Материалы для кузова машины
Для изготовления кузова авто необходимо сотни частей, которые затем соединяют в одну конструкцию. Расскажем из чего делают кузова автомобилей и какие технологии появились. Плюсы и минусы основных материалов при изготовлении машины.
Сталь
Основные детали кузова изготовляют из стали, алюминиевых сплавов, пластмасс и
стекла. Причем предпочтение отдается низкоуглеродистой листовой стали толщиной 0,65...2 мм. Благодаря применению последней удалось снизить общую массу машины и
повысить жесткость кузова. Это вызвано ее высокой механической прочностью, недефицитностью, способностью к глубокой вытяжке (можно получать детали сложной формы), технологичностью соединения деталей сваркой.
Недостатки стали - высокая плотность и низкая коррозионная стойкость, требующая сложных действий по
защите от коррозии. Конструкторам нужно,
чтобы сталь была прочной и обеспечивала высокий уровень пассивной безопасности, а технологам хