conceptos básicos de la carrocería

Servicio

4 CARROCERIA CONCEPTOS ELEMENTALES DE

CUADERNOS DIDÁCTICOS BÁSICOS

´

No se permite la reproducción total o parcial de este cuaderno, ni el registro en un sistema informático, ni la transmisión bajo cualquier forma o a través de cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por grabación o por otros métodos, sin el permiso previo y por escrito de los titulares del copyright. TÍTULO: Conceptos Elementales de Carrocería (C.B. Nº 4) - AUTOR: Organización de Servicio - SEAT, S.A. Sdad. Unipersonal, Zona Franca, Calle 2 Reg. Mer. Barcelona. Tomo 23662, Folio 1, Hoja 56855 1ª edición - FECHA DE PUBLICACIÓN: Julio 1997 - DEPÓSITO LEGAL: B-10425/98 Preimpresión e impresión: TECFOTO, S.L. - Ávila, 112-114 - 08018 Barcelona - Diseño y Compaginación: WIN&KEN

Í

N

LA CARROCERÍA

D DE UN

I

C

AUTOMÓVIL

E 4-5

TIPOS

DE

CARROCERÍAS: CONJUNTOS CARROCERÍA Y CHASIS

6-7

TIPOS

DE

CARROCERÍAS: LA CARROCERÍA AUTOPORTANTE

8-9

LOS MATERIALES Y

SUS

10-12

PROPIEDADES

LAS DEFORMACIONES ELÁSTICA Y PLÁSTICA

14-15

EL ACERO LOS ACEROS

DE

EL PROCESO

DE FABRICACIÓN: DISEÑO Y

EL PROCESO

DE FABRICACIÓN: EL

LAS PIEZAS

DE UNA

DE UNA

DE

ENSAMBLADO

REFERENCIA

CARROCERÍA EL

LA SEGURIDAD PASIVA Y

LA

DE LA

AUTOEVALUACIÓN

ESTAMPACIÓN

CARROCERÍA

LA SEGURIDAD ACTIVA Y

LA REPARACIÓN

16-17

ALTO LÍMITE ELÁSTICO

GEOMETRÍA Y SISTEMAS LAS COTAS

13

18-19 20-21 22-25 26-27 28-29

MOVIMIENTO

30-31

DEFORMACIÓN

32-33

CARROCERÍA

34-37 38-41

“Las carrocerías de los vehículos modernos son los armazones que sustentan todos los órganos mecánicos, la carga y los pasajeros, aportando seguridad y comodidad a sus ocupantes y manteniendo una belleza de líneas”.

LA CARROCERÍA CARROMATO DE CUGNOT

B4-01

VEHÍCULO DE PRINCIPIOS DE SIGLO

B4-02

DE UN

A U TO M Ó V I L

Un poco de historia: los carromatos con motor

Los primeros automóviles

Inicialmente los automóviles eran

realidad adaptaciones de coches de

muy diferentes a como son ahora.

caballos con plataforma reforzada.

Puede decirse que de común con

Por tanto, las primeras carrocerías

los actuales sólo tenían el hecho

eran estructuras cuyo único objeti-

de tener un sistema de tracción a

vo era proteger a los pasajeros de

motor y el hecho de servir para el

las inclemencias atmosféricas.

transporte de pasajeros y sus

El concepto de carrocería quedó

equipajes.

establecido en esos momentos y

Si tuviera que datarse el naci-

se ha mantenido hasta nuestros

miento del automóvil, habría que

días. Podría definirse la carrocería

remontarse hasta 1769, fecha en

como el elemento o elementos

que Nicolas Cugnot realizó unas

que representan el perfil de la

pruebas al instalar un motor de

estructura de un vehículo, que

vapor sobre un carromato. En esa

sirve de habitáculo a los pasajeros,

época, y durante muchos años, no

y dispone de una zona de carga y

avanzó mucho el concepto de

de un lugar de alojamiento para

automóvil y casi todos los cam-

los componentes y órganos mecá-

bios se realizaron sobre aspectos

nicos del automóvil.

mecánicos del sistema de tracción

Los primeros avances afectaron a la

y sobre el propio carromato que

estructura portante, la plataforma

no tenía manejabilidad ni resisten-

o bastidor sobre la que se sujetaba

cia para soportar los esfuerzos

desde el motor hasta el resto de las

derivados de la marcha y el peso

piezas que conformaban el habitá-

propio.

culo de pasajeros o carrocería. Un

Los primeros cambios importan-

gran salto consistió en la introduc-

tes se dieron a lo largo de la

ción del acero como material que

segunda mitad del siglo XIX, cuan-

iba a sustituir a la madera, aportan-

do aquellos “fabricantes” se die-

do mayor rigidez y resistencia.

ron cuenta de que las modificacio-

Cuando entró el siglo XX, los

nes no debían orientarse única y

automóviles ya eran “modernos” y

exclusivamente a cambios mecáni-

estaban definidos como:

cos sino también a cambios estéti-

· Un

Los primeros automóviles fueron en

bastidor formado por dos

cos, y otros destinados a propor-

largueros de acero combinado

cionar confort a los pasajeros.

con otras piezas de madera.

·Un motor de combustión interna

en el diseño del automóvil. Fue en

en continua evolución desde el que

esta época cuando se populariza-

construyera el alemán Karl Benz.

ron los vehículos pequeños o utili-

· Una carrocería de madera y chapa

tarios y los vehículos compactos.

de acero, de formas bastante

Desde los años 80 hasta nuestros

angulosas y poco aerodinámicas.

días se ha incluido, además de los

Fue en la tercera década de este

factores señalados anteriormente, el

siglo cuando ya se universaliza el

criterio de seguridad pasiva como

empleo del acero como material

criterio fundamental de diseño.

para fabricar bastidores y carroce-

El concepto de carrocería tal y

rías. Los avances se sucedieron

como la conocemos hoy en día no

rápidamente y fue en estos mis-

es más que un perfeccionamiento

mos años cuando apareció la pri-

realizado sobre las carrocerías de

mera carrocería autoportante.

los años 30 y 40, resultante del

Durante varias décadas se estuvie-

desarrollo de las tecnologías de

ron fabricando las carrocerías bajo

fabricación, la aparición de mate-

unos mismos requisitos de funcio-

riales más ligeros y resistentes, y

nalidad y resistencia unidos a

el avance en el diseño industrial.

otros estéticos. Fue en 1973 con

Las mejoras introducidas durante

la primera crisis del petróleo

la presente década, se han realiza-

cuando surgió la necesidad de

do bajo el objetivo de conseguir

fabricar vehículos que consumie-

un

ran menos gasolina, por lo que se

(rigidez y resistencia) de la carro-

introdujeron la aerodinámica y el

cería que aporte un máximo nivel

peso como factores fundamentales

de seguridad en marcha.

comportamiento

mecánico

B4-03

5

“En algunos vehículos se cuenta con una estructura portante y resistente denominada chasis y una carrocería o cerramiento que sirve de hueco para el transporte de personas y cosas”.

TIPOS DE CARROCERÍA: C O N J U N TO S C A R R O C E R Í A E N

P R O F U N D I D A D

Y

CHASIS

La carrocería es una de las partes

Con este sistema se logra:

más importantes del automóvil. En

· Gran robustez y resistencia para

Las carrocerías descapotables Los vehículos descapotables, o “cabrios” tienen carrocerías con unas características especiales que las diferencian seriamente de aquellas que tienen techo.

un vehículo de tipo medio puede

La ausencia de techo y piezas asociadas (pilares, cimbras, montantes...) hace que los esfuerzos mecánicos deban ser soportados por un número menor de piezas, por lo que éstas deberán ser más resistentes. Dado que muchas de ellas no pueden modificarse, ya que son las mismas que se utilizan en las carrocerías cerradas, es necesario reforzarlas con otras piezas suplementarias. Ello hace que las carrocerías de muchos vehículos descapotables sean más pesadas que aquellas de los cuales derivan. Puede deducirse, entonces, que resulta ser una aberración técnica el cortar el techo de un vehículo y convertirlo en un divertido coche de paseo si no se realiza un refuerzo del resto de la carrocería.

transportar cargas elevadas.

representar aproximadamente un

· Elevada rigidez.

