Aceros AHSS que aligeran el peso de componentes de camiones

Para muchos camioneros, aligerar el peso no tiene mucho que ver con la eficacia del combustible, si no con la eficacia del transporte y el coste total: ser capaz de aumentar los ingresos transportando más, manteniendo al mismo tiempo los límites legales de peso. Algunos componentes de camiones que habían cambiado del acero al carbono tradicional al aluminio ligero, o incluso a polímeros reforzados con fibra de carbono (CFRP, por sus siglas en inglés), son ahora buenos candidatos para aceros avanzados de alta resistencia (AHSS) más económicos y duraderos.

Siguiendo el liderazgo de la industria automotriz en el aligeramiento de peso

El uso de aceros AHSS y UHSS (aceros de ultra alta resistencia) en automóviles continúa aumentando con casi cada presentación de un automóvil nuevo o la actualización de modelos. Algunos de estos aceros AHSS/UHSS se utilizan para cumplir la normativa de seguridad/seguridad en caso de impacto más estricta. Pero la reducción de peso es, probablemente, la razón principal, y los ejemplos de la industria automotriz proporcionan algunas directrices sobre las posibilidades de aligerar el peso de camiones.

Protección del paquete de baterías de acero UHSS para camiones eléctricos

Para cumplir con los objetivos climáticos suscritos en todo el mundo, todos los camiones, incluidos los de mayor tamaño que se desplazan grandes distancias, tendrán que utilizar sistemas de baterías eléctricas, pilas de combustible o combustión de hidrógeno. Pero antes de que se generalice el uso de los camiones eléctricos, la industria de los camiones (al menos en Estados Unidos) necesita desarrollar estándares en relación a la seguridad en caso de impacto para los paquetes de baterías.

La preocupación es que no existe ninguna norma conocida sobre ensayos de durabilidad de paquetes de baterías (para camiones pesados) como, por ejemplo, los ensayos de impactos en vehículos, ni tampoco se está trabajando en la definición de una norma para proteger el paquete. Lo ideal sería instalar el paquete de baterías en rieles del bastidor y protegidos de los vehículos que pasan, sin más estructuras ni peso adicionales, pero esto no parece factible para los ciclos de trabajo actuales y el volumen requerido de baterías disponible.

Según el NACFE (North American Council for Freight Efficiency)

De hecho, los OEM de camiones pueden aprovechar algunos de los trabajos innovadores que ya realiza la industria automotriz, que trabaja con estándares de protección de baterías de vehículos eléctricos de baterías o VEB. Los VE actuales cuentan con cajas de baterías (también conocidas como bandejas, jaulas o bastidores de baterías) en las que se utiliza aluminio ligero y/o acero AHSS de formas innovadoras.

El estándar de seguridad en caso de impacto más exigente para los VEB es la prueba de polos en impactos laterales. Entre los factores se incluye el peso elevado de las baterías de los VE, su gran tamaño y la necesidad de soportar impactos para que no causen incendios por aluvión térmico de las celdas de las baterías, que son prácticamente imposibles de extinguir.

Los diseñadores de VEB se han enfrentado a estos retos, colocando las baterías debajo del suelo del compartimento de pasajeros y, a su vez, convirtiendo la caja en un componente estructural principal y multifuncional de la carrocería. A su vez, SSAB ha propuesto un Concepto de diseño de VE que incluye, entre otras ideas, una propuesta para una caja de baterías ligera con vigas de umbral para absorción de la energía de los impactos, travesaños de suelo que transfieren energía y estructura de soporte de baterías laminada 3D y fabricada con acero martensítico Docol® de 1700 MPa. El marco alrededor de la bandeja de baterías del VE no solo protege el paquete de los impactos, sino que además es una estructura estabilizadora que aporta rigidez torsional e ideas para futuros diseños de camiones eléctricos.

Camión eléctrico

Aceros AHSS Docol® para cajas de baterías, pilas de combustible y almacenamiento de hidrógeno de vehículos eléctricos

Gráfica sobre calidades de aceros AHSS posibles para cajas de baterías, pilas de combustible y almacenamiento de hidrógeno de vehículos eléctricos
Las posibles calidades de aceros AHSS para las aplicaciones indicadas con fondo gris oscuro. Los textos en color amarillo indican las calidades que se están desarrollando actualmente.

Bastidores de carrocería de camión y rieles de bastidor usando acero UHSS

La prioridad de los diseñadores de bastidores para camiones es la resistencia, la rigidez y las propiedades de fatiga de un material, ya que las carrocerías de los camiones se someten constantemente a cargas de choque y torsión.

Un bastidor de Clase 8 (Estados Unidos) tradicional de referencia es una construcción de acero en la que se utiliza acero de 827 MPa. Fabricar el bastidor del camión con, por ejemplo, el acero martensítico Docol® 1100M laminado en frío de 1100 MPa, permite a los OEM de camiones reducir el espesor de las calidades y ahorrar 90 kg.

Para aumentar aún más las reducciones de peso, los diseñadores de camiones están explorando la posibilidad de adaptar el espesor del acero a lo largo del riel del bastidor para optimizar la cantidad de resistencia del acero AHSS en los lugares necesarios. También podían llevar a cabo un análisis de costes/beneficios para aceros UHSS aún más resistentes, por ejemplo Docol® laminado en caliente, laminado en frío 1200M.

NACFE informa que un OEM de camiones ha dejado recientemente de ofrecer rieles para bastidores de aluminio, probablemente debido a su poca durabilidad. Uno de los participantes en la encuesta del NACFE declaró que: "No se cansan (los rieles del bastidor de aluminio), sino que fallan catastróficamente". (NACFE Confidence Report: Lightweighting 2021).

El informe continúa señalando que el módulo de elasticidad (la rigidez) del aluminio, mas bajo, en comparación con el del acero, hace que la concavidad del aluminio sea un problema común, dejando así fuera a los rieles del bastidor de aluminio para una gama de camiones sensibles al peso, como los camiones cisterna.

Lograr que los travesaños del camión sean más duraderos

Mientras que la popularidad de los travesaños ligeros de aluminio aumenta cada vez más, las preocupaciones de numerosos OEM por los travesaños de aluminio son las mismas que por los bastidores de aluminio: en concreto, la falta de durabilidad a largo plazo del aluminio en cuanto a rigidez, torsión y fatiga. Los aceros AHSS podrían ser la alternativa más duradera y económica para los travesaños de los camiones.

Aceros AHSS Docol® para bastidores y chasis de camiones

Gráfica sobre calidades de aceros AHSS posibles para bastidores y chasis de camiones
Las posibles calidades de aceros AHSS para las aplicaciones indicadas con fondo gris oscuro. Los textos en color amarillo indican las calidades que se están desarrollando actualmente.

Reducir el peso de las cabinas de camiones con el acero AHSS

Incluso las empresas de transportes más sensibles al peso (mercancías a granel) no quieren reducir el tamaño de las cabinas para ahorrar peso, ya que resulta muy importante retener a los conductores de la empresa ofreciéndoles un ‘hogar fuera del hogar’.

Por otra parte, cuando se trata de propietarios autónomos, un administrador de flotas expresa que: "Aligerar peso se traduce en ingresos (eficacia del transporte)... Solo contrato a propietarios autónomos con cabezas tractoras que pesan menos de 7260 kg".

En cualquier caso, ya sea con conductores de la empresa o propietarios autónomos, resulta evidente que es fundamental mantener el peso de las cabinas de los camisones bajo control, especialmente cuando estas continúan aumentando de tamaño, como ocurre con cabinas tipo dormitorio modular o de techo alto".

En el informe del NACFE se indica que: "Con el gran número de innovaciones en acero, existe un importante potencial para reducir el peso manteniendo al mismo tiempo una cadena de suministro común"

Bastidor de cabina

Bastidor de cabina.

Aceros AHSS Docol® para cabinas de camiones

Gráfica sobre calidades de aceros AHSS posibles para cabinas de camiones

Las posibles calidades de aceros AHSS para las aplicaciones indicadas con fondo gris oscuro. Los textos en color amarillo indican las calidades que se están desarrollando actualmente.

Mayor seguridad usando parachoques y protección contra colisiones por alcance para camiones fabricados con acero AHSS

Los diseñadores de camiones se están dando cuenta de que los fabricantes de equipos originales de automóviles y los proveedores de primer nivel, están empezando a diseñar e implementar aceros de ultra alta resistencia en sistemas de parachoques. Las calidades de los aceros UHSS, como los aceros Docol® PHS 1500 y PHS 2000 conformados en caliente, ayudan a fabricar parachoques más ligeros y rentables que ofrecen un alto rendimiento de protección contra impactos.

