sábado, 05 de julio de 2008 Buscar

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Fabricación

Todos los procesos que se utilizan para crear las piezas a partir de las materias primas se llaman de manera genérica procesos de conformado. Dentro de ellos, todos aquellos que para dar forma a la pieza "arrancan viruta" en máquinas especiales (torno, fresa, centro de mecanizado, etc.) se llaman procesos de mecanizado.

El gran número de procesos distintos utilizados para la fabricación de piezas y las particularidades de cada uno de ellos hace que sea prácticamente imposible dominarlos todos, por lo que cada vez más se está en manos de los proveedores especializados.

En el caso de materiales como el titanio, no sólo se trata de un material caro sino que es tremendamente difícil de mecanizar, lo que dificulta y encarece todavía más las piezas de este material.

Por último, otros factores fundamentales en la fabricación de piezas son tanto el acabado superficial de las mismas (lo perfecta que queda la superficie mecanizada) como los tratamientos superficiales que hay que aplicar (para modificar las propiedades de la capa exterior del material).

El proceso que existe desde que se dispone de la materia prima hasta que se acaba la pieza es, por tanto, un proceso largo y difícil, en el que cada una de las etapas es importante.

Además, hay dos factores que hacen que este tipo de componentes cada vez estén al alcance de menos personas; el plazo de entrega cada vez es mayor y el número mínimo de piezas a fabricar también.

Reportajes y Entrevistas

Materiales avanzados

25/02/2008

Luis ISASI

Materiales avanzados

Si se compara el precio de cualquier Gr.A de hace 15 años con alguno de los WRC punteros de hoy en día, se puede comprobar que el precio se ha multiplicado por cuatro o por cinco. Si se tiene en cuenta que en la configuración básica de estos coches en cuanto a motor, transmisión, carrocería... tampoco ha habido tantas evoluciones, la causa de este aumento de precio hay que buscarla principalmente en el uso de componentes mucho más sofisticados. En este artículo daremos un repaso a las principales evoluciones.

De manera general, se puede decir que el millón de euros que hay que pagar aproximadamente en la actualidad por un WRC de última generación se debe al proceso de perfeccionamiento al que han sido sometidos todos y cada uno de los componentes de estos coches. Los dos campos más importantes en los que se ha trabajado para conseguir estas mejoras han sido la incorporación de sistemas electrónicos de última generación y la mejora de las propiedades de los materiales (aceros, aleaciones de aluminio, composites, etc.), casi todos ellos de origen militar o aeronáutico.

Motor
El motor es, sin duda, uno de los componentes más importantes del coche y, además, uno de los más complejos de diseñar y de poner a punto. No en vano, los mejores motores del Mundial siguen saliendo de los motoristas más experimentados, contra los que los potentes programas de simulación prácticamente no pueden hacer nada.

Desde el punto de vista de los materiales del motor, una de las cosas que hay que conseguir es que todos aquellos elementos que estén en movimiento (pistones, cigüeñal, bielas, poleas, árboles de levas, válvulas, etc.) pesen lo menos posible para que la respuesta sea rápida. Además, los elementos que no están en movimiento (bloque y culata principalmente) han de ser también lo más ligeros posible pero, al mismo tiempo, deben ser muy resistentes.

Comenzando por la culata, tanto las válvulas como los muelles de válvula (que solían ser de titanio cuando los reglamentos no lo prohibían) son de acero de elevada resistencia y tenacidad, muy aleados (con vanadio, boro, wolframio, etc.) para conseguir menos inercias, que permitan subir más de régimen (no muy interesante en los motores con la brida), mejorar la aceleración (siempre es interesante) y utilizar perfiles de levas más agresivos que permitan abrir las válvulas más rápido.

Respecto a la parte "baja" del motor, los pistones se hacen en aleación de aluminio forjado, buscando el menor peso posible y la mayor resistencia posible, tanto mecánica como térmica. El cigüeñal y las bielas son de acero de alta resistencia tratado (para conseguir mayor resistencia y tenacidad), ya que al utilizar materiales más resistentes se pueden hacer piezas que soporten los mismos esfuerzos pero que sean mucho más ligeras.

Tan importante como la mejora de todos los aspectos dinámicos y estructurales es la reducción de fricción en el motor. Por ello, a igualdad de resistencia mecánica, se prefiere utilizar materiales con los que se puedan conseguir tratamientos térmicos y superficiales que disminuyan tanto el desgaste como las pérdidas por rozamiento.

La transmisión
Compuesto por caja de cambios, diferenciales y árboles de transmisión, el sistema de transmisión de un WRC actual es también uno de los más importantes y costosos. Buscando siempre reducir el peso y las inercias al mínimo, para los componentes internos de la caja de cambios (piñones, ejes, etc.) también se recurre a aceros de alta resistencia (EN40 tratado, etcétera).

