Estudio de aleación de aluminio reforzada con materiales compuestos para reducción de peso en la industria automotriz

摘要

En la actualidad, en la industria automotriz existe como principal métodoudde competencia la fabricación de vehículos cada día más eficientes tanto enudpotencia como en consumo de combustible, dicha eficiencia dependeuddirectamente tanto del diseño de los componentes, como del peso del vehículo,udel cual depende principalmente de los materiales utilizados en su fabricación.udLa industria aeroespacial fue la pionera en el uso tanto del aluminio comoudmaterial principal en los años 20s, como de los materiales compuestos entre losudaños 60s y 70s, dichos materiales tenían lugar principalmente en las estructurasudde las aeronaves.udDespués de la industria aeroespacial en el uso de dichos materiales, seudencuentra la industria automotriz, la cual en los últimos años ha incrementado eluduso tanto de materiales compuestos como de aleaciones de aluminio en laudfabricación de sus vehículos, buscando principalmente incrementar la eficienciaudde sus vehículos sin sacrificar su desempeño y seguridad, lo cual año con añoudse logra aumentar con el uso de éstos materiales en diferentes componentes deludautomóvil.udEntre los componentes más comunes en el uso de aluminio y materialesudcompuestos esta la estructura exterior del automóvil, entre los que sobresalen eludcapó, el techo, las puertas, entre otros; además de componentes tanto del motorudcomo del interior de la cabina del vehículo.udEn los últimos años han sobresalido las empresas automotrices queudutilizan materiales compuestos en la fabricación de sus chasises, esto debido audla gran resistencia que presentan dichos materiales, los cuales comúnmente seudjuntan con el aluminio para darle mayor resistencia al impacto como para formaruduna estructura con características tanto dúctiles como frágiles.udEl presente proyecto tiene como objetivo evaluar las propiedadesudmecánicas de los materiales basados en un componente metálico (aluminio)udreforzado con material compuesto (fibra de carbono) con distintas superficiesud(fibra de carbono y fibra de vidrio), utilizando adhesivos industriales para formaruduna estructura, con la cual se pretende evaluar la posible sustitución del aceroudcomo material utilizado en la fabricación del chasís de los vehículos comercialesudde carga, así como tomarlo en cuenta para utilizarse en cualquier otra aplicaciónudautomotriz. Ésta estructura tendrá la ventaja competitiva de reducir el peso totaluddel vehículo y permitirá al usuario reducir los costos de consumo de combustibleudaumentando su eficiencia, incrementando también las capacidades de cargauddurante el transporte.udPara validar la factibilidad del nuevo prototipo se realizarán pruebas a losuddistintos materiales que estarán interactuando con el nuevo chasís reforzado,udtanto individualmente como en estructura, contemplando diferentes diseños queudpermitan cumplir con las propiedades mecánicas estructurales mismas de unudchasís utilizado en la actualidad.udPara realizar dichas pruebas se utilizó aleación extruida de aluminio 6061,udal cual se le llevo a cabo un tratamiento térmico T6, la cual fue ensayada audtensión individualmente. Las muestras tanto deformadas como no deformadasudfueron objeto de ensayos de microdureza Vickers y se le realizo un estudioudmetalográfico para identificar lo que está generando los cambios en la durezauddel material debido a la deformación.udPara reforzar al material metálico, se utilizo como material compuesto laudfibra de carbono, la cual se obtuvo por el método de pultrusión, esto para formarudun perfil estructural de alta resistencia, el cual formará parte de la estructura tipoud“sándwich” junto con la aleación de aluminio.udSe obtuvo el material compuesto con dos distintas superficies, una conudfibra de carbono y otra con fibra de vidrio para comparar la adhesión de ambasudsuperficies con la aleación de aluminio, además de analizar la diferencia deudresistencia debido a la diferencia de material.udSe realizo un ensayo de adhesión a traslape, utilizando una probeta deudaluminio con una de material compuesto y se ensayo axialmente parauddeterminar la resistencia del adhesivo y conocer la compatibilidad del adhesivoudcon las diferentes superficies. Los ensayos se realizaron a 2, 5 y 12 días deudcurado para conocer la resistencia que presenta el adhesivo a diferentesudtiempos de curado y determinar el tiempo de curado mínimo necesario paraudobtener una resistencia suficiente para ser utilizado estructuralmente.udEl material compuesto también fue objeto de pruebas de tensiónudutilizando diferentes orientaciones, 0° y 45°, para determinar cuál es laudorientación adecuada para obtener los resultados óptimos.udUtilizando la orientación adecuada, se elaboraron estructuras tipoud“sándwich” como probeta de tensión y como probeta para evaluar eludcomportamiento de la estructura perforada, esto debido a que entre losudprincipales puntos críticos se encuentran tanto las zonas centrales de losudlargueros, como las perforaciones para atornillar los distintos elementos deludvehículo al chasís.