Reducir el peso de los depósitos de aire comprimido de los frenos de camiones

Los depósitos de aluminio pueden pesar hasta 14 kg menos que los depósitos convencionales de acero al carbono. Pero los aceros avanzados de alta resistencia podrían igualar el peso del aluminio con un coste significativamente inferior.

Combinar depósitos de aire de camiones con travesaños

Volvo ha construido un camión para probar el concepto en el que se integraba un depósito de aire de aluminio como un travesaño. Otra idea podría ser el uso de acero AHSS Docol® , que no solo es más económico que el aluminio, sino que además ofrece la misma cantidad de CO2 equivalente del acero reciclado, aunque se fabrica en gran parte con mineral de hierro.

Reducción de los costes de conformado del carenado del techo de la cabeza tractora

Los carenados del techo contribuyen a que la cabeza tractora sea más aerodinámica y, a su vez, más eficaz en cuanto a consumo de combustible. Sin embargo, las conversiones de materiales, ya sea en aluminio o plásticos moldeados por inyección, pueden quedarse, en términos económicos, fuera del alcance del mercado de camiones de Clase 8 con volumen relativamente bajo.

El NACFE indica que: "Una gran herramienta de moldeo por inyección para fabricar estos carenados de techo puede costar más de 1 millón de dólares, mientras que una herramienta de estampación de paneles de carrocería de aluminio puede costar 1,5 millones de dólares". Un acero AHSS más económico, conformado con los equipos que el OEM probablemente ya posee, puede constituir un mejor enfoque para aligerar el peso de los carenados del techo.

Aumentar la durabilidad de la 5.ª rueda con acero AHSS

Tradicionalmente, la 5.ª rueda de una cabeza tractora es un componente de servicio pesado, diseñado para el enganche y desenganche frecuente de remolques. El NACFE señala que el aluminio puede no ser la mejor opción para la 5.ª rueda cuando: "...es normal que el kingpin se descentre causando daños en el cuello (de aluminio) o las rampas... Son (además) igual de caras en comparación con modelos fabricados en fundición de acero o acero estampado, (por lo que) la tasa de utilización general (tasa de aceptación) es muy baja".

Entre los posibles aceros AHSS para la 5.ª rueda de la cabeza tractora se incluyen las calidades martensíticas del acero Docol®.

Ruedas de camión ligeras y rentables

En los últimos años, tanto los fabricantes de ruedas de acero como los de ruedas de aluminio, han reducido con éxito el peso de sus productos. Al aumentar aún más los niveles de resistencia con calidades de acero que se conforman en frío fácilmente para crear bridas con bordes estirados y ofrecen unos elevados coeficientes de ensanchamiento de agujeros, los fabricantes de ruedas de acero podrían aligerar más el peso a unos precios atractivos.

Entre las posibles calidades de aceros AHSS Docol® laminados en caliente para ruedas se incluyen los aceros HR800CP, HR800HER o HR600FB.

Estructuras del salpicadero

El aluminio ha sustituido algunas estructuras de paneles, pero obviamente lo han hecho con unos costes más elevados. ‘Sustituir al sustituto’ por el acero AHSS, como las chapas y los tubos de precisión de Docol® CR600DP laminado en frío, podría ofrecer a los OEM de camiones una ventaja competitiva en cuanto a precio y aligeramiento de peso.

Ofrecer componentes ligeros para camiones a precios atractivos

Además de su resistencia/potencial para reducir peso y su atractivo precio en comparación con el aluminio y los plásticos reforzados con fibra de carbono, los aceros AHSS y UHSS se pueden fabricar con frecuencia con equipos de conformado en frío que ya utilizan los OEM de camiones, con actualizaciones de herramientas relativamente pequeñas. Y los aceros AHSS/UHSS Docol® también son extremadamente eficientes en cuanto a emisiones de CO2, como ya se ha indicado.

¿Está preparado para aprovechar los conocimientos sobre la capacidad que ofrecen los aceros AHSS/UHSS para aligerar el peso en la industria automotriz? Si es así, póngase en contacto con el representante local de Docol®. Sus clientes del sector del transporte eficaz se lo agradecerán.

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