Las consideraciones de diseño deben abarcar no solo los procesos de fabricación, sino también la facilidad de ensamblaje para los fabricantes de equipos originales (OEM). Durante la fase de producción de prueba de un nuevo modelo de automóvil, surgieron frecuentes dificultades de ensamblaje con las tuberías de refrigeración del aire acondicionado, lo que generó costos sustanciales de rediseño posteriormente. Mediante la implementación de ingeniería síncrona para el ensamblaje final, se aplicaron análisis de ensamblaje virtual y restricciones de diseño durante el desarrollo de las tuberías de refrigeración. Este enfoque redujo eficazmente los costos de producción durante el ensamblaje final y mejoró la eficiencia de fabricación. Este artículo describe los desafíos de ensamblaje y diseño encontrados en el análisis de ingeniería síncrona para las tuberías de refrigerante del aire acondicionado, junto con las soluciones correspondientes. Ofrece una valiosa guía para el desarrollo de sistemas de tuberías de refrigerante en nuevos modelos de vehículos.

Introducción a la ingeniería síncrona para el ensamblaje final

La ingeniería síncrona (ES) para el ensamblaje final se refiere al proceso mediante el cual los procesos de ensamblaje final participan simultáneamente en las etapas de diseño y desarrollo de la industria automotriz. Consiste principalmente en realizar análisis de procesos de modelos digitales de ensamblaje, líneas de producción, equipos y procedimientos de ensamblaje, lo que permite al equipo de diseño proponer modificaciones de diseño de procesos viables. Su objetivo principal es identificar y abordar posibles problemas en el diseño del producto durante las etapas de diseño de planos y generación de modelos digitales. Esto posibilita la adopción de medidas proactivas contra posibles problemas durante la implementación del proceso, garantizando la viabilidad de producción y la compatibilidad con equipos y herramientas para los nuevos modelos de vehículos.

Ensamblaje y diseño de tuberías de aire acondicionado

1. Composición del sistema de tuberías de refrigerante del sistema de aire acondicionado del compartimento delantero del automóvil

El sistema de tuberías de refrigerante del aire acondicionado comprende principalmente el conjunto de tuberías de alta/baja presión del aire acondicionado, el conjunto de tuberías de escape del aire acondicionado II, el conjunto de tuberías de escape del aire acondicionado I (que puede integrarse con el conjunto II según la viabilidad del montaje), el conjunto de tuberías de baja presión del aire acondicionado I y el conjunto de tuberías de alta presión del aire acondicionado I (que puede integrarse con el conjunto de tuberías de alta/baja presión según la viabilidad del montaje).

2. Problemas de diseño y montaje en las tuberías de refrigerante de los sistemas de aire acondicionado.

(1) En el punto de conexión entre los conjuntos de tuberías de alta y baja presión y la válvula de expansión del sistema de climatización, las juntas de espuma integradas en las tuberías de alta y baja presión son excesivamente gruesas y rígidas. Esto provoca una interferencia significativa con el panel frontal, lo que dificulta el montaje de las tuberías.

(2) El conjunto de tuberías de alta/baja presión del sistema de aire acondicionado incorpora sus propios soportes de montaje (fijados a los paneles laterales del fuselaje y a las vigas longitudinales). Los orificios de montaje son circulares, con un margen de holgura insuficiente para el desplazamiento del orificio en el eje X. Debido a los requisitos de ajuste de precisión y a las tolerancias acumulativas, es posible que los orificios de los pernos no se alineen correctamente.

(3) Las tuberías de refrigeración del aire acondicionado están conectadas mediante pernos y tuercas. Durante la fase de prototipado, puede resultar insuficiente el espacio de trabajo para las herramientas de apriete (como las llaves de impacto). La interferencia persiste incluso cuando se utilizan vasos cortos como herramientas de apriete alternativas.

(4) Durante el montaje de la placa de sujeción de la junta de la tubería, no se puede aplicar aceite refrigerante, lo que provoca fugas de refrigerante al finalizar el proceso. La conexión entre los conjuntos de tuberías de alta y baja presión del aire acondicionado carece de una sección de manguera flexible, lo que dificulta la conexión de tuberías rígidas y la hace propensa a la deformación.

(5) El diseño de las tuberías es deficiente, lo que frecuentemente genera problemas como ruidos anormales y una racionalidad de montaje inadecuada. Por ejemplo, el trazado de las tuberías no se ajusta lo suficiente al compartimento del motor, y el puerto de llenado del aire acondicionado está ubicado demasiado bajo para permitir el rellenado.

3. Restricciones de diseño para las tuberías de refrigeración y aire acondicionado

Las restricciones de diseño son especificaciones vinculantes derivadas de la recopilación de problemas recurrentes encontrados durante la introducción y el prototipado de nuevos modelos de vehículos. Sirven para identificar áreas que requieren mejoras en los diseños de productos posteriores. En respuesta a los problemas de ensamblaje mencionados, se establecen las siguientes restricciones de diseño:

(1) El material de espuma dentro de la placa de presión en el punto de conexión entre el conjunto de tuberías de aire acondicionado de alta/baja presión y la válvula de expansión HVAC deberá especificarse como material PUR, con un espesor preferiblemente inferior a 15 mm.

(2) En el soporte del conjunto de tuberías de alta/baja presión del aire acondicionado, todos los orificios de montaje, excepto el orificio de posicionamiento principal, deberán ser elípticos en la dirección X (p. ej., 8×10, según las especificaciones del perno) para acomodar las tolerancias acumulativas. Los puntos de conexión del soporte a la carrocería del vehículo deben incorporar dispositivos antirrotación (p. ej., clips de bloqueo) para evitar la rotación del soporte durante el apriete de los pernos, lo que podría causar deformación del conducto. Los soportes del conducto del aire acondicionado deben colocarse sobre secciones de tubería rígidas para evitar rayar las mangueras flexibles.

(3) Durante el diseño inicial de los datos, se debe tener en cuenta la holgura operativa al apretar las conexiones de las tuberías. Cuando se utilice una remachadora de codo, el cabezal de remachado debe colocarse a más de 85 mm de la cola del perno; cuando se utilice una remachadora recta, el cabezal de remachado debe colocarse a 40 mm de la cola del perno.

(4) En las uniones de tuberías, el extremo macho debe apuntar hacia arriba en la dirección Z (no se requiere en la dirección X) para facilitar la aplicación del aceite refrigerante. Las tuberías rígidas no deben conectarse directamente a otras tuberías rígidas; una de las conexiones debe incorporar una transición de manguera flexible. El sellado en la unión debe realizarse correctamente, por ejemplo, mediante la adición de una junta de estanqueidad.

(5) Por encima de los orificios de llenado de alta y baja presión del conjunto de tuberías del sistema de aire acondicionado, debe mantenerse un espacio libre de obstrucciones de 50 mm de diámetro y 250 mm de altura. Además, la separación entre los orificios de llenado de alta y baja presión debe estar dispuesta adecuadamente (determinada por el tamaño de la boquilla de la pistola de llenado).

Conclusión

Este documento resume los problemas comunes que se presentan durante el ensamblaje final de los sistemas de tuberías de refrigeración para unidades de aire acondicionado automotriz. Mediante la implementación de la ingeniería concurrente en las primeras etapas de la introducción de nuevos modelos, se incorporaron las restricciones de SA en la fase de diseño. Este enfoque mitigó las deficiencias en el diseño del producto, optimizó la capacidad de fabricación de los procesos de ensamblaje final y redujo los costos de producción para la empresa. Además, proporciona una valiosa guía para el desarrollo de sistemas de tuberías de refrigeración en futuros modelos de vehículos.