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Materiales ligeros para la construcción de automóviles

Audi apuesta por el aluminio en la construcción de sus automóviles

Redaccicón MU06/11/2008
Los fabricantes de automóviles apuestan cada vez más por la aplicación de materiales ligeros y altamente resistentes, especialmente el aluminio. De esta forma, se pretende incrementar la capacidad de rendimiento de los vehículos y reducir el consumo de energía. Para poder aprovechar al máximo las cualidades individuales de las materias sintéticas y de los metales ligeros, la empresa Audi fundó, por ejemplo, ya en el año 1994 el Centro de Aluminio en la ciudad de Neckarsulm, cuyos últimos conocimientos se aplicaron en el nuevo Audi TT y en el vehículo deportivo Audi R8.

El peso tiene un papel muy importante, especialmente en los productos móviles. Tener que desplazar o mover menos peso significa, desde luego, reducir el gasto de energía.

Por este motivo, las empresas de estos sectores apuestan ya desde hace muchos años por conceptos de la construcción ligera. Emplean materiales que reducen el peso total de sus productos. Especialmente el aluminio es de gran importancia para la industria automovilística. Este hecho lo confirma también Frank Venier, Director de gestión de proyectos de construcción ligera de la empresa Audi en Neckarsulm: "En el año 1994 lanzamos con el Audi A8 la primera berlina de clase alta producida en serie con una carrocería autoportante completamente en aluminio, con la denominada estructura ‘Audi Space Frame’ (ASF).

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Frank Venier.

Variedad de los distintos materiales en la construcción ligera

Por esta razón acentúa Frank Venier que no puede y no debe existir ninguna cultura de un sólo material. Además aclara: "Aplicamos el material adecuado en el sitio oportuno desde el punto de vista económico y funcional. De hecho, el soporte de la estructura posterior de nuestro nuevo vehículo deportivo Audi R8, un componente para la rigidez que se atornilla en la carrocería, es fabricado con magnesio". Este metal es adecuado especialmente para piezas moldeadas. El magnesio dispone de unas características muy buenas de fluidez, lo que a su vez permite moldear unas formas muy finas. En el caso de perfiles y chapas hay menos productividad y libertad para la creatividad y concepción puesto que su capacidad de transformación es bastante más reducida. Por este motivo, hoy en día el magnesio aún no es competitivo en este ámbito. Todo lo contrario en el caso del aluminio. A día de hoy este metal ligero está reconocido por toda la industria automovilística y puede emplearse en todos los ámbitos del sector de automóviles. Fabricado en serie, está disponible en todas las variantes de semiproductos: en forma de chapa, piezas moldeadas, perfiles e incluso, para la zona del mecanismo de traslación, en forma de piezas de forja. Es más, cabe destacar su ejemplar sostenibilidad ecológica gracias a la cuota de reciclaje del 90 por ciento y además dispone de unas características físicas extraordinarias. De esta forma, por ejemplo, se puede ahorrar aproximadamente un 43 por ciento del peso en comparación con las clásicas construcciones metálicas mediante la aplicación de aluminio.

A día de hoy, el aluminio está reconocido por toda la industria automovilística y puede emplearse en todos los ámbitos del sector de automóviles. Fabricado en serie, está disponible en todas las variantes de semiproductos

El aluminio, disponible en todo el mundo a largo plazo

"Con los aceros altamente resistentes todavía se puede ahorrar más de peso, pero como máximo de un 10 a un 15 por ciento, en comparación con el acero habitual para carrocerías. Además, ciertos aceros requieren una transformación en caliente, lo que implica automáticamente que sean más complicados de procesar", añade Venier. Con referencia a la disponibilidad, el aluminio gana también puntos. Este material está disponible a nivel mundial y por lo tanto seguro a largo plazo. En un principio el acero también lo es, pero desde hace un tiempo su precio ha crecido considerablemente a causa de una enorme demanda desde Asia.

Sin embargo, a pesar de todas las variaciones, el precio base del acero sigue siendo notablemente más bajo que el del aluminio. No obstante, esto sólo es una parte de la verdad sobre los costes, porque al final de lo que se trata es de tener en cuenta el precio final con las mismas funciones. Así, por ejemplo, los diferentes semiproductos son ideales para la fundición y el procesamiento de perfiles que permiten conseguir, gracias a la integración de funciones, una combinación de la construcción ligera con la reducción de costes al mismo tiempo dada la supresión de piezas individuales y los procesos de ensamblaje.

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Conocimiento variado en el centro de fabricación principal de Audi

Hace cuatro años Audi rebautizó el Centro de Aluminio con el nombre de Centro de Aluminio y Construcción ligera de Neckarsulm. Desde entonces su principal orientación y estrategia no han cambiado pero, sin embargo, el nombre indica que a día de hoy la investigación y el desarrollo ya significan mucho más que la mera aplicación de aluminio.

“El Audi TT pesa unos 100 kilogramos menos que un vehículo de acero con las mismas funciones. De esta forma el cliente se ahorra aproximadamente medio litro de gasolina a los 100 kilómetros”

Con la presentación del nuevo Audi TT en el año 2006 se demostró una vez más qué éxitos se pueden alcanzar en la construcción ligera gracias al desarrollo de los últimos avances. Frank Venier explica: "Este vehículo pesa unos 100 kilogramos menos que un vehículo de acero con las mismas funciones. De esta forma el cliente se ahorra aproximadamente medio litro de gasolina a los 100 kilómetros. Aplicado esto a un servicio anual de 20.000 kolómetros corresponde a un ahorro de 100 litros. Y además, disfruta de un vehículo con dinámica de conducción más ágil".

Para la fabricación de componentes de aluminio se requiere un amplio conocimiento que Audi a día de hoy tiene a su disposición debido a su larga experiencia. Gracias a que en el Centro de Aluminio y Construcción ligera de Audi se reúnen todas las disciplinas, se produce constantemente un gran intercambio de experiencias, del que se benefician también los proveedores de los componentes. Los especialistas de desarrollo y construcción con sus compañeros de planificación, calidad y montaje con el planteamiento denominado ‘Simultaneous Engineering’, es decir, con ayuda de la ingeniería concurrente, elaboran los conceptos y las formas óptimos de las piezas. Así para la simulación se aprovechan, por ejemplo, los métodos de desarrollo propio.

El método de construcción mixta

La aplicación de diferentes materiales, es decir, el denominado método de la construcción mixta supone muchas ventajas para los vehículos pero plantea simultáneamente unas exigencias elevadas a las técnicas de unión y ensamblaje. Visto de manera individual, ya por sí cada uno de estos materiales tiene sus propias exigencias. Si encima se unen estos materiales entre sí, la complejidad aumenta cada vez más. Se deben tener en cuenta tanto los coeficientes de dilatación de estos materiales individuales como el comportamiento corrosivo entre sí.

En el caso del ‘Space Frame’ del nuevo Audi TT los ingenieros y técnicos del Centro de Aluminio y Construcción ligera, por motivos de distribución del peso, emplearon el 69 por ciento de aluminio en la parte delantera y el 31 por ciento de acero en la parte trasera del coche deportivo.

Las uniones soldadas en la estructura de aluminio se realizan principalmente con el método MIG. Sin embargo, la soldadura tiene la desventaja de que el aluminio reacciona con la aplicación de mucho calor con una contracción relativamente grande. Venier, el experto de metales ligeros, aclara: "Por este motivo, siempre que sea posible nos decantamos por unas técnicas de ensamblaje pobres en calor o incluso frías como la soldadura por láser o el método de soldadura híbrida láser/arco que consiste en la combinación de la soldadura por láser con la soldadura MIG".

Los métodos de ensamblaje fríos para la estructura y los componentes de montaje son los siguientes: remachado, atornillado, machihembrado, encolado. Además, frecuentemente es conveniente combinar las técnicas mecánicas de ensamblaje con forma de punto con algún proceso de encolado. Razones para ello hay varias: por un lado, se aumenta la resistencia de la unión y por el otro, la cola asume una función adicional de aislamiento en el caso de las uniones mixtas de acero y aluminio.

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Los tornillos ‘Flow-Drill’ moldean sin arranque de viruta

Por primera vez se utilizaron en el Audi TT los denominados tornillos ‘Flow-Drill’ (FDS). Con estos tornillos se pueden ensamblar espesores de chapa de hasta cuatro milímetros en aluminio o de hasta dos milímetros en acero, sin perforación previa y con dirección de ensamblaje unilateral. El principio: el tornillo moldea sin el arranque de viruta con un número alto de revoluciones y una presión de apriete de hasta 1,5 kN, un orificio continuo con rosca de tuerca verificada con un calibre. Este proceso de ensamblaje es procesado mediante un sistema sostenido por robots con una alimentación automática. Debido a la alta proporción de carga dentro de la rosca se logra una unión altamente resistente. En caso de descenso de temperatura, el tornillo FDS puede sustituirse por un tornillo métrico convencional.

Las tecnologías de ensamblaje innovadores permiten convertir las ventajas técnicas de la construcción mixta en un asunto económicamente atractivo. A esto contribuyen también en la misma medida los procesos de fabricación de piezas moldeadas y perfiles que llegan principalmente de los proveedores a Audi como piezas compradas. Aquí ya se consiguió alcanzar un nivel considerablemente alto.

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