Post on 21-Oct-2015
SELECCIÓN DE MATERIALES PARA LA LLANTA DE UN AUTOMÓVIL
Javier CregenzánRubén Hernández
Antonio RamírezMartín Slemenson
1. Definición del problema
• Se quiere seleccionar un material para diseñar una llanta
para un vehículo.
• El material ha de ser ligero, resistente, económico y fácil
de fabricar en grandes series.
• Ha de soportar la carga del vehículo.
2. Conceptualización• Debe de resistir una masa de 2.000Kg (depósito y maletero llenos +
cinco ocupantes).
Dimensiones:
- D: Diámetro exterior
- d: Diámetro interior
- e: Espesor
Área de contacto eje-llanta:
(por llanta)
Se aplica un coeficiente de seguridad de 3 y teniendo en cuenta que se trata de una carga cíclica, la tensión que debe resistir la llanta a fatiga es de 90MPa.
2. Conceptualización• Ecuaciones de prestaciones:
Se busca maximizar la relación tensión-densidad a coste reducido, y para ello utilizaremos un diagrama de Ashby σ-ρ·precio donde los materiales que cumplan con los requisitos se encontrarán en una recta de pendiente m=1.
𝑀=𝑉 ·𝜌
𝜎=𝐹𝐴 }
𝑀=(𝐷−𝑑 )2 ·𝜋
4·𝑒 · 𝜌
𝜎= 𝐹𝑑 ·𝜋 ·𝑒2
} 𝑒= 4 ·𝑀𝜌 · (𝐷−𝑑 )2 ·𝜋
𝜎= 2 ·𝐹
𝑑 · 4 ·𝑀𝜌 · (𝐷−𝑑)2
}𝑀=𝐹 · (𝐷−𝑑)2
4 ·𝑑·𝜌𝜎
log ( 𝜌𝜎 )= log (𝐾 )→ log (𝜌 )− log (𝜎 )= log (𝐾 )→ log (𝜎 )=1 · log (𝜌 )− log (𝐾 )
3. Selección del material
En este primer gráfico se muestran los primeros materiales que se pueden utilizar con las restricciones aplicadas, son aceros y fundiciones de hierro.
Al desplazar la recta las siguientes opciones son aleaciones de aluminio y de magnesio.
3. Selección del material
• Fundición de hierro: Fundición por colada sobre molde de arena. Pueden ser mecanizadas y soldadas con electrodos o arco eléctrico.
• Aceros: Además de la fundición por colada y del mecanizado, pueden conformarse en estado sólido (forja, estampación, laminación y perfilado). También pueden ser soldados con electrodos o arco eléctrico.
4. Procesos de fabricación
• Aleación de aluminio: Además del conformado en estado sólido
pueden inyectarse (baja TFUSIÓN). Soldables mediante arco
eléctrico en atmósfera protegida (TIG, MIG).
• Aleación de magnesio: Mismas características que las aleaciones de aluminio.
4. Procesos de fabricación
5. Decisión• Fundiciones de hierro: Descartadas por la complejidad de su
manufacturación (moldes de arena).
• Aceros: Ideales por su buena conformabilidad en entado sólido (estampación y laminación) y por su soldabilidad.
• Aleaciones de aluminio: Al permitir la inyección, pueden realizarse diseños complejos pese a ser más caro y requerir proporcionalmente mayores dimensiones que los aceros.
• Aleaciones de magnesio: Opción más ligera de las citadas. No se considera para uso común por su elevado coste pero si para competición.