12/09/2013 - Utilización de láser para incrementar la dureza de los aceros

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El diseño de vehículos ligeros y seguros en caso de accidente es una de los temas más acuciantes a los que se enfrenta una industria tan competitiva como la dedicada a la fabricación de automóviles. Las preocupaciones medioambientales y la opinión pública ponen de manifiesto la necesidad de distanciarse de los coches pesados y que consumen demasiado combustible en favor de modelos más ligeros y eficientes desde el punto de vista del consumo energético.

La disyuntiva entre vehículos ligeros o seguros en caso de accidente es en parte responsable del aumento de la popularidad de los coches híbridos en las carreteras de Europa. Por otro lado, la necesidad de cumplir con la normativa Europea en materia de emisiones de carbono y, al mismo tiempo, reducir costes de fabricación ha conducido al desarrollo de una tecnología de construcción ligera que posibilita reducir el peso del vehículo y garantizar una seguridad adecuada en caso de choque.

Investigadores del Instituto Fraunhofer de Tecnología de Materiales y Haces (IWS) de Dresden (Alemania) han creado un método innovador de «refuerzo local por láser» que permite cumplir con estos objetivos divergentes y diseñar vehículos ligeros que salvaguarden a los pasajeros del automóvil.

Este método emplea hojas de acero de baja dureza y coste con un grosor reducido y las refuerza en zonas sometidas a estrés intenso. En él los expertos dirigen un haz de láser focalizado sobre la superficie de una hoja aún no procesada que calienta hasta ablandar las zonas a tratar para, acto seguido, solidificarse de nuevo. El calor se disipa con rapidez hacia el material frío adyacente, provocando un enfriamiento rápido y por tanto un material más fuerte.

«Hemos alcanzado resistencias de hasta 1.500 megapascales, cerca del doble que la de materiales básicos sin reforzar», destacó Markus Wagner, científico del IWS. «Esto nos permite optimizar sobre todo el peso y el estrés en el diseño de los parachoques frontal y trasero, el pilar B y varios reforzadores», añadió.

Las carrocerías suelen contar por norma general con una estructura homogénea de hojas de acero de grosor constante en todos sus componentes. Los componentes sujetos a presiones especialmente intensas en puntos concretos suelen tener un tamaño excesivo debido a que se diseñan para soportar las presiones puntuales más elevadas. Esto implica que el grosor de la hoja de acero es superior al necesario en zonas menos dadas a dichas presiones, situación que aumenta de manera innecesaria el peso de varios componentes. Además, los fabricantes de automóviles emplean capas de acero caras y de dureza elevada que desequilibran la relación entre el peso, el coste de los componentes y la seguridad ante accidentes.

«La construcción de vehículos seguros y ligeros no tiene por qué entrar en conflicto», afirmó el Sr. Wagner. Para subsanar las lagunas entre las características de la carrocería y las presiones a las que están sometidas, este ingeniero y sus colegas trabajan para lograr una resistencia mayor al daño estructural que reciben los componentes en colisiones simuladas.

Cuanto menor sea la deformación de la carrocería, de mayor protección disfrutará el conductor. Los equipos científicos han de determinar por tanto la posición y la geometría adecuada de las vigas de refuerzo. «Nuestras simulaciones nos permiten modelar ensayos prácticos. Los resultados de los ensayos y las simulaciones difieren en unos pocos milímetros», afirmó el Sr. Wagner.

El empleo de técnicas de simulación numérica permitió a este científico y a su equipo crear un diseño de vigas de refuerzo optimizado para casos de accidentes frontales contra un árbol o laterales contra otro vehículo. El diseño se transfirió a los componentes reales mediante un láser. «Logramos reducir a la mitad la desviación de una viga reforzada en puntos concretos mediante un láser en comparación con otro componente de referencia, y eso pese a que sólo reforzamos un tres por ciento del volumen de la pieza. Es decir, duplicamos su rendimiento en caso de accidente», explicó el Sr. Wagner.

Los investigadores del IWS ya han aplicado su diseño contra impactos a varias configuraciones destinadas a la mejora del rendimiento en caso de accidentes y a componentes de los asientos para reducir su peso en un veinte por ciento sin que se vea afectada la seguridad del automóvil.

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Instituto Fraunhofer
 

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