Además, uno de los aspectos más importantes para el buen funcionamiento de una caja de cambios es que los ejes de giro y los piñones no sufran deformaciones, y hace falta que las carcasas en las que se montan sean muy rígidas y, al mismo tiempo, muy ligeras. Actualmente, todos los WRC llevan carcasas de cambio de magnesio, material que permite ahorrar entre un 10 y un 12% del peso de las carcasas (comparándolo con el aluminio) a igualdad de resistencia.

Mientras los semiejes de las ruedas se siguen viendo todavía en acero, los árboles de transmisión tanto delantero como trasero se fabrican en los materiales más ligeros que permite el reglamento, habiéndose llegado a montar de acero de alta resistencia, de titanio o incluso de materiales compuestos (composites).

Quizá sea en los diferenciales donde más avance ha habido en los últimos años. La reciente prohibición de los diferenciales "activos" o "pilotados" ha obligado a, por una parte, incorporar componentes de muy alta calidad y, por otra, a trabajar en los recubrimientos de los discos para conseguir progresividad en el funcionamiento, elevado coeficiente de fricción y, en definitiva, una mejor y mayor respuesta de todo el sistema.

Carrocería
La mejor solución para la "carrocería" de un coche de rallyes sería, si lo permitiera el reglamento, construir un chasis tubular lo más rígido y ligero posible y, sobre él, montar el resto de componentes. Como el reglamento no lo permite, lo que se hace es aprovechar la obligatoriedad de instalar un arco o jaula de seguridad para conseguir que la carrocería final se parezca lo más posible a un chasis tubular.

En la primera etapa de la fabricación de la carrocería no hay que añadir nada, sino quitar, ya que hay que aligerarla lo más posible. A partir de ahí, tanto los refuerzos que se van soldando en los distintos sitios, como el arco de seguridad que se acopla, sí se fabrican en aceros especiales (normalmente 15CDV6 ó 25CD4S).

Utilizando estos materiales, se consigue aumentar tanto la rigidez torsional como la flexional de la carrocería (normalmente entre 4 y 7 veces respecto a la de la carrocería original). Con la incorporación del peso mínimo para la carrocería, además de todo lo anterior, se consigue una mayor durabilidad.

Electrónica
Aunque no sean precisamente "materiales", la incorporación masiva y la rapidísima evolución de los módulos de control electrónico permiten ajustar al máximo el funcionamiento de todos los sistemas del coche. No obstante, no son sólo los sistemas principales del vehículo (motor, transmisión, etc.) los que se benefician del uso de la electrónica. Llegando al límite, los sistemas de gestión de procesos, como la carga de la batería o el sistema de desempañado de la luna delantera, pueden incluirse también en la gestión electrónica de la centralita de gestión electrónica del motor.

Y como hemos visto en esta misma sección hace algunos meses, también se está produciendo una continua evolución de los componentes (fusibles y relés de estado sólido con tecnología CMOS, etc.), cuya disminución de tamaño y aumento de prestaciones son continuas. Eso sí, también es continuo el incremento en el precio…

El interior
En cuanto a todo lo que se puede contemplar desde el puesto del piloto, no hay que llevarse a engaño. Pese a la sencillez y limpieza de todos los interruptores, elementos de control, paneles y mandos del interior de los WRC, el presupuesto que hay que gastar en este aspecto es sin duda superior al de la mejor berlina que nos podamos imaginar. Una vez más en busca del ahorro de peso, se pueden encontrar palancas de freno de mano y pedales de titanio o de aleaciones de aluminio.

Los intentos de la FIA
Se mire donde se mire, en un WRC siempre se encuentran materiales de última generación. Así como la utilización de sistemas de control electrónico obliga a conocer a fondo los sistemas y su programación, el uso de materiales avanzados (aceros especiales, titanio, aleaciones de alta resistencia, composites, etc.) requiere un conocimiento exhaustivo de los procesos de fabricación de los mismos.

El "problema" de utilizar elementos de este tipo es que si se utilizan de manera aislada el resultado no es bueno. Es decir, no vale de nada tener un motor de última generación si el sistema de transmisión es pesado, poco rígido o la capacidad de reglaje no es grande. Todo en un coche de carreras ha de ser homogéneo y éste es precisamente uno de los problemas: cuando todos los componentes son "lo último", el precio se dispara, y cuando no se dispone de ellos, es muy difícil ganar al que los tiene. En definitiva, todos los que quieran entrar en "la guerra" están obligados a tener presupuestos astronómicos para sus coches, por más que intente evitarlo la FIA.

 

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