adhesivo preferente sobre una de las superficies de unión; seguidamente, se une o ensambla la otra parte lo más rápido posible y se mantiene unos segundos inmovilizada, aplicando una presión de contacto.
El consumo aproximado es de unos 5 mg/cm2 en gotas de 0,03g.
El exceso de adhesivo puede eliminarse con disolvente limpiador Loctite 7254.
Los adhesivos son de secado por humedad y temperatura. Para acelerar el proceso de secado se puede utilizar activador Loctite 7455, aplicándolo sobre una de las superficies o directamente sobre el adhesivo una vez realizada la unión. La utilización de activador está más indicada en los adhesivos de alta viscosidad y cuando existe un juego de unión.





















miércoles, 13 de febrero de 2013

Aluminio. Uso en el automóvil

En la presente entrada vamos a reflejar la importancia del aluminio en el mundo del automóvil partiendo de la  base mas común como es su obtención pasando por sus distintas propiedades así como por su comparativa con otros elementos empleados en automoción.



PROCESO DE OBTENCIÓN DEL ALUMINIO.

El aluminio es uno de los elementos más abundantes de la corteza terrestre (8%) y uno de los metales más caros en obtener. La producción anual se cifra en unos 33,1 millones de toneladas, siendo China y Rusia los productores más destacados, con 8,7 y 3,7 millones respectivamente. Una parte muy importante de la producción mundial es producto del reciclaje. En 2005 suponía aproximadamente un 20% de la producción total.

La materia prima a partir de la cual se extrae el aluminio es la bauxita, que recibe su nombre de la localidad francesa de Les Baux, donde fue extraída por primera vez. Actualmente los principales yacimientos se encuentran en el Caribe, Australia, Brasil y África porque la bauxita extraída allí se disgrega con más facilidad. Es un mineral rico en aluminio, entre un 20% y un 30% en masa, frente al 10% o 20% de los silicatos alumínicos existentes en arcillas y carbones. Es un aglomerado de diversos compuestos que contiene caolinita, cuarzo óxidos de hierro y titania, y donde el aluminio se presenta en varias formas hidróxidas como la gibbsita Al (OH)3, la boehmita AlOOH y la diásporo AlOOH.

La obtención del aluminio se realiza en dos fases: la extracción de la alúmina a partir de la bauxita (proceso Bayer) y la extracción del aluminio a partir de esta última mediante electrolisis. Cuatro toneladas de bauxita producen dos toneladas de alúmina y, finalmente, una de aluminio. El proceso Bayer comienza con el triturado de la bauxita y su lavado con una solución caliente de hidróxido de sodio a alta presión y temperatura. La sosa disuelve los compuestos del aluminio, que al encontrarse en un medio fuertemente básico, se hidratan:Al(OH)3 + OH- + Na* → Al(OH)4- + Na*AlO(OH)2 + OH- + H2O + Na* → Al(OH)4- + Na*

Los materiales no alumínicos se separan por decantación. La solución cáustica del aluminio se enfría luego para recristalizar el hidróxido y separarlo de la sosa, que se recupera para su ulterior uso. Finalmente, se calcina el hidróxido de aluminio a temperaturas cercanas a 1000 °C, para formar la alúmina.2 Al(OH)3 → Al2O3 + 3 H2O

El óxido de aluminio así obtenido tiene un punto de fusión muy alto (2000 °C) que hace imposible someterlo a un proceso de electrolisis. Para salvar este escollo se disuelve en un baño de criolita, obteniéndo una mezcla eutéctica con un punto de fusión de 900 °C. A continuación se procede a la electrólisis, que se realiza sumergiendo en la cuba unos electrodos de carbono (tanto el ánodo como el cátodo), dispuestos en horizontal. Cada tonelada de aluminio requiere entre 17 y 20 MWh de energía para su obtención, y consume en el proceso 460 kg de carbono, lo que supone entre un 25% y un 30% del precio final del producto, convirtiendo al aluminio en uno de los metales más caros de obtener. De hecho, se están buscando procesos alternativos menos costosos que el proceso electrolítico.El aluminio obtenido tiene un pureza del 99,5% al 99,9%, siendo las impurezas de hierro y silicio principalmente. De las cubas pasa al horno donde es purificado mediante la adición de un fundente o se alea con otros metales con objeto de obtener materiales con propiedades específicas. Después se vierte en moldes o se hacen lingotes o chapas.

El aluminio puro es un material blando y poco resistente a la tracción. Para mejorar estas propiedades mecánicas se alea con otros elementos, principalmente magnesio, manganeso, cobre, zinc y silicio, a veces se añade también titanio y cromo








UTILIZACIÓN DEL ALUMINIO EN EL AUTOMÓVIL:



El primer vehículo fabricado íntegramente en aluminio y verdaderamente significativo en la historia del automóvil, es el Panhard Dyna de 1953 y que empezó su producción a partir de 1954.
Aunque el aluminio en la fabricación de automóviles tiene su origen en el empleo para desarrollar diferentes elementos mecánicos, su uso más generalizado se centraba en la fabricación de bloques de motor, culatas, elementos de refrigeración, etc., por sus buenas cualidades para la evacuación de calor de dichos elementos y fácil mecanización.

La firma Rover, influenciada por la crisis económica provocada por la segunda guerra mundial y por el excedente de aluminio, después de la contienda se vio obligada a utilizar este material en sus vehículos.
En los últimos años, su aplicación se a generalizado, gracias a su escaso peso y a su elevada rigidez, éste material, es capaz de mejorar su comportamiento, logrando excelentes relacionales peso-potencia y mejorando notablemente el comportamiento dinámico.

Hasta hace unos años, únicamente vehículos de cierta exclusividad, como los modelos de Ferrari, Honda NSX o el Jaguar XJ 220 montaban este tipo de carrocerías, en la última década el aluminio se ha incorporado a los elementos de la carrocería de forma predominante.


El aluminio, es el metal más utilizado en la fabricación de automóviles actuales después del acero.
Vehículos fabricados en grandes series como el Audi A8, Audi A2, el BMW Serie 5 y el Renault Vel-Satis, son ejemplo de estructuras total o parcialmente construidas en este material.
Desde el año 2000, se comenzó a incorporar de forma generalizada piezas exteriores de este material en; capós, aletas, paneles de puerta e incluso techos.








Características del aluminio en la industria del automóvil:


Ligereza:


El peso especifico es de, la tercera parte del peso del acero, lo que puede llegar a suponer una disminución del 40% del peso total de la carrocería. Así, disminuye el consumo de combustible aproximadamente en 0’5 litros cada 100 Km y cada 10% de disminución en peso. Por lo tanto, también se producirá una reducción directa de las emisiones contaminantes (CO2 – Dióxido de carbono) a la atmósfera.


Seguridad:


Los vehículos se diseñan con un habitáculo suficientemente rígido, en combinación con zonas de deformación programada, tanto en la parte frontal como en la posterior. En estos dos aspectos donde el aluminio tiene un comportamiento excelente, ya que las carrocerías de este material suelen ser mucho más rígidas que las de acero, además de permitir crear perfiles y elementos de deformación capaces de disipar gran parte de la energía de un impacto.

Por ello, aunque la carrocería de algunos vehículos sea de acero, montan como absorbedores de impacto o almas de paragolpes elementos de aluminio.
La mejora de la seguridad en los vehículos de aluminio también se debe a la menor energía de choque producida, debida, a la menor energía cinética que habrá que disipar en caso de impacto.
Desde el punto de vista de la seguridad activa, la capacidad de respuesta de los vehículos construidos en este material, con motores más pequeños, es mayor, mejorando la relación peso-potencia. Además, como la masa a detener en una frenada de emergencia es menor, aumenta la efectividad de los sistemas de frenado, aumentando la velocidad de paso en curvas al disminuir la masa y, por lo tanto, la fuerza centrífuga generada.
La rigidez (a torsión y flexión) de la carrocería es mayor, favoreciendo así la respuesta del vehículo y su seguridad activa.