30 % del peso total. Pero no siem-

Sin embargo, este sistema tiene

pre ha sido así: en las primeras

algunos inconvenientes para los

décadas del siglo suponía un 70 %.

vehículos automóviles:

La causa está, fundamentalmente,

· Elevado peso. · Centro de gravedad alto. · Peor coeficiente aerodinámico. · Menor control sobre las zonas

en las distintas configuraciones de carrocería existentes, de las cuales analizamos las más importantes.

de deformación.

Carrocería y chasis separados

· Mayor coste de fabricación.

Se trata del sistema más antiguo, y ya no se usa en automóviles de

Carrocería y chasis plataforma

turismo (excepto algunos vehícu-

Con un concepto similar al expli-

los de recreo), habiendo quedado

cado anteriormente, el chasis está

relegado a camiones y vehículos

formado por un conjunto de cha-

industriales para transporte de

pas dobladas que conforman el

carga, así como vehículos todo-

suelo y toda la plataforma estruc-

terreno.

tural del vehículo, por lo que se

Básicamente consiste en un bas-

pierden los largueros como piezas

tidor formado por dos vigas o

independientes fabricadas con

largueros longitudinales unidos

perfiles.

por travesaños atornillados o

Sobre esta plataforma se ator-

soldados, el cual proporciona

nilla la carrocería al igual que

rigidez y resistencia al vehícu-

ocurría en el caso anterior.

lo. La carrocería se atornilla al

Este sistema se utiliza funda-

mismo al igual que el grupo

mentalmente en vehículos lige-

motopropulsor, dirección, sus-

ros de transpor te de mercancí-

pensión, etc .

as y algunos vehículos todote-

Al conjunto formado por el basti-

rreno, pero no en los turismos

dor y los órganos mecánicos se le

(excepto casos especiales). Tan

llama chasis. Por tanto, un vehículo

sólo algunos vehículos depor ti-

de estas características está for-

vos mantienen hoy en día esta

mado por chasis y carrocería.

configuración.

Chasis tubulares

zas al liberarlas de responsabilidad

Fueron los primeros intentos serios

estructural.

de sustituir los pesados chasis ante-

Este tipo de carrocerías se emplea

riores por estructuras esbeltas, tipo

en vehículos de competición, en

celosía, sobre las que atornillar las

los que la carrocería exterior

chapas exteriores de la carrocería.

tiene una misión meramente esté-

El entramado de tubos daba lugar

tica y aerodinámica y es necesario

a una estructura muy rígida y livia-

tener muy buena accesibilidad

na, permitiendo aligerar otras pie-

mecánica.

Existen diversos tipos de vehículos en los que una estructura resistente (chasis, plataforma o armazón tubular) sirve de soporte a los órganos mecánicos y a la carrocería.

B4-04

7

“En la carrocería autoportante un número elevado de piezas, consideradas estructurales, aportan rigidez y resistencia a todo el conjunto, con un ahorro de peso considerable y un aumento de la seguridad para los ocupantes”.

TIPOS DE CARROCERÍA: L A C A R R O C E R Í A A U TO P O RTA N T E En este tipo de carrocería no existe

dera de mayor responsabilidad

un conjunto de piezas que, en forma

estructural y son diseñadas de

El diseño La forma en que es diseñada una pieza tiene gran importancia en la cantidad de material que se utiliza posteriormente en su fabricación y, por lo tanto, en el coste y

de plataforma o bastidor, sean las

acuerdo a ese requisito.

encargadas de soportar todos los

Todas las piezas van unidas de

esfuerzos como ocurría en los

forma tal que son capaces de trans-

casos anteriores, sino que todo el

mitir esfuerzos entre ellas, esfuer-

en el peso. Si una viga metálica se diseñara simplemente de sección rectangular maciza, tendría una deformación determinada bajo una carga de flexión. Sin embargo, dándole la forma apropiada a la sección, y gastando la misma cantidad de material, la

conjunto de piezas puede decirse

zos que provienen del propio vehí-

que participan en mayor o menor

culo y de la carretera.

grado en el comportamiento global.

Este tipo de carrocerías presenta

El concepto básico de este tipo de

algunas ventajas importantes:

carrocería es el de una caja resis-

deformación bajo carga, también llamada flecha, puede ser mucho menor.

tente que a su vez sea autoportan-

· Son más ligeras. · Tienen el centro de gravedad

Este concepto de rigidez se aprovecha en los automóviles al diseñar las carrocerías autoportantes, de modo que tengan la máxima rigidez y el mínimo peso.

Por tanto, todos los esfuerzos

·Son de fabricación más económica.

mecánicos propios de las cargas

Básicamente existen dos tipos de

estéticas (peso de todos los com-

carrocería autoportante:

ponentes del vehículo, pasajeros y

· Autoportante unida por soldadu-

carga) y dinámicas (esfuerzos que

ra: en ella el número de piezas

aparecen en movimiento) sean

está reducido al máximo, ya que

absorbidos por la carrocería.

se pretende crear una caja o habi-

Este es el sistema más difundido

táculo lo más compacta posible.

E N

P R O F U N D I D A D

te, pudiendo prescindir del chasis.

entre los turismos.

más bajo.

·Autoportante con elementos des-

No obstante, algunas piezas sopor-

montables: diseñada para facilitar

tan mayores esfuerzos mecánicos

la reparación, tiene sus limitacio-

que otras, por lo que se las consi-

nes en los criterios de rigidez.

B4-05

En una carrocería con chasis separado, éste

CHASIS SEPARADO

se constituye en estructura resistente que puede compararse a una placa sobre la que actúa un peso. Sin embargo, en una carrocería autoportante todas las piezas estructurales absorben los

CARROCERÍA AUTOPORTANTE

esfuerzos, al igual que ocurre en una estructura de barras. Incluso, en este caso puede obtenerse una deformación menor con un peso de la estructura también inferior.

B4-06

Los semichasis

los que se atornillan y fijan los

En los últimos años se han venido

distintos órganos mecánicos tales

incorporando en muchos automó-

como parte motriz, dirección o

viles un pequeño chasis o subcha-

suspensión, aumentando la rigi-

sis complementario e indepen-

dez dinámica del conjunto, la segu-

diente de la carrocería, a la que se

ridad pasiva y alargando la vida

acopla rígidamente por medio de

de algunos componentes, además

elementos elásticos o silentblocks

de disminuir ruidos y vibraciones

fijados con tornillos.

y el tiempo total de montaje del

Es sobre estos semichasis sobre

vehículo en fábrica.

B4-07

Dibujo esquemático de un semichasis delantero o “cuna de motor”.

9

“En la construcción de las carrocerías intervienen materiales muy diversos, metálicos o plásticos, con propiedades diferenciadas según la aplicación a que se destinen”.

L O S M AT E R I A L E S

Y SUS

P R O P I E DA D E S

Tal y como hemos comentado ante-

la mayoría de los fabricantes en la

riormente, el acero se impuso

producción de carrocerías. Algunas

rápidamente como el material por

marcas lo utilizan en modelos de

excelencia en la construcción de

alta gama, tales como el AUDI A8

carrocerías. No obstante, se han

o vehículos especiales de los que

empleado otros materiales de

no se produce un elevado número

naturaleza plástica para aplicacio-

de unidades.

nes específicas en piezas que no estructural. Recientemente, algu-

Las propiedades mecánicas

nos vehículos de competición,

Como ya avanzamos anteriormen-

generalmente de Fórmula 1, vie-

te, un automóvil está sometido a

nen utilizando plásticos reforzados

esfuerzos mecánicos estáticos y

con fibra de refuerzo (general-

dinámicos, ocasionados por las

mente vidrio o carbono).

acciones que ejercen sobre él su

Otro metal que también puede

propio peso, el de los pasajeros,

utilizarse es el aluminio, el cual

la carga, y el firme. Estos esfuer-

aporta ligereza y excelentes pro-

zos deben ser soportados por la

piedades anticorrosivas. Sin embar-

carrocería y, por tanto, por los

go, sus inferiores propiedades mecá-

materiales con que se han cons-

nicas (excepto en el caso de alea-

truido sus piezas importantes,

ciones especiales) y su alto coste

también llamadas resistentes o

hacen que no sea considerado por

estructurales.

han tenido elevada responsabilidad

MATERIALES METÁLICOS

FÉRREOS

NO FÉRREOS

ACERO

ALUMINIO COBRE LATÓN ESTAÑO

NO METÁLICOS

PLÁSTICOS

TERMOPLÁSTICOS

TERMOESTABLES

Polipropilero (PP) Polietireno (PE) Policarbonato (PC) Acrilonitrilo (ABS) Polivinilo (PVC)

Poliéster reforzado: PRFV, GFRP SMC, BMC... Epoxi (EP) Poliuretanos (PUR)

OTROS

VIDRIO MADERA ELASTÓMEROS CAUCHO

B4-08

Cable de acero

Cable de fibra

B4-09

Resulta evidente comprobar que a

que un cable de acero es más rígi-

mayor calidad del material, menor

do que una cuerda de plástico

cantidad o espesor del mismo será

porque se deforma menos frente a

necesaria para fabricar una misma

un mismo esfuerzo que ésta. El

pieza y, por tanto, menor el peso

“módulo de elasticidad” de un mate-

resultante.

rial es indicativo de la rigidez del mismo: a mayor módulo elástico,

Rigidez y resistencia

más rígido.

Las propiedades mecánicas funda-

Al hablar de resistencia, sin embar-

mentales para caracterizar un mate-

go, nos referimos a la capacidad del

rial son su rigidez y su resistencia.

material para soportar un esfuerzo

Por rigidez entendemos la relación

sin romperse.

existente entre un esfuerzo mecá-

Tanto rigidez como resistencia se

nico y la deformación que éste

miden en unidades de fuerza/super-

produce en el material. Un mate-

ficie, también llamadas unidades de

rial más rígido que otro es aquel

tensión. Sin embargo, ya hemos visto

que necesita de la aplicación de

que son propiedades distintas.

mayor carga para producir la

Explicadas estas dos propiedades,

misma deformación. Así, decimos

no puede decirse cuál de las dos

Comparando un cable de acero con otro idéntico formado for fibras de vidrio podría verse que, al colgar de ambos un peso idéntico, el cable de acero se estiraría unas tres veces menos que el de fibra, lo que quiere decir que es tres veces más rígido. Sin embargo, independientemente de la deformación que se alcanzase, el cable de fibra soportaría un peso unas seis veces mayor, por lo que en este caso es el cable de fibra el más resistente.

11

es más importante: depende de la

geo metría de la dirección, medida

aplicación o de la pieza a conside-

generalmente en ángulos. Cuando

El aluminio en carrocería Las dos propiedades más importantes del aluminio frente a otros metales son su ligereza (casi tres veces más ligero que el acero) y su resistencia a la corrosión. Sin

rar. En unos casos interesará tener

esta geometría cambia, lo hace en

deformaciones pequeñas y enton-

mayor grado el comportamiento

ces diremos que la pieza se dimen-

del vehículo, pudiendo producirse

siona o diseña “a rigidez”, y en otros

un accidente. Los coches “blan-

embargo, conviene decir que sus propiedades mecánicas en algunos casos lo limitan, ya que no son tan elevadas como las del acero. Así, su módulo elástico (E = 70 GPa) indica que es unas tres veces más elástico que el acero, mientras que su límite elástico indica una resistencia de aproximada-

casos no será tan importante el que

dos” de carrocería son, por lo

la pieza se deforme como el que no

general, coches que se “retuer-

se rompa, por lo que se diseñará

cen” al tomar curvas muy cerra-

“a resistencia”.

das o a alta velocidad. Ante los

La rigidez es importante desde el

esfuerzos que aparecen sobre sus

mente 1500 kg/cm 2 frente a los 2600 kg/cm 2 de un acero normal. A su vez, la resistencia a la rotura por tracción es de

punto de vista del comportamien-

carrocerías, éstas ceden defor-

to en marcha. No debemos olvidar

mándose, por lo que se pierden

que sobre la carrocería van ancla-

las cotas de anclaje de la dirección

dos los órganos mecánicos, tales

y con ello su geometría. El vehícu-

como la dirección. De todos es

lo, entonces, tiene una marcha

conocida la impor tancia de la

inestable.

E N

P R O F U N D I D A D

aproximadamente 2000 kg/cm 2 frente a los 4200 kg/cm 2 del acero. Todo ello supone que para obtener un comportamiento mecánico similar, el espesor del material, debe ser superior si la pieza se hace en aluminio frente a la misma fabricada con acero. Sin embargo, y dado que las propiedades por unidad de peso o propiedades específicas son superiores, se obtiene un ahorro considerable del peso total. No obstante, las propiedades del aluminio puro pueden mejorarse si es aleado con pequeñas cantidades de otros elementos.

1. Esfuerzos de tracción/compresión.

2. Esfuerzos de flexión.

Ello encarece considerablemente el coste final, pero supone a su vez rebajar espesores y disminuir el peso final.

3. Esfuerzos de torsión.

4. Esfuerzos de cizalladura.

B4-10

“Las piezas de una carrocería están diseñadas para que durante la marcha normal no alcancen esfuerzos tales que produzcan deformaciones permanentes en las mismas”.

L A S D E F O R M AC I O N E S E L Á S T I C A DEFORMACIÓN ELÁSTICA

Y

PLÁSTICA

DEFORMACIÓN PLÁSTICA

B4-11

Deformación elástica y deformación plástica

permanente incluso cuando cese

Todo lo dicho anteriormente sirve

El tramo tensión-deformación en

para explicar una parte del com-

el cual no existen deformaciones

portamiento mecánico de un mate-

permanentes se denomina “zona

rial, pero todavía quedan propie-

elástica” de un material, mientras

dades importantes que definir.

que el tramo definido a partir del

Cuando un material es sometido a

límite elástico es conocido como

un esfuerzo, y por tanto a una ten-

“zona plástica” y dentro de ella se

sión, sufre una deformación. Si esta

encuentra el punto de rotura.

tensión es inferior a un determi-

Algunos materiales pueden tener

nado valor, conocido como límite

muy pequeña la zona elástica y

elástico, dicha deformación no es

muy grande la zona plástica y

permanente y se recuperarán las

otros al revés. Por ejemplo, la

dimensiones y forma originales

arcilla es un material que prácti-

cuando cese el esfuerzo. Sin embar-

camente no tiene zona elástica, y

go, si se sobrepasa este valor, que-

el vidrio es un material sin zona

dará una deformación residual

plástica.

la carga.

En función de cómo sean las solicitaciones mecánicas sobre una pieza cualquiera, e incluso una carrocería si se la considera globalmente, pueden aparecer sobre la misma los siguientes modos de trabajo conocidos como “estados tensionales”.

13

“El acero es el material más ampliamente empleado en la construcción de carrocerías, debido a su bajo coste y excelentes valores de rigidez y resistencia”.

E L AC E RO El hierro (Fe) es un elemento químico metálico que en su estado más puro tiene bajas propiedades mecánicas: poca resistencia a la rotura, bajo módulo de elasticidad o rigidez, alta ductilidad, etc. Sin embargo, a partir del mismo, y por adición de carbono (C) y otros elementos se obtienen otros importantes productos industriales. Si la cantidad de carbono presente junto al Fe es inferior al 2 % se tendrán aceros, mientras que para valores superiores los productos resultantes son las fundiciones. El límite máximo de Carbono que

Esfuerzo (σ)

σr

puede combinarse con el Fe es, a

Resistencia máxima

efectos prácticos, del 5 %. A partir

Límite elástico

de este valor, el carbono aparece

σe

como pequeños núcleos de color Punto de rotura

negro que son gránulos de grafito, indicativos de que se ha superado el límite máximo de contenido en carbono de la fundición. Los aceros, además, suelen tener pequeñas proporciones de otros

Zona plástica Zona elástica

elementos tales como manganeso

Deformación (ε)

(0,5 %), silicio (0,2 %), y pequeñas B4-12

cantidades de fósforo, azufre o cromo, que le proporcionan propiedades resistentes o anticorro-

El acero es un producto siderúrgi-

sivas específicas.

co obtenido a partir de la meta-

No obstante, para una misma

lurgia del hierro. En España se

composición química pueden

fabrica al mes casi un millón de Tm

tenerse aceros con comporta-

de acero, y en el mundo unos 500

mientos muy diferentes. Entre los

millones de Tm.

factores independientes de la

composición química que deter-

que el del frío es endurecer.

minan las propiedades mecánicas

Con un tratamiento en frío puede

pueden citarse:

aumentarse la resistencia a trac-

· Método de obtención del acero. · Tratamientos mecánicos en frío o

ción hasta en un 80 %, si bien nor-

en caliente.

a) Chapa para embutición.

malmente el valor aceptable de incremento es del 20 %.

