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.

6. Ejemplos chapa vs. aluminio

Gracias por su atención