Reciclabilidad del aluminio:


Su facilidad para ser reciclado lo hace más atractivo para los constructores, puesto que en el proceso de reciclado con escasos aportes de energía, se mantiene la calidad del material extraído por este procedimiento, generando un ahorro importante comparado con la extracción del aluminio primario: (Bauxita).


Protección contra la corrosión:


La facilidad de reacción del aluminio con el oxígeno hace que se recubra con una capa de oxido (Alúmina), que protege al material contra la oxidación, de forma natural.
Sin embargo, su uso no puede combinarse con materiales de diferente potencial electroquímico sin las debidas precauciones, pues se originan procesos de corrosión galvánica con la consiguiente destrucción del aluminio. Por ello se a de evitar el contacto entre el aluminio y el acero, usando diferentes recubrimientos o adhesivos de baja conductividad eléctrica, para evitar en todo momento, este problema.





Capacidad de conformación:


La conformabilidad del aluminio es notablemente mejor y más fácil de lograr que la del acero, mediante los sistemas de embutición, extrusionado, forja, fundición, mecanizado y laminado, todo ello con menores gastos energeticos.


Extrusión:

Esta técnica consiste en hacer pasar un disco o pastilla de aluminio por un hueco calibrado, con la ayuda de un punzón o embolo ajustando su geometría de manera progresiva como barras o tubos y perfiles.


Embutición:

La técnica consiste en la configuración de una forma plana para transformarla en un hueco con superficie no desarrollable mediante la acción combinada de un conjunto punzón-embutidor y matriz-embutidora.


Forja:
Consiste en el moldeo de un material a través de una compresión, hasta conseguir la forma deseada.



Fundición:

Este procedimiento se hace mediante diferentes técnicas, como la fundición en coquilla, en arena, o de forma inyectada, la colada o el material fundido es introducido en un molde. Tras su enfriamiento, adquiere la geometría final deseada.


Mecanizado:

En el mecanizado, la forma de la pieza es aportada mediante una herramienta de corte (fresa o cuchilla), la cual está fija o en movimiento respecto a las piezas, según el procedimiento de mecanizado empleado.


Laminación:

Técnica consistente en modificar la sección de una pieza, con fuerzas de compresión generadas al pasar el material por cilindros rotativos, que giran a igual velocidad tangencial.
De esta manera se obtienen laminas o chapas de diferentes espesores, que servirán como producto preformado para otras aplicaciones como las operaciones de estampación o embutición.

Generalmente, tras finalizar el proceso de laminación, las chapas son endurecidas mediante un proceso térmico, denominado termofraguado, donde las piezas son calentadas a una temperatura en torno a 200º C, durante 30 minutos. De esta manera, se mejora el limite elástico y la resistencia a la tracción.



COMPARATIVA ENTRE EL ACERO Y EL ALUMINIO:



Propiedades mecánicas :


Características Físicas y Mecánicas
Perfiles Laminados Acero (A37, A42, A52)
Aluminio
Peso Específico (gr/cm3)
7,85
2,70
Punto de Fusión (ºC)
1535
658
Coeficiente de Dilatación Térmica Lineal (10-6ºC-1)
11
23
Resistividad Eléctrica (microhmios-cm2/cm)
19
2,8
Resistencia a Tracción (N/mm2)
370-620
250-300
Límite Elástico 0,2 (N/mm2)
240-360
270
Módulo de Elasticidad (N/mm2)
200.000
65.000





El problema que se nos presenta a la hora de elegir entre acero o aluminio en la fabricación de la carrocería de un automóvil es, como en todo en esta vida , el intento de reducir costes. En primer lugar el aluminio parte con ventaja ya que es mas ligero frente al acero pero , con el tiempo se fue comprobando que el precio de todas aquellas alternativas al acero era muy superior a este por lo que el acero sigue siendo hoy día el elemento mas importante en construcción de carrocerías de automóviles.