· Tratamientos térmicos.

La chapa utilizada en automoción

Principios básicos de los tratamientos mecánicos

de acero de bajo contenido en car-

Los tratamientos mecánicos son

conformable y apto para embutición

de gran importancia en automo-

al que se le aportan propiedades

ción debido a que son los que pro-

mecánicas mediante la laminación

porcionan adecuadas propiedades

a temperatura ambiente, conside-

a la chapa utilizada en la fabricación

rada como un tratamiento mecánico

de piezas de carrocería.

en frío. Manteniendo unas excelen-

Hablando de forma general puede

tes propiedades mecánicas, llega a

decirse que el efecto del calor sobre

presentar una capacidad de defor-

los metales es ablandar, mientras

mación plástica de hasta el 40 %.

proviene de la laminación en frío bono (0,7 - 1,5 %), muy maleable,

Fuerza aplicada

b) Chapa no embutible.

B4-14

Conformidad, maleabilidad y aptitud para la embutición son propiedades muy ligadas entre sí, que tienen que ver con la capacidad de la chapa para deformarse plásticamente sin romperse.

Indentador esférico

La dureza y el durómetro La dureza es una medida indicativa de la resistencia de un metal al rayado, y también a la deformación plástica permanente.

Diámetro de la huella

Se mide realizando un ensayo de penetración con un indentador esférico, piramidal o cónico con una fuerza fija, y midiendo posteriormente la huella dejada en el material. Material de ensayo B4-13

15

“La necesidad de disminuir el peso de las piezas obliga a diseñar piezas con chapa de menor espesor, utilizando aceros especiales denominados ALE”.

L O S AC E RO S

DE

A LTO L Í M I T E E L Á S T I C O En general, cuando se diseña una

en una determinada pieza depen-

pieza, se consideran solamente las

de, fundamentalmente, de la ten-

propiedades del material en su

sión que pueda admitir o de su

zona elástica. Es decir, se procura

límite elástico, más incluso que de

que la tensión de trabajo a que se

la tensión de rotura.

la obliga a trabajar sea inferior a

Haciendo balance de todo lo dicho

su límite elástico.

hasta ahora, podemos decir que la

Ello no significa, sin embargo, que

chapa de acero debe tener resis-

se desprecie el valor de la tensión

tencia y rigidez para soportar

de rotura, el cual es importante a

grandes esfuerzos y no deformar-

efectos resistentes en la seguridad

se demasiado. Una pérdida de

pasiva de la que hablaremos más

estas propiedades hace que deba

adelante.

aumentarse el espesor de la chapa

Por tanto, el espesor del material

para obtener los resultados bus-

En un gráfico esfuerzo-deformación comparativo entre dos aceros, uno común y otro “ALE”, puede comprobarse que la diferencia fundamental entre ellos, no es otra que su mayor valor del límite elástico. Es decir, es capaz de deformarse bajo cargas mayores sin presentar por ello deformaciones permanentes.

Esfuerzo (σ)

Curva tensión-deformación de un acero de alto límite elástico

Límite elástico Límite elástico Curva tensión-deformación de un acero común

α Zona elástica

Deformación (ε)

Zona elástica “ALE” B4-15

cados, con lo cual aumenta el peso y éste es un efecto no deseado.

ACERO COMÚN CON POCA ZONA ELÁSTICA

La necesidad de rebajar espesores para disminuir pesos hace deseable trabajar con materiales de elevado límite elástico. La razón es que la propiedad mecánica de un material que se utiliza al calcular una pieza es el valor de tensión a partir del cual se producen deformaciones permanentes. Manteniendo este valor elevado, se consigue que la pieza soporte ACERO A.L.E.

esfuerzos mayores sin deformarse plásticamente . O dicho de otro modo, los mismos esfuerzos pueden sopor tarse con cantidades menores de material. Por este motivo, algunas piezas están fabricadas con aceros tipo ALE o de alto límite elástico, lo que no tiene por qué ir asociado a que su resistencia a rotura tenga que ser mucho mayor, sino que su

B4-16

zona plástica es más pequeña. Es decir, presentan menos deformación permanente antes de romper-

posiciones y procedimientos espe-

se; o dicho de otro modo, son más

ciales, y cualquier reparación de las

frágiles, aunque la carga de rotura

chapas con ellos fabricadas debe

sea la misma.

garantizar las propiedades inicia-

Suponiendo que la carrocería de

les, lo cual sólo se consigue si se

un vehículo deba soportar unos

repara de una determinada forma,

esfuerzos determinados, con este

fundamentalmente no aplicando

tipo de aceros puede disminuirse

calor a los mismos (por su elevada

el espesor de la chapa y, con ello,

templabilidad), reparando en frío y

el peso total.

soldando únicamente según las

Estos aceros se fabrican con com-

especificaciones del fabricante.

17

“El diseño de un automóvil no sólo debe tener en cuenta los requerimientos de uso del mismo sino también los condicionantes de fabricación necesarios para obtener la máxima calidad al menor coste”.

E L P R O C E S O D E FA B R I C AC I Ó N : D I S E Ñ O Y E S TA M PA C I Ó N E N

P R O F U N D I D A D

Los elementos finitos En el cálculo de estructuras y piezas de carrocería se utilizan programas informáticos de cálculo basados en la técnica de los elementos finitos. En primer lugar se realiza una discretización finita de la pieza, consistente en dividirlas en trozos muy pequeños a los cuales se pueden aplicar las ecuaciones clásicas de comportamiento elástico-resistente en función de la geometría, cargas y propiedades del material. Una vez realizado este “mallado” se aplican cargas exteriores en algunos de esos pequeños materiales y se estudia cómo se deforman y cómo pasan las cargas a sus inmediados adyacentes, y éstos a su vez a los siguientes y así sucesivamente. De este modo se puede encontrar la deformada macroscópica de la pieza, así como puntos en los que el esfuerzo es crítico y por tanto susceptible de producir rotura. Todo ello con la rapidez característica de los ordenadores modernos.

El diseño

El proceso de embutición

Una de las primeras fases en el

La chapa de acero puede ser sumi-

diseño de un automóvil es la defi-

nistrada al fabricante de automóvi-

nición de la línea exterior de la

les o bien en forma de rollos o

carrocería. Una vez que los estilis-

bien

tas han terminado esta tarea, se

según las piezas a estampar.

lleva a cabo su modelización a

En el primer caso es necesario

diferentes escalas con materiales

pasarla por una serie de rodillos

tales como arcilla o escayola. A

para quitarle la curvatura y dejarla

partir del modelo definitivo, se

plana. Una vez hecho esto, es

sacan los planos de las piezas de

necesario proceder al recorte de

carrocería y se procede al cálculo

los trozos para ser introducidos

de las que se consideran estructu-

en la cadena de embutición.

rales, muchas de ellas no visibles

En el segundo caso, las chapas

exteriormente.

llegan prerrecortadas y se evita que

Además del cálculo, se realizan

el fabricante del automóvil realice las

todos los trabajos tendentes a

operaciones anteriores, con lo que

definir el proceso de fabricación y

se ahorra en material de desecho,

ensamblado de las piezas.

tiempo y volumen de almacenaje.

en

palets

prerrecortada

B4-17

B4-18

EMBUTICIÓN CON UNA PRENSA TRANSFER

1.

2. Matriz

Chapa de acero

3.

4.

Puerta

B4-19

Cada chapa es introducida en el

nas formas no pueden obtenerse

interior de una prensa tipo Transfer.

con un solo golpe, sino que es

Este tipo de prensa tiene en su

necesario diseñar adecuadamente

interior varias matrices, cada una

la forma de las matrices para per-

encargada de realizar un paso del

mitir que el material “fluya” plásti-

reconformado de la pieza, la cual es

camente sin alcanzar la rotura.

desplazada automáticamente entre

Puede comprenderse el tamaño

matriz y matriz.

de una de estas prensas, de hasta

La razón de proceder al reconfor-

1 2 metros de altura y 1 5 o 20

mado en varios pasos es que algu-

de longitud.

