Suspensión de ballestas para automóviles

La suspensión de ballestas para automóviles es un sistema de suspensión tradicional ampliamente utilizado en vehículos comerciales, camionetas, camiones y algunos vehículos todoterreno, debido a su estructura simple, alta capacidad de carga, bajo costo y durabilidad. La fabricación de ballestas implica procesos como la selección de materiales, el conformado, el tratamiento térmico, el ensamblaje y las pruebas.

1. Composición y función de la suspensión de ballestas

• Composición：
  • Ballesta: Compuesta por múltiples láminas de acero para muelles (o una sola lámina) apiladas y fijadas con pernos en U.
  • Conectores: Como grilletes, pernos centrales, abrazaderas.
  • Amortiguador: Amortiguación auxiliar, que trabaja en conjunto con la ballesta.
  • Accesorios de suspensión: Bujes, soportes, bases de fijación, etc.
• Función：
  • Soportar el peso del vehículo, absorbiendo los impactos de la carretera.
  • Proporcionar un soporte rígido, adecuado para cargas pesadas (como camiones que transportan de 10 a 20 toneladas).
  • Guiar el movimiento de las ruedas, manteniendo el posicionamiento del eje.
• Aplicación: Común en camiones (como Dongfeng, Foton), camionetas (como Ford F-150), vehículos todoterreno (como Jeep Wrangler).

2. Proceso de fabricación de ballestas

La generación de ballestas utiliza principalmente procesos de estampado, tratamiento térmico y ensamblaje. El proceso de fundición se utiliza muy raramente para las ballestas, ya que requieren alta tenacidad y elasticidad, mientras que los materiales de fundición (como el hierro fundido) tienen suficiente rigidez pero no suficiente tenacidad. El siguiente es el proceso detallado:

Selección de materiales

• Acero para muelles：
  • Materiales comunes: 60Si2Mn, 55CrMnA, SUP9 (estándar japonés) o 5160 (estándar estadounidense).
  • Características: Alta resistencia (resistencia a la tracción 1200-1800 MPa), alto límite elástico, resistencia a la fatiga.
  • Contenido de carbono: 0.5-0.6%, que contiene elementos de aleación como silicio, manganeso, cromo, etc., para mejorar la tenacidad y la durabilidad.
• Espesor y dimensiones：
  • Espesor de una sola lámina: 6-20 mm (dependiendo de las necesidades de carga).
  • Longitud: 800-2000 mm, ancho 50-100 mm.
  • Número de capas: 3-10 láminas (multilámina) o una sola lámina (muelle de una sola lámina, como en algunas camionetas ligeras).
• Otros materiales: Bujes de goma o poliuretano utilizados para los grilletes, reduciendo la fricción y el ruido.

Diseño y planificación

• Requisitos funcionales：
  • Capacidad de carga: Diseñada según el peso bruto del vehículo (GVW), como 1-3 toneladas para camionetas ligeras, 10-20 toneladas para camiones pesados.
  • Rigidez (valor k): Generalmente 200-1000 N/mm, lo que afecta la dureza y la comodidad de la suspensión.
  • Vida útil a la fatiga: Debe soportar millones de ciclos de carga (aproximadamente 10 años de vida útil).
• Diseño CAD：
  • Utilice SolidWorks o CATIA para diseñar la curvatura, la longitud y el número de capas del resorte.
  • Análisis de elementos finitos (FEA) para simular la distribución de tensiones, asegurando que no se deforme bajo la carga máxima.
• Forma: Parabólica o multicapa apilada, la parabólica es más ligera y tiene una distribución de tensiones más uniforme.

Proceso de conformado

• Corte：
  • Utilice una cizalla o una máquina de corte por láser para cortar la lámina de acero para muelles en las dimensiones especificadas.
  • Precisión controlada a ±0.5 mm, asegurando una superposición consistente.
• Conformado en caliente：
  • Calentamiento: Caliente la lámina de acero a 850-900°C (temperatura de austenización) para mejorar la plasticidad.
  • Estampado o laminado: Utilice una prensa hidráulica (1000-3000 toneladas) o una laminadora para formar una estructura curva. Los resortes parabólicos deben formarse con precisión lámina por lámina.
  • Ventajas: El conformado en caliente asegura que los granos internos de la lámina de acero se refinen, mejorando la resistencia y la elasticidad.
• Procesamiento de extremos：
  • Ojal (eye forming): Los extremos de la lámina de acero se enrollan en ojales circulares para conectar el eje o el bastidor.
  • Perforación: El orificio central se utiliza para instalar el perno central, conectando múltiples láminas de resorte.

Tratamiento térmico

• Temple：
  • Caliente la lámina de acero conformada a 850-900°C, enfríe rápidamente (temple en aceite o temple en agua).
  • Propósito: Formar una estructura martensítica, aumentando la dureza (HRC 40-50) y la resistencia.
• Revenido：
  • Revenido a 400-600°C para eliminar las tensiones internas, mejorando la tenacidad y la resistencia a la fatiga.
  • Dureza después del revenido: HRC 30-40, equilibrando rigidez y elasticidad.
• Granallado (Shot Peening)：
  • Bombardear la superficie con perdigones de acero de alta velocidad, introduciendo tensiones de compresión, mejorando la vida útil a la fatiga (puede extenderse en un 50-100%).

Tratamiento superficial

• Recubrimiento antioxidante：
  • Pulverizar resina epoxi o recubrimiento en polvo, espesor 50-100 μm.
  • Galvanizado en caliente o electrochapado, prueba de niebla salina >500 horas.
• Lubricación: Aplique lubricante de grafito o agregue cuñas de plástico entre las láminas de resorte para reducir la fricción y el ruido.

Ensamblaje

• Apilamiento y fijación：
  • Apile múltiples láminas de resorte según el tamaño de la curvatura, fije con pernos centrales (M12-M20).
  • Las abrazaderas (pernos en U) fijan el resorte al eje.
• Instalación de accesorios：
  • Bujes de grillete (goma o poliuretano), conectan el bastidor y el resorte.
  • Amortiguadores en paralelo con el resorte, controlando la vibración.
• Alineación: Asegúrese de que la curvatura del resorte y la posición del eje estén alineadas, desviación <1 mm.

Pruebas y control de calidad

• Prueba de rigidez：
  • Utilice una máquina de prueba hidráulica para aplicar carga (1-20 toneladas), mida la cantidad de deformación, verifique la rigidez (valor k).
• Prueba de fatiga：
  • Simule millones de ciclos de carga (frecuencia 1-3 Hz), asegúrese de que no haya fracturas.
• Inspección de dimensiones：
  • Máquina de medición de coordenadas (CMM) para verificar la curvatura, la longitud y la posición de los orificios, precisión ±0.5 mm.
• Prueba de resistencia a la corrosión：
  • Prueba de niebla salina (500-1000 horas), verifique la durabilidad del recubrimiento.
• Prueba de carga：
  • Simule la carga máxima (como 20 toneladas), asegúrese de que no se deforme ni se fracture.