Rediseño mecánico con optimización topológica de las manguetas para el prototipo fórmula SAE de la carrera de Ingeniería Automotriz

A través de ingeniaría inversa se procedió a rediseñar las manguetas originales con el objetivo de reducir peso para ser livianas y resistentes, este proceso se lo realizó mediante la utilización del software CAD para el modelado, CAE para la optimización topológica y validación de resultados, en cuanto a la fabricación de las nuevas manguetas se empleó el proceso de fundición con aleación de aluminio 7075. El rediseño de las manguetas se inició mediante el análisis en la pieza original, obteniendo parámetros geométricos para el nuevo modelo en el software CAD. En la optimización y simulación de las nuevas manguetas se utilizó el ANSYS Workbench, software que emplea el método de elementos finitos como técnica para la reducción de material innecesario de las nuevas manguetas delantera y posterior en un 70%, porcentaje que representa un factor de diseño en 3,22 y 5,16 respectivamente. Para la fabricación se empezó por la manufactura aditiva (Impresión 3D) del diseño final y con ello realizar los moldes en arena verde, la aleación de aluminio 7075 se hizo en un horno de crisol con una temperatura promedio de 910 °C con metales como: Cromo (0,18-2) %, Cobre (1,2-2) %, Magnesio (2,1-2,9) %, Zinc (5,1-6,1) % y pequeños porcentajes de hierro, silicio, titanio y otros metales, obteniendo así las manguetas. Como resultado final se obtiene una reducción del peso en las manguetas en un 53% menor que las originales, representado para la mangueta delantera de 2.4 lb y para la posterior de 2.2 lb. Se concluye que se puede obtener piezas pequeñas, resistentes mediante una aleación apropiada y a un costo de producción moderadamente económico. Se recomienda en el diseño del modelo realizar los respectivos ángulos de salida y las medidas adecuadas para evitar contracciones del material.Through reverse engineering, the journals were redesigned with the aim of reducing weight to be light and resistant, this process was carried out by using CAD software for modelling, CAE for topological optimization and validation of results, aluminium 7075 alloy casting were used to manufacture of the new journals. The redesign of the journals initiated by the analysis in the original piece, obtaining geometrical parameters for the new model in CAD software. The ANSYS Workbench was used to optimize and simulate the new journals; software which employs the finite element method as a technique for the reduction of unnecessary material from the new front and rear journals by 70%, this percentage represents a design factor in 3.22 and 5.16 respectively. The manufacturing process began with additive manufacturing (3D printing) of the final design and to make the moulds in green sand, the aluminum alloy 7075 was made in a crucible furnace with an average temperature of 910 °C with metals such as Chromium (0.18-2)%, Copper (1.2-2)%, Magnesium (2.1-2.9)%, Zinc (5.1-6.1)% and small percentages of iron, silicon, titanium and other metals, thus obtaining the journals. As a final result, a reduction of the weight in the journal is obtained by 53% lower than the original, represented for the front journal of 2.4 lb and for the rear of 2.2 lb. It is concluded that small, resistant parts can be obtained through an appropriate alloy and a moderately economic production cost. It is recommended in the design of the model to perform the respective exit angles and appropriate measures to avoid contractions of the material