En una prensa Transfer una puerta es embutida en varios pasos, consiguiendo en cada uno de ellos que el acero “fluya” y se deforme progresivamente hasta adquirir la forma definitiva.

19

“Las uniones de las carrocerías pueden clasificarse en tres grandes grupos: soldadura, uniones atornilladas y uniones por adhesivos. Cada una de ellas presenta propiedades específicas y aporta una serie de características a la carrocería autoportante”.

E L P R O C E S O D E FA B R I C AC I Ó N : EL ENSAMBLADO Una vez que las distintas piezas

lugar al armazón o parte estructu-

han sido estampadas, es necesario

ral de la carrocería a la cual se

Las uniones por adhesivo Al diseñar y construir una carrocería autoportante se piensa en que el acero con el que está construida cada pieza soporte niveles de carga equivalentes. De esta

proceder a su unión para confor-

unen otras piezas exteriores, fijas

mar la estructura de la carrocería.

o móviles.

En algunos casos se unen varias de

Al final, son cinco los conjuntos de

ellas para componer una pieza más

partes en que puede dividirse una

transmisión de esfuerzos se encargan fundamentalmente los puntos y cordones de soldadura. Sin embargo, este tipo de uniones suponen la concentración local de esfuerzos. Este problema es resoluble mediante las uniones encoladas, en las cuales la trans-

compleja, como es el caso de la

carrocería y que veremos en el

unión por soldadura de varias cha-

siguiente capítulo:

pas para formar una parte de un

misión de tensiones se “reparte”, algo que tiene mucha influencia, por ejemplo, cuan-

diferentes, son las uniones solda-

do ocurre un siniestro y es necesario involucrar en la deformación al mayor número de piezas posible. L o s a d h e s i v o s ge n e ra l m e n t e u t i l i z a d o s son de naturaleza “epoxi”, generalmente bicomponentes, debido a su excelente resistencia al ataque químico, excelentes

más empleados. La soldadura pro-

· Paneles exteriores. · Armazón central y posterior. · Armazón anterior delantero. · Armazón del piso. · Puertas, capós y otras piezas.

propiedades mecánicas y buenas propiedades de aplicación.

porcionan una excelente reparabi-

E N

P R O F U N D I D A D

larguero. De los distintos tipos de uniones das y las uniones atornilladas los porciona alta resistencia mecánica y buena transmisión de esfuerzos entre las distintas piezas. Las uniones atornilladas, sin embargo, pro-

Una vez que la carrocería ha sido ensamblada, se la dota de los productos anticorrosivos necesarios para protegerla contra la oxidación durante muchos años. Estos

lidad tras un siniestro.

procesos incluyen la inmersión en

La unión, en general mediante sol-

baños de cataforesis que garanti-

dadura por puntos, de varios sub-

zan la protección incluso de las

conjuntos y de otras piezas da

zonas más escondidas.

La introducción de los robots en las cadenas de montaje supone una rapidez y exactitud de ensamblado difícil de conseguir por otros medios.

DB4-20

Tabla de ventajas y desventajas de uniones CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS PROCESOS DE UNIÓN

UNIONES DESMONTABLES

UNIONES ATORNILLADAS

· Fácil desmontaje · Altas concentraciones de tensiones

UNIONES PERMANENTES

SOLDADURA

· Desmontaje destructivo · Concentración de tensiones en el caso

ADHESIVOS

· Desmontaje muy dificil · Distribución uniforme de esfuerzos

de soldadura por puntos

· Aspecto de la unión

· Buen aspecto de la unión

· Aspecto de la unión

· Ejecución de la unión

· Ejecución de la unión

· Tiempo de ejecución

con discontinuidades

relativamente lenta

en algunos casos

relativamente rápida

excelente

dependiente del tiempo de curado del adhesivo

· Posibilidad de unir

cualquier tipo de material

· Posibilidad de unión

limitada a materiales

· Posibilidad de unir entre sí materiales diversos

capaces de fundir

· Alta resistencia

· Alta resistencia

· Resistencia

· Ausencia de preparación

· Escasa preparación previa

· Muy importante

a la temperatura

previa de los materiales

a la temperatura

de los materiales a soldar

a unir

· Equipamiento

prácticamente inexistente

a la temperatura limitada

la preparación previa de las superficies a unir

· Equipamiento caro, difícil

· Equipamiento

· Portabilidad

· Portabilidad de la unión

de manejar y costoso

relativamente barato

o de muy bajo coste

· Portabilidad

de la unión inmediata

de la unión relativa

relativa

21

“La carrocería autoportante está formada por numerosas piezas de chapa ensambladas entre sí, bien sea mediante métodos permanentes de unión tales como soldadura o mediante uniones desmontables o atornilladas”.

LAS PIEZAS

DE UNA

CARROCERÍA

Capó

Aleta

Panel frontal Chapa salpicadero

B4-21

Piezas movibles y amovibles

de los órganos mecánicos en el

Como se ha indicado anteriormen-

estructura pueden encontrarse, a

te, una carrocería autoportante

su vez, varias subestructuras:

está formada por muchas piezas de

· Vano motor y frente. · Laterales, techo. · Piso habitáculo y maletero.

chapa unidas entre sí para transmitir los esfuerzos y propor-

vano motor. Dentro de esta macro-

cionar rigidez y resistencia a todo

El suelo o piso es, quizás, una de

el conjunto.

las partes estructurales más

Atendiendo a la forma de unión,

importantes. Está formado por

encontramos que aquellas piezas

chapas de acero que, embutidas

amovibles son piezas cuya unión

con formas especiales y una vez

es permanente y no desmontable,

soldadas entre sí, forman una

lo que significa que dicha unión

serie de cajeados o largueros y

debe “romperse” para poder sepa-

travesaños en forma de vigas o

rar las piezas implicadas en la

perfiles que son las que propor-

misma. Generalmente se trata de

cionan una rigidez elevada a toda

uniones soldadas.

la plataforma.

Las piezas amovibles forman, bási-

El suelo está unido a una estructu-

camente, la parte estructural de la

ra que encierra al habitáculo y que

carrocería y conforman la zona

está formada por los pilares, mon-

del habitáculo y la zona soporte

tantes laterales, montantes de

techo, etc . Todo este armazón

el revestimiento exterior del

d e f i ne la forma del habitáculo

vehículo y son:

y

· Aletas. · Revestimiento interior del para-

actúa de rigidizador global.

Además, en caso de accidente proporciona seguridad a los ocupantes y garantiza el espacio de s u p e r v i ve n c i a d e los mismos. Más adelante hablaremos de la importancia de la carrocería autoportante en la seguridad pasiva. Por otro lado, las piezas o elementos movibles son todas aquellas

brisas.

· · Techo. · Panel trasero. · Panel delantero. · Montantes. · Pilares y cimbra. · Estribo.

Marco del parabrisas.

cuyas uniones son desmontables

El armazón central y posterior es

sin dañar la pieza. Dentro de este

la estructura que da rigidez a la

grupo entrarían puertas (unidas

parte trasera de la carrocería, y

por pasadores a bisagras), capós,

está formada por:

aletas, paragolpes, etc.

· Pasarruedas interiores y exte-

Por tanto, puede verse que, exceptuando aquellas piezas con elevada responsabilidad

estructural, se

tiende a unir el resto con uniones de tipo atornillado, en aras de una reparabilidad más rápida y barata. Los paneles exteriores forman

riores.

· Largueros. · Travesaños. · Traviesas. · Bandejas. · Refuerzos. · Montantes traseros.

Aleta trasera B4-22

23

Pasarruedas delantero

Larguero superior pasarruedas

Larguero delantero

B4-23

El armazón anterior o delantero es una zona muy reforzada, prevista para la sustentación del motor y

y piso posterior.

· Refuerzos para travesaño deformación.

otros órganos tales como la direc-

Las planchas del piso son paneles muy

ción, caja de transmisión y direc-

estudiados para conseguir el máximo

ción. Los principales componentes

de rigidez y resistencia a flexión de

que lo forman son:

toda la carrocería y el máximo apro-

· Largueros. · Chapa salpicadero. · Otras piezas: traviesas, placas...

vechamiento del espacio disponible.

El armazón del piso es la parte que

puertas y capós como piezas a las

constituye el suelo del automóvil, y lo

que cada vez se les requiere un

forman un conjunto de planchas sol-

mayor número de condicionantes de

dadas a los largueros y travesaños.

la seguridad pasiva. En el caso de las

En él deben distinguirse dos partes:

puertas, para impedir la intrusión de

· El piso del habitáculo. · El piso trasero o posterior.

las mismas contra los pasajeros. A

La parte posterior del piso suele

un grado de plegamiento predeter-

estar formada por:

minado durante un golpe.

· · Largueros posteriores. · Traviesas unidas al panel trasero

Por último, debe considerarse como

Piso de maletero.

Además de todas las piezas indicadas anteriormente, deben citarse las

los capós, por otro lado, se les exige

pieza de la carrocería, aunque no sea metálica, al parabrisas o luna delante-

Alojamiento piloto

Panel posterior inferior

Panel posterior

Pasarruedas trasero

Lateral Larguero trasero Panel posterior

Traviesa piso trasero Piso trasero

B4-24

ra. En los vehículos actuales se trata

los templados. El hecho de que mayo-

de una pieza fabricada con vidrio

ritariamente se pegue a la carrocería

laminado para impedir su rotura en

hace que le aporte a la misma un

pequeños trozos como ocurre con

grado de rigidez importante.

Techo

Traviesa posterior techo

Cimbra

B4-25

Panel lateral interior Traviesa anterior techo

Larguero techo Larguero interior Travesaño asiento Estribo Traviesa salpicadero

Pilar A

25

“Una carrocería tiene una forma y dimensiones específicas que deben conservarse incluso en movimiento para que el vehículo tenga un comportamiento en marcha adecuado”.

GEOMETRÍA

Y

SISTEMAS

DE

REFERENCIA

La forma y las dimensiones

De no ser así no se podrían man-

Cuando se diseña una carrocería,

dirección previstas para que el

se la dota de una forma y dimen-

compor tamiento dinámico del

siones concretas que se establecen

vehículo fuera el adecuado.

dentro de unos márgenes o tole-

Lo mismo ocurre con las distintas

rancias aceptables, siendo en algu-

piezas que forman la suspensión.

nos puntos, estrictos y ajustados.

Si sus puntos de sujección no se

Los órganos mecánicos responsa-

encuentran en las posiciones

bles de la marcha del vehículo,

exactas, pueden inducirse sobre

dirección y suspensiones deben ir

determinadas piezas esfuerzos

alojados y sujetados de forma

indeseados, los cuales pueden

exacta en puntos concretos, para

sobrecargarlas en exceso y llegar

garantizar su correcto funciona-

a deformarlas o incluso provocar

miento así como su durabilidad.

su rotura.

tener, por ejemplo, las cotas de

PLANOS DE REFERENCIA

P. longitudinal o de simetría

P. transversal

P. horizontal

B4-27

Los puntos esenciales y puntos de referencia

Los sistemas de referencia

El fabricante considera una serie

cio de un punto cualquiera suele

de puntos como puntos esenciales

utilizarse un sistema de coordena-

de la carrocería, los cuales deben

das como sistema de referencia.

estar situados en posiciones deter-

Las cotas o valores numéricos que

minadas dentro de los márgenes

posicionan ese punto dependen,

mencionados anteriormente.

por tanto, del sistema de coorde-

Independientemente de todo ello,

nadas elegido.

en cualquier carrocería pueden

Existen muchos sistemas de refe-

encontrarse puntos de referencia

rencia que pueden utilizarse para

que, aun sin ser puntos esenciales,

posicionar puntos en el espacio,

pueden servir para definir algunas

pero quizás el más extendido en

propiedades geométricas de la

ingeniería sea el sistema de coor-

misma.

denadas cartesianas.

Para definir la posición en el espa-

Los planos de referencia delimitan la geometría del vehículo, facilitando la reparación.

27

“La medición de las cotas de una carrocería debe realizarse utilizando equipos adecuados y siguiendo las directrices marcadas por el fabricante del vehículo”.

L A S C OTA S

DE UNA

CARROCERÍA

En el caso de las carrocerías se uti-

Por último, el plano transversal

lizan sistemas cartesianos forma-

sirve de referencia para encontrar

dos por tres ejes perpendiculares

las coordenadas longitudinales

que forman una referencia tridi-

de cada punto, y permite detectar

mensional. Estos ejes, a su vez, defi-

variaciones (en general acorta-

nen tres planos perpendiculares

mientos) de la longitud de la

entre sí. Las distancias mínimas a

carrocería.

que se encuentra un punto de estos

A (4,2,3) B4-28

En un sistema cartesiano de referencia cualquier punto del espacio puede situarse y definirse con tres valores o coordenadas (x, y, z).

tres planos son sus coordenadas.

Comprobaciones relativas

Una de las utilidades más impor-

No obstante, si bien hemos habla-

tantes de este sistema es que

do hasta ahora de la existencia de

puede conocerse rápidamente la

puntos esenciales y característicos

posición relativa entre dos puntos

de una carrocería, es necesario en

cualesquiera.

cualquier modo poder medirlos o, cuando menos, realizar algunas

Los planos de referencia

comprobaciones antes, durante y

Uno de los planos más importan-

después de una reparación.

tes es el plano longitudinal o

Las herramientas que permiten

plano de simetría respecto del

realizar estas mediciones son:

cual deben estar situados de igual

· Compás de puntas graduable. · Bancada.

modo puntos homólogos de cada lado de la carrocería. Al medir, es

El compás de puntas graduable

necesario encontrar que los pun-

sirve para conocer la distancia

tos medios de puntos homólogos

relativa entre dos puntos. Se trata

se encuentran todos en este plano

de una herramienta o instrumento

dentro de una tolerancia.

de fácil manejo muy útil para

El otro plano importante es el

detectar en una inspección varia-

plano horizontal sobre el que se

ciones de distancias. Se trata de

mide la altura o coordenada z de

un instrumento valioso como pri-

cada punto. La base de una carro-

mera aproximación a los daños

cería debe ser “plana” entendien-

sufridos por una carrocería.

do como tal que todos los puntos de la misma tienen su coordenada

Los sistemas de medición

z adecuada. Midiendo sobre este

Dado que al proceder a una repa-

plano pueden encontrarse defor-

ración debe reintegrarse el esta-

maciones por torsión o flexión de

do del vehículo lo más posible a

la carrocería.

su estado original, es necesario

“colocar en cotas” la carrocería.

unos útiles que determinan puntos

Para conseguirlo, existen unos sis-

espaciales en posiciones exactas.

temas de medición de tipo univer-

Con esos puntos debe ser posible

sal que pueden utilizarse antes

hacer coincidir los puntos de la

(diagnosis), durante y después

carrocería que sirven de control.

(verificación) de la reparación.

Sin embargo, con el segundo siste-

Básicamente, pueden establecerse

ma los puntos de medición, colo-

dos grandes grupos de sistemas

cados sobre “reglas”, se hacen

mecánicos de medición o control

coincidir con los puntos reales de

con su correspondiente bancada

la carrocería. Si la lectura que

de estiraje:

marcan las reglas coincide con la

· · Sistema de medidas o universal.

que indica el fabricante del vehícu-

De entre los sistemas homologa-

lo está “dentro de cotas”.

dos por SEAT, la bancada Celette

No obstante, recientemente han

con los útiles MZ se encuadraría

aparecido sofisticados sistemas de

en el primer grupo, mientras que

medición basados en técnicas de

el Metro 2OOO de la misma

luz láser o de ultrasonidos, capa-

marca sería el sistema de medi-

ces de medir una carrocería de

ción por reglas o universal.

forma fiable, rápida y exacta. Son

En el primer caso se crea una

los denominados “sistemas de

“plantilla” en el espacio mediante

medición electrónicos multipunto”.

Sistema de utillajes.

lo, puede afirmarse que el vehícu-

Los puntos más importantes que deben comprobarse en una carrocería se refieren, generalmente, a los de su base y puntos de anclaje de suspensiones, dirección y grupo motopropulsor.

B4-29

29

“Una carrocería debe contribuir a la seguridad aportando estabilidad en marcha y garantizando la máxima protección de los ocupantes en el caso de que se produzca un accidente”.

L A S E G U R I DA D A C T I VA

DB4-30

Y EL

M OV I M I E N TO

La Seguridad

cuidado, unos neumáticos en buen

La seguridad es uno de los factores

estado o unas suspensiones equili-

que más influyen durante el diseño

bradas entre confort y agarre for-

de un automóvil y, por tanto de su

man parte de todo lo que puede

carrocería. Seguridad es todo aque-

encuadrarse dentro de la seguri-

llo que contribuye a que no se pro-

dad activa.

duzca un accidente o que minimiza

No obstante, aspectos que en oca-

los daños una vez que éste ha ocu-

siones se consideran menos impor-

rrido. De esta definición se dedu-

tantes como son la comodidad

cen los dos tipos de seguridad bási-

interior, la ergonomía del puesto

cos: seguridad activa y seguridad

de conducción o la visibilidad dis-

pasiva respectivamente.

minuyen la fatiga del conductor y contribuyen, por tanto, a la seguri-

La seguridad activa

dad activa. Forman parte de lo que

Dentro de la seguridad activa

se ha empezado a llamar “seguridad

puede incluirse todo aquello que,

psicológica”.

de un modo u otro, mejora la con-

Además de todo lo expuesto, la

ducción, evitando por tanto la

carrocería también participa en la

posibilidad

s i n i e s t ro.

seguridad activa. Una carrocería

Mecanismos tales como una direc-

bien diseñada produce pocos ruidos

ción precisa y cómoda, unos fre-

aerodinámicos, es rígida y facilita el

nos eficaces y resistentes, un

trabajo a la dirección y a las sus-

motor potente capaz de sacar de

pensiones, mejorando con ello la

un apuro a un automovilista des-

seguridad dinámica.

de

un

DB4-31

E N

Ep= Energía potencial

P R O F U N D I D A D

La energía cinética La energía de movimiento o cinética de un móvil depende de la masa del mismo y de su velocidad según la siguiente fórmula: Energía cinética = Ec

Altura

Ec= Ep

E c = 1 m v2 2 donde: E c = energía cinética. m = masa.

Energía cinética = Ec

Energía de rozamiento disipada en los frenos = Er

Ec = E r

v = velocidad. Por tanto un móvil que se mueva a la misma velocidad que otro, pero que pese el doble, tendrá el doble de energía cinética. Sin embargo, si un automóvil igual a otro se mueve el doble de rápido, su energía será... ¡4 veces mayor!

Energía cinética = Ec Ec= Ed

Energía de deformación

B4-32

Seguridad pasiva

Dado que la energía no puede cre-

No obstante, donde más interviene

arse ni destruirse , sino simple-

la carrocería de un vehículo es en

mente transformarse, cuando el

el caso de que se produzca un

vehículo pierde velocidad esta

siniestro, ya que en ese caso tiene

energía cinética se transforma en

la misión de proteger a los ocupan-

otro tipo de energía.

tes impidiendo que estos sufran

Si la pérdida de velocidad se ha

daños o minimizando los mismos

producido por la acción de los fre-

en el caso de que sean inevitables.

nos, la transformación ha sido hacia energía calorífica que se ha

El concepto de energía

disipado al ambiente. Sin embargo,

Cuando un automóvil se encuentra

si se ha producido

circulando, por el simple hecho de

ción de una cuesta, el cambio se

estar moviéndose tiene cierta can-

ha almacenado en el vehículo en

tidad de energía conocida como

forma de energía potencial (Ep=

energía cinética o de movimiento.

peso x altura).

por la apari-

31

“En caso de accidente, la energía de movimiento de un vehículo debe ser absorbida por la carrocería como energía de deformación”.

L A S E G U R I DA D P A S I VA

Y LA

D E F O R M AC I Ó N

Cuando un vehículo sufre un acci-

absorción de energía, ocurriría

dente, es evidente que la energía de

que un choque sería perfectamen-

movimiento que tenía no puede

te elástico, lo que supondría un

perderse al perder velocidad, sino

choque mucho más violento ya

que lo que ocurre es que se trans-

que los cuerpos tienden a no per-

forma en energía de deformación o

der velocidad sino a cambiar la

trabajo invertido en doblar la chapa.

dirección de la misma, tal y como

Si imaginamos la chapa de acero

ocurre con las bolas de billar. En

El trabajo también es algo equivalente a la energía y se mide, por tanto, en julios. El trabajo es un concepto energético que existe siempre que aparece una fuerza

como un muelle comprimido, la

el caso de un vehículo, ocurriría

energía necesaria para deformarla

que los daños sufridos por el

podría compararse a la necesaria

mismo serían mínimos, pero sus

aplicada sobre un punto en movimiento.

para comprimir un muelle , sólo

ocupantes recibirían un choque

que en este último caso esta ener-

mucho más violento y menos

gía es recuperable mientras que en

amortiguado.

el primero no.

SEAT, consciente de la importancia

Al igual que ocurre con un muelle,

de las carrocerías en lo que a segu-

a mayor capacidad de deformación

ridad pasiva se refiere, dota a las

de la carrocería, mayor capacidad

mismas de zonas de absorción de

de absorción de energía.

energía también llamadas de “defor-

Si no existiera dicha capacidad de

mación programada”. Estas zonas,

E N

P R O F U N D I D A D

Energía, calor y trabajo El calor es una forma más de energía. De hecho, existe una equivalencia entre la unidad de calor o “caloría” y la unidad de energía o “julio”. 1 caloría = 4,18 julios

Trabajo = fuerza x distancia. F

d

Cuando dos vehículos impactan contra un obstáculo rígido, el vehículo con más cantidad de masa debe transformar más cantidad de energía. Por lo que es necesario aumentar el grado de deformación.

en caso de impacto, se deforman

para una cantidad de energía dada.

progresivamente absorbiendo la

Actualmente la mayoría de los

energía cinética que tenía el vehícu-

fabricantes consideran que la capa-

lo en el momento del choque.

cidad de deformación debe supo-

El diseño de las mismas se hace

ner la absorción de la energía de un

siguiendo unas normas que pre-

vehículo que se mueve a 55 km/h.

tenden garantizar en un ensayo a

Dicho criterio podría cambiarse

50 km/h contra un obstáculo fijo y

haciendo más, por ejemplo, rígida

perfectamente rígido la máxima

la carrocería para que la absorción

deformación de la carrocería sin

fuera mayor, pero en ese caso los

afectar considerablemente al habi-

daños se producirían por decele-

táculo. Este criterio consigue que

raciones elevadas.

los daños corporales sean bajos,

Además de los choques frontales,

manteniéndose

de

se tiene en cuenta la protección

supervivencia y minimizando las

frente a vuelco, alcances posterio-

lesiones internas por deceleracio-

res o golpe lateral, de modo tal

nes elevadas.

que el habitáculo debe considerar-

Vemos, por tanto, que el diseño de

se como la última parte deforma-

las carrocerías supone un compro-

ble de una carrocería frente a

miso entre máxima deformación

cualquier siniestro.

el

espacio

E N

P R O F U N D I D A D

El tamaño y la seguridad Es un error considerar que entre dos coches modernos, el más grande es siempre más seguro. Esta es una verdad a medias que no se cumple cuando el vehículo impacta contra un obstáculo rígido como una pared o un árbol. La explicación radica en que un coche grande tiene más masa que uno pequeño y, por tanto, más cantidad de energía que liberar en un impacto. Dado que esa energía tiene que transformarse en energía de deformación y las únicas piezas deformables son las del propio vehículo, es necesario o bien aumentar el grado de deformación o bien la cantidad de masa (o número de piezas a deformar). Es decir, que dos coches idénticos pero hechos a escala el uno del otro, si impactaran los dos contra un muro a la misma velocidad, se deformarían también de igual modo relativo. No ocurre lo mismo si impactan dos vehículos entre sí y uno es considerablemente mayor al otro. En este caso la energía tiende a “repartirse” entre ambos y, por lo general, si los dos reciben los mismos daños, es evidente que éstos afectarán al habitáculo antes en el caso del coche pequeño. Un tratamiento diferente se merecen los daños internos padecidos por los pasajeros como efecto de las deceleraciones sufridas, que en general son mayores cuanto menor es la carrocería.

B4-33

33

“Cuando una carrocería ha sufrido un daño, el objetivo de la reparación es reintegrar a la misma todas sus propiedades originales, tanto estéticas, como relacionadas con la seguridad o con su durabilidad”.

L A R E PA R A C I Ó N

DE LA

CARROCERÍA

B4-34

La reparación

como mínimo igual al que pre-

En los capítulos anteriores se ha

sentaba de nueva.

expuesto de forma muy resumida

· Seguridad activa: la carrocería no

la complejidad de las carrocerías

debe ser menos rígida que cuan-

modernas y su importancia en el

do se fabricó.

comportamiento

dinámico

del

· Seguridad

pasiva: la protección a

vehículo y en la seguridad pasiva

los ocupantes debe garantizarse

proporcionada a sus ocupantes.

hasta el grado previsto por el fabri-

Por tanto, las reparaciones deben

cante, por lo que no se colocarán

realizarse de modo tal que se

refuerzos innecesarios, no se deja-

garantice una restauración al esta-

rán puntos débiles o asimetrías en

do original de las siguientes carac-

las propiedades mecánicas.

terísticas:

· Estética: el aspecto de la carrocería una vez reparada debe ser

· Durabilidad: una carrocería reparada no debería durar menos que una nueva.

Diagrama general de la reparación

CHAPISTERÍA

MECÁNICA ELECTRICIDAD CARROCERÍA

ZONA DE RECEPCIÓN

CLIENTE

RECEPCIÓN

ENTREGA

LAVADO

PERITAJE ANÁLISIS-DAÑO

CONTROL DE CALIDAD

ELECCIÓN DEL PROCESO

LAVADO

RETOQUES FINALES

PRUEBA

DESMONTAJE

MONTAJE

REPARACIÓN CARROCERÍA

BANCADA

PINTURA

CAMBIO REPARACIÓN PIEZAS

PREPARACIÓN DE SUPERFICIES

PINTURA

PREPARACIÓN DE PIEZAS

35

El análisis de los daños

en los ángulos indicativas de que

Cuando un automóvil ha sufrido

se han modificado las posiciones

un accidente que ha producido

de anclaje de la misma a la carro-

deformaciones permanentes y

cería. Ello indicará inevitable-

debe procederse a su reparación,

mente que ésta ha sufrido varia-

la primera de las operaciones a

ciones o deformaciones perma-

realizar es la diagnosis del estado

nentes en el impacto.

del vehículo, en especial la inspección del estado de su carrocería y órganos mecánicos. La apariencia

· Verificación de las diagonales

exterior del siniestro no es indica-

Tal y como hemos tratado en un

tiva del alcance real de los daños.

capítulo anterior, pueden definir-

Un proceso correcto y exhaustivo

se en una carrocería puntos

de análisis de los daños es funda-

simétricos respecto al plano lon-

mental para poder elegir el méto-

gitudinal del vehículo. Escogiendo

do apropiado de reparación. A

cuatro de ellos, debe encontrar-

continuación se exponen los pasos

se la misma distancia entre dos

a seguir en dicho proceso:

puntos

no

simétricos

y

sus

homólogos. Si esto no sucede,

· La inspección visual y táctil Comprende:

· Comprobación

de las zonas afectadas.

del grado de

deformación de todas las piezas dañadas y próximas a ellas.

·

debe procederse a la reparación

Estimación de los daños sufridos por las partes estructurales de la carrocería.

· Analizar en función del golpe la posibilidad de que hayan sido dañadas otras piezas alejadas de la zona de impacto

· Verificación de la plataforma Algunas deformaciones no son fácilmente detectables por los métodos indicados anteriormente, ya que es posible que se mantengan las distancias relativas entre puntos pero sin embargo se haya deformado la carrocería. Tal es el caso de deformaciones por torsión o plegado.

· Verificación de la alineación de

Esta verificación puede realizarse

las ruedas

bien por medio de compases de

Un examen de las cotas de direc-

puntos o mediante una medición

ción puede revelar variaciones

en bancada.

· Verificación con plantillas

Un método rápido y exacto para

Establecimiento del método de reparación

comprobar el estado de la carroce-

El análisis del diagnóstico de daños

ría consiste en aplicar sobre ella

tiene como misión establecer la

unas plantillas patrón suministradas

posibilidad de la reparación.

por el fabricante para verificar si la

Los métodos de reparación a

carrocería se ajusta a las mismas. Se

utilizar vienen determinados

trata de herramientas fabricadas

por el estudio de los siguientes

específicamente para cada modelo y

factores:

deben ser ligeras, exactas y rígidas.

· Alcance de los daños. · Coste de sustitución de las pie-

Con los métodos descritos puede efectuarse una primera aproxima-

zas dañadas, resultante de cono-

ción al grado de deformación sufrido

cer el coste de los repuestos y

por la estructura de la carrocería.

de la mano de obra de la sustitu-

Seguidamente es necesario examinar el conjunto de piezas dañadas, lo que puede exigir, en ciertos casos, el desmontado de parte del vehículo.

ción.

·

Posibilidad de reparar en lugar de sustituir piezas dañadas.

· Medios disponibles de reparación.

B4-35

37

EJERCICIOS

DE

A U TO E VA L UA C I Ó N En los siguientes ejercicios de autoevaluación se plantean pruebas relacionadas con los temas tratados en este cuaderno básico. Al análisis de estos ejercicios le permitirán conocer el grado de comprensión. “Tenga presente que sólo hay una respuesta correcta por cada pregunta”. 1. Una carrocería autoportante carece de piezas estructurales. A. Verdadero. B. Falso. C. Depende del vehículo. 2. La carrocería autoportante es menos rígida que la que va unida a un chasis. A. Verdadero. B. Falso. C. La carrocería autoportante no va unida a ningún chasis. Tensión kg/cm2

3. Indicar el valor de resistencia del material representa-

4200

do en la gráfica.

3100 2600

A. 2600 kg/cm 2. B. 4200 kg/cm 2. C. 3100 kg/cm 2. Deformación

4. Indicar cual de las siguien-

Tensión

tes gráficas corresponde a B

un material más rígido.

A C

A. B.

Deformación

C.

5. La deformación plástica de un material se produce cuando: A. Es sobrecargado por encima de su límite elástico. B. Es sometido a un impacto. C. Tiene poca rigidez. 6. Todos los aceros de una carrocería son soldables en igual medida. A. Verdadero. B. Falso. C. Sólo los estructurales. 7. El acero utilizado en las chapas de carrocería es de bajo contenido en carbono. A. Cierto. B. Sólo los aceros ALE. C. Depende de la carrocería. 8. ¿Cuál de los siguientes aceA.

ros corresponde a un acero ALE?

1Tm

B.

1Tm

1.

A. B. 2.

1Tm

1Tm

1Tm

1Tm

3.

39

9. La estampación de la chapa para la fabricación de piezas de carrocería obliga a utilizar aceros: A. De alto límite elástico. B. Con alta ductilidad y conformabilidad. C. De alta resistencia. 10. ¿Cuál de los siguientes tiA.

B.

pos de unión es considerado como una unión “permanente”? A. B. C. Ninguna de las dos.

11. Las piezas con responsabilidad estructural se suelen unir por: A. Soldadura. B. Adhesivo. C. Tornillos y remaches. 12. Las cotas geométricas de una carrocería intervienen en: A. La seguridad pasiva. B. La seguridad activa. C. El control dimensional de la carrocería.

13. La rigidez de la carrocería interviene en la seguridad activa. A. Falso. B. Verdadero. C. Sólo en caso de impacto. 14. Indique cuál de los siguientes vehículos tiene mayor

A.

m = 800 kg v = 100 km/h

B.

m = 1600 kg v = 50 km/h

capacidad de absorción de energía, teniendo en cuenta que ambos se han deformado lo mismo. A. B.

15. Las zonas de deformación programada se sitúan en: A . La parte delantera. B. La parte trasera. C . Ambas son ciertas.

S OLUCIONES :

41

1: B - 2: B - 3: B - 4: A - 5: A - 6: B - 7: A - 8: B - 9: B - 10: A - 11: A - 12: B - 13: B - 14: A - 15: C

PAPEL ECOLOGICO

SERVICIO AL CLIENTE Organización de Servicio Estado técnico 11.96. Debido al constante desarrollo y mejora del producto, los datos que aparecen en el mismo están sujetos a posibles variaciones. El cuaderno es para uso exclusivo de la organización comercial SEAT. ZSA 63807977002 CAS04CB ENE. ‘97 70-02