ENSAMBLAJE DE CARROCERIA

1.ENSAMBLAJE DE LA CARROCERÍA

Introducción.
A la hora de proyectar un nuevo modelo se deben conjugar de forma satisfactoria una serie de factores, como son la habitabilidad, el confort, la aerodinámica y l seguridad, encaminados a obtener un producto que ofrezca una potencia significativa basada en una notable economía de consumo armonizada con la imagen de la marca. Como ejemplo en un vehículo deportivo se sacrifica la habitabilidad a favor de la estética y aerodinámica, en un monovolumen lo que prima es la habitabilidad interior pasando a segundo plano la aerodinámica.

Para intentar conseguir estos objetivos se recurre a diferentes estrategias:

• Optimizar las tareas de organización de todos los departamentos implicados en la elaboración del nuevo modelo que tienden hacia la unificación de en diferentes grupos de trabajo (proyectos, métodos y fabricación) permitiendo detectar rápidamente cualquier problema presente.
• Aplicación de nuevos conceptos y nuevas tecnologías.
• Reducción de los plazos de puesta a punto de un nuevo modelo.
• Capacidad de innovación. La fuerza de una empresa resida en su capacidad para innovar mas rápidamente que sus competidores.
• Se debe diversificar la oferta a partir de un modelo base realizando varias versiones del mismo. Versiones familiares, deportivas...
• Para reducir el tiempo de lanzamiento y los costes, los fabricantes de vehículos suelen compartir plataformas de carrocería entre los modelos de la misma marca o grupo.

La idea de la seguridad se encuentra en un primer plano a la hora de diseñar una carrocería que aparte de la estética se debe estudiar la deformabilidad de sus creaciones y en dotar los habitáculos de una elevada estabilidad de forma.
Tradicionalmente, a la hora de establecer los gustos y modas se que condicionan la elección de un vehículo, pueden establecerse tres áreas de población que marcan las tendencias de la demanda mundial:

• Zona europea.
• Zona norteamericana.
• Zona asiática.

En Europa suelen predominar los vehículos compactos (berlinas) de estética discreta y colores sobrios, de cierto aire urbano adaptado plenamente a la circulación por carretera. El precio del combustible y la no excesiva abundancia de espacios abiertos determina el tamaño y la monitorización de un vehículo típico.
En Norteamérica en cambio, el precio mas reducido del combustible, la existencia de amplios espacios abiertos y el estilo de vida determina un mercado en el que abundan las berlinas de gran tamaño y elevada monitorización, los pick-up y los todoterreno.
En la zona asiática (en especial Japón) prefieren los vehículos pequeños (especialmente todoterreno) de colores vivos, estética vanguardista y un marcado carácter urbano condicionado por la escasez de suelo libre.
No obstante, en cada zona de influencia cada país presenta rasgos diferenciales propios que influyen de manera notable en el mercado.
En el proceso de puesta en marcha de un nuevo modelo se encuentran involucrados aspectos económicos, plazos, producción, calidad y técnicos. El periodo de desarrollos cuenta con las siguientes fases y medios:

• De ejecución de proyecto:

• Estudios de viabilidad previa.
• Estudios de viabilidad definitiva.
• Ficheros de geometría 3D de piezas.
• Ficheros 2D de piezas.
• Ficheros de planos 2D de conjuntos.
• Pirámide grafica (despiece)
• Realización base.

• De verificación del proyecto:

• Análisis modal de fallos y efectos.
• Simulación (estructural y de estampación).
• Taller piloto virtual.
• Métodos de operaciones de estampación.
• Estudios de tolerancias, sistemas de ensamblaje y estudios de referencias.
• Construcción de prototipos.
• Experimentación.
• Taller piloto de producción.
• Medios de verificación de calidad.

Teniendo en cuenta que cada constructor aplica su propio método secuencial en la ejecución del proyecto, para el estudio del proceso en si podemos partir de una secuencia típica en la que una vez establecido el pliego de condiciones el proyecto se desarrolla en las siguientes fases:

Concepción.

Diseño.

Creación de maquetas.

Construcción de prototipos.

Pruebas.

Fabricación.

Necesidades de fabricación de la carrocería.

1.1.Concepción.
En esta fase se realizan los primeros bocetos a partir de dibujos a mano utilizando instrumentos de dibujo. El trabajo culmina con la aprobación del mejor boceto propuesto.
A continuación los diseñadores determinan las dimensiones del vehículo (prestando especial atención al interior del mismo). Para ello se divide el vehículo en tres zonas diferenciadas: zona motor, zona de ocupantes, zona maletero.
Para el calculo inicial de las medidas exteriores de la carrocería suele tenerse en cuenta:

• Exigencias aerodinámicas.
• Ergonomía del puesto de conducción, concepción de los asientos y del maletero.
• Altura libre de la carrocería sobre el suelo.
• Posición y tamaño del deposito de combustible.
• Necesidades de espacio de las ruedas.
• Tamaño y disposición de los paragolpes.
• Tipo de emplazamiento de los órganos mecánicos: motor, radiador, cambio...

Para iniciar la fase de diseño de as formas interiores y exteriores deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

• Condiciones de visibilidad. Disposición de los montantes, techo, capo, maletero, retrovisores, curvatura del parabrisas, barrido del limpiaparabrisas, etc.
• Funciones mecánicas. Deben poder bajarse los cristales laterales, apertura del capo y maletero, reglaje de luces, etc.
• Posibilidad de fabricación y facilidad de reparación.
• Condiciones de seguridad. Establecimiento de un plan de deformación programada, forma y disposición de los refuerzos y paragolpes, eliminación de aristas, etc.

Una vez calculadas las medidas exteriores el ordenador proporciona una visión del vehículo (interior y exterior) y cada parte constituyente del mismo pudiendo introducir modificaciones que se estimen oportunas.

Diseño de la carrocería.

Una vez definido el vehículo se pasa a la fase de diseño, en la que se emplean medios altamente sofisticados. Mediante estos desarrollos informáticos se sustituyen las maquetas físicas por maquetas numéricas a partir de parámetros geométricos obtenidos en la fase de concepción del vehículo con la ayuda de potentes ordenadores.
Como norma general un buen diseño debe reunir las siguientes características:

• Resultar lo mas atractivo posible.
• La transición a la fase de fabricación debe ser lo más fácil posible.
• Garantizar una alta funcionalidad y larga vida útil.
• El numero de piezas constituyentes debe ser el mínimo posible y su desglose debe resultar sencillo.
• Tener un alto numero de piezas aprovechables para otros modelos.
• Utilizar el mayor numero de piezas reaprovechables.
• Ofrecer una buena relación calidad precio.

A través de este método el diseñador puede ensayar diferentes soluciones técnicas, simular el funcionamiento de cada pieza, introducir modificaciones, ensamblar piezas virtualmente e integrarlas en el sistema al cual van a pertenecer analizando su compatibilidad.

Cálculos de la estructura.

El principio universal en el calculo de estructuras se basa en el hecho de que las deformaciones resultantes son proporcionales a las tensiones aplicadas ya que la estructura del nuevo modelo debe absorber la máxima energía sacrificándose en defensa de los pasajeros.
Para determinar las características estáticas, dinámicas y acústicas se recurre a la integración de elementos finitos, lo cual se basa en la idea fundamental de descomponer cualquier cuerpo tridimensional en figuras geométricas simples cuyos comportamientos elásticos son conocidos y fáciles de formular matemáticamente.
Habitualmente suele descomponerse en triángulos cuyos vértices presentan coordenadas espaciales y que fruto de las tensiones aplicadas se desplazan en el espacio haciendo que los vértices de los triángulos adyacentes se desplacen vuelvan a desplazarse y así hasta que la tensión producida en cadena se anula. Con ello es posible construir un modelo que represente fielmente as propiedades elásticas de la pieza real. El proceso puede resumirse en:

• En primer lugar se realiza una discretizacion finita de la pieza, consistente en dividirla en trozos muy pequeños a los cuales aplicar las ecuaciones de comportamiento elástico-resistente.
• Una vez realizado el mallado se aplica cargas exteriores en algunos de esos elementos y se estudia la deformación.
• De este modo se puede analizar la deformación macroscópica de la pieza, y los puntos de esfuerzo critico y, por tanto, susceptible a la rotura.

Para la integración de elementos finitos se utilizan superordenadores del tipo Cray que procesan millones de operaciones en nanosegundos, de manera que se puede visualizar el efecto de cualquier tensión aplicada en un punto determinado obteniendo deformaciones, oscilaciones, distribuciones de las tensiones y trabajos de variación de forma. Las ventajas de que ofrece la utilización del método de los elementos finitos se centran fundamentalmente en los siguientes aspectos:

• Posibilidad de determinar procesos de carga invisibles (transmisión de fuerzas, concentraciones de esfuerzos) en estructuras complicadas.
• Calcular variables como: grueso de chapa, refuerzos, materiales, etc.

Por el contrario las limitaciones que presenta la utilización de este método son: