El proceso de fabricación de llantas de aleación de aluminio se ha desarrollado significativamente desde la década de 1970. El sofisticado diseño de la rueda hace que la fundición sea el proceso de fabricación dominante. Los materiales de las llantas de aleación también han evolucionado: las aleaciones de las llantas de automóviles contienen un contenido de silicio del 7 al 12% y varios contenidos de magnesio, además de aluminio, para satisfacer la demanda de propiedades de fundición en molde, resistencia a la corrosión y resistencia a la fatiga.
Tabla de contenido
La historia de las llantas de aluminio para coches
Las ruedas de los primeros coches de aluminio con asiento de aleación ligera se utilizaron en los coches de carreras Daimler-Benz y Auto Union en la década de 1930. En la década de 1960, Porsche comenzó la producción en serie de llantas para asientos, que consistían en llantas y naves. La primera producción en masa de llantas de asiento en Europa comenzó en 1979 para automóviles Daimler-Benz destinados a los Estados Unidos.
El desarrollo posterior del proceso de fabricación de la llanta y la nave ha reducido significativamente los costos de producción, y desde 1995 se han producido llantas de aluminio para el BMW Serie 5 en grandes cantidades
uso Llantas de aluminio En los turismos, se empezó con modelos de clase alta o insignia para darle un toque personal único.
Se fundió principalmente durante este período y comenzó a instalarse en fábrica en automóviles de producción en la década de 1970.
Las ruedas ahora representan alrededor del 15% del contenido promedio de aluminio de los automóviles de pasajeros y camiones ligeros, y cuando la motivación principal se diseña principalmente con soluciones de fundición, los requisitos de reducción de peso han llevado al desarrollo de piezas fundidas más técnicas, así como soluciones forjadas y fabricadas.
Sin embargo, estos componentes tienen importantes características de seguridad y deben cumplir con altos estándares de diseño, ingeniería y fabricación.
Consideraciones sobre el diseño/selección de materiales
Rigidez: La rigidez estructural (dependiente del diseño) es un valor fundamental a tener en cuenta al diseñar llantas de aluminio para lograr al menos el mismo comportamiento del vehículo que las llantas de acero comparables. Sin embargo, la rigidez del material (módulo de Young) depende muy poco de la aleación y el revenido.
Comportamiento estático: Se cree que el límite elástico evita la deformación bajo fuerzas axiales máximas (aceleración y frenado) y fuerzas radiales (más giro). Los casos de mal uso se consideran en relación con la resistencia a la tracción. Para confirmar este comportamiento, también se realiza una prueba de rendimiento bajo presión.
Comportamiento de fatiga: Este es el parámetro más importante del dimensionamiento. El software de elementos finitos se utiliza sistemáticamente en tiempo de diseño. Se tienen en cuenta las tensiones de servicio, incluidas las tensiones multiaxiales recientes. Para verificar estos cálculos se utilizan pruebas de flexión rotacional y rodadura de llantas.
Resistencia al impacto: Principalmente, y no sólo, está relacionado con la curva de tensión/deformación de grandes desplazamientos. La resistencia al impacto está empezando a ser simulada. Sin embargo, la prueba de impacto verifica sistemáticamente la resistencia del pavimento a colisiones accidentales, como impactos.
Enfriamiento: Tipos de ruedas (fundición, forja, fleje, fundición de forja mixta,…) En cualquier caso, el aluminio disipa el calor más rápido que el acero. Además, las ruedas de aluminio actúan como disipadores de calor altamente eficientes. Esto aumenta significativamente la eficiencia de frenado y reduce el riesgo de sobrecalentamiento de los neumáticos.
Estilo – Ligero: Reducir el peso de los vehículos con masa no suspendida es una prioridad importante. Si dicta tecnologías de producción con diferentes requisitos de estilo, debe aceptar compromisos (fig.).
Dimensional: El balance de masa perfecto es un parámetro importante para evitar grandes vibraciones. Como resultado, se mecanizan ruedas fundidas y forjadas. La ligereza también reduce la vibración en las ruedas de aluminio de los asientos
Corrosión: Las llantas fundidas y forjadas se pintan o lacan después de la transformación química. Las ruedas de tiras se pulen, barnizan o pintan. Los discos de hierro/aluminio sin recubrimiento, o incluso la interfaz del cubo, no mostraron corrosión significativa
Tratamiento
El proceso de fabricación de la rueda está dominado por el aluminio. La penetración del aluminio en las llantas fue de alrededor del 30-35% para los automóviles europeos en 2000, pero fue superior al 50% en los Estados Unidos y Japón. Esto representa más del 14% del contenido promedio de aluminio de los automóviles y se espera que aumente rápidamente (45% en 2005 y 70% en 2010). En Estados Unidos, la redivisión del aluminio en la rueda fue en 1999.
Fundición 82%, forja 11% (incluidos todos los vehículos), chapa 4%, chapa 3%.
En Europa, la cuota de C es ligeramente superior (más del 85%) debido a la menor gama de llantas forjadas para camiones (incluidas las ruedas ligeras). Sin embargo, se está desarrollando mucho para reducir el peso de las llantas de aluminio actuales sin sacrificar por completo el estilo. Para ello, un compromiso realmente atractivo consiste en fundir (o forjar, si es competitivo) el disco central y ensamblarlo (principalmente mediante soldadura) en llantas extruidas o laminadas
Proceso de fundición
De las llantas de aluminio, las ruedas de fundición representan más del 80% en Europa, más del 85% en turismos y camiones ligeros en Estados Unidos y el 93% en Japón.
Estas son sus principales ventajas en comparación con las ruedas de acero y otros aluminios:
- Gran versatilidad de peinado
- Peso (igual o menor que el acero sin estilo)
- Precisión dimensional (distribución de masa)
- Capacidad de reciclaje
- Comportamiento estático y dinámico
El proceso principal de fundición de la rueda es el siguiente:
Rara vez se utilizan los siguientes procesos:
- Fundición a presión a contrapresión
- Fundición y forja (Prensa Cobá)
- Fundición Thixo
Procesamiento después de la fundición
Después de la fundición, la rueda se (a) 100% de prueba de rayos X Y, por último, tratamiento térmico antes del mecanizado. A este paso le sigue una prueba de estanqueidad a la presión antes de perforar la válvula y los agujeros de tuerca en negrita.
Después de la rueda de inspección visual, b) Pintar o barnizarEsta operación incluye el pretratamiento (desengrasado, cloruro de fosfato, tratamiento con cromato, etc.). Controles de cota 3D (c), comprobación dinámica del equilibrio, (d) Fatiga por flexión y rodillo de llanta pero también e) Ensayo de impacto Se realiza estadísticamente.
forja
Las ruedas de aluminio forjado son ruedas de una sola pieza formadas a partir de un solo bloque de metal mediante forja en caliente, hilado en caliente o en frío y mecanizado. El proceso de forjado aporta flexibilidad al diseño de discos estilizados, así como de ruedas de fundición.
La aleación estándar utilizada es una aleación forjada tratable térmicamente.
- EN AW-AlSi1MgMn en Europa (6082)
- AA-6061 (AlSiMgCu) en EE. UU.
El proceso de fabricación permite el máximo espacio de la pinza de freno combinado con tolerancias dimensionales estrictas, peso ligero, alta resistencia y tenacidad.
La forja puede alinear la estructura del grano a lo largo de la dirección del flujo de material, maximizando así las propiedades de resistencia y tenacidad de la aleación. Como resultado, las ruedas forjadas serán más Resistencia al daño Uso indebido w/r.
En cuanto a las piezas fundidas, las piezas forjadas se exhiben definitivamente Mayor resistencia a la fatiga Debido a la microestructura fina y homogénea, que no tiene poros. Las ruedas de fundición funcionan de acuerdo con las mismas especificaciones de carga y durabilidad que las ruedas forjadas, pero estas últimas son más resistentes a las sobrecargas que se pueden experimentar en los autos deportivos.
Además, la microestructura meticulosamente forjada permite el mecanizado de diamantes de alto brillo y el pulido de superficies decorativas de cubos.
El concepto tradicional de forja de ruedas implicaba varias operaciones de forjado, mecanizado en bruto, división, torneado flotante, tratamiento térmico, mecanizado final y numerosos pasos de acabado adicionales, dependiendo de los requisitos de diseño. Como resultado, el estilo domina el peso y el costo es considerable (s. LINK). Por otro lado, si la reducción de peso y el bajo costo son los objetivos principales, la tecnología de fabricación debe determinar los límites del estilo. Siguiendo estrictamente este razonamiento, se desarrolló el concepto de producción “llantas forjadas ligeras” (Otto Fuchsmetal Werke), estas llantas son utilizadas por Audi, BMW, DaimlerChrysler, Jaguar y Volkswagen. Desde 1995 se han producido millones de estas ruedas en los siguientes pasos:
- Forjado, acuñado, perforación en un solo paso
- Torneado flotante
- Tratamiento térmico y envejecimiento de la solución
- Mecanizado, taladrado, desbarbado (torneado de diamante opcional)
- Aguafuerte y pintura.
Proceso de chapa metálica de 2 piezas
- Las tiras de chapa cortadas a la longitud requerida se hacen circulares soldando el extremo a tope con una máquina de soldadura a presión. Después de quitar la rebaba de soldadura, se da forma a la llanta en una serie de operaciones de laminación.
- La nave de la rueda se forma en varios pasos con una prensa de transferencia utilizando un proceso de embutición profunda o estampada en una máquina de forja.
- La unión del borde y la nave se realiza mediante un proceso MIG pulsado. Después de la unión, las ruedas se tratan superficialmente, es decir, se tratan previamente con un recubrimiento de conversión, seguido de ele.Se produce un recubrimiento de kutrodip.
honorario
el aleación Los empleadores tienen que cumplir con una variedad de requisitos, a veces contradictorios.
- Buenas propiedades de fundición en molde (moldeabilidad, susceptibilidad al desgarro en caliente y propiedades de contracción)
- Capacidad para soportar impactos físicos (elongación y resistencia al impacto)
- Resistencia a la corrosión (presión normal y atmósfera salina)
- Resistencia a la fatiga
Estos requisitos han llevado al uso generalizado de aleaciones primarias hipoeutécticas de Al-Si con un contenido de silicio del 7-12%, varios contenidos de magnesio (elongación de resistencia reducida), bajo contenido de hierro y una pequeña cantidad de concentración de impurezas.
de Nosotros Y Japón, tratamiento térmico T6 Arsi 7Mg0.3 La aleación se utiliza de forma bastante exclusiva.
Y Europa, el porcentaje de tratamiento térmico Las ruedas están aumentando, pero el 100% aún está muy lejos. Para estos, es preferible la misma aleación primaria AlSi 7 Mg 0.3.
No tratamiento térmico La rueda se funde en uno de los siguientes Arsi 7Mg0.3Principalmente Franciao Alsi 11mg, bajo contenido de magnesio, principalmente Alemania Y Italia; Esta aleación no es muy favorable en términos de límite de fatiga, pero tiene una alta capacidad de moldeo y difiere en las propiedades de contracción. Sin embargo, no es adecuado para el tratamiento térmico de ruedas.
Se midieron las propiedades estáticas y de fatiga para muestras representativas de prueba de moho permanente (PM), aleaciones primarias de AlSi7Mg templadas en T6 y varios contenidos de Mg. En cada caso, el modificador era Na. Los resultados muestran claramente que la aleación AlSi7Mg0.3 ofrece el mejor compromiso entre resistencia a la fatiga y elongación. La misma investigación se ha llevado a cabo con diferente contenido de silicio. Demostraron claramente que el aumento del contenido de Si también afecta negativamente a la ductilidad, especialmente a bajas tasas de coagulación (cubos gruesos). Sin embargo, si se requiere una mejor cavidad, las aleaciones que contienen un 9-11% de Si siguen siendo aceptables.
El aumento del contenido de magnesio no mejora claramente la resistencia a la fatiga, pero reduce significativamente el alargamiento.
(Arriba): Se midió el límite de fatiga de una muestra de molde permanente (PM) de flexión rotativa para AlSi7Mg0.3, que se trató con un tratamiento térmico de modificación de Na. Los resultados de la micrografía y de las muestras mostraron que el tamaño máximo de los poros era el parámetro más estrechamente correlacionado con la fatiga.
Efecto del contenido de Mg sobre la fuerza:
El límite elástico y la resistencia a la tracción varían en paralelo con un aumento en el contenido de magnesio en el rango de 0-0,3%.
Efecto del contenido de Mg sobre la ductilidad:
El alargamiento varía inversamente con la resistencia a la tracción y el límite elástico, lo que demuestra claramente la superioridad de la modificación de Sb.
Efecto del contenido de Mg sobre la fatiga:
El contenido de magnesio mejora en gran medida la resistencia a la fatiga, y la aleación AlSi7MgSb muestra valores más altos que AlSi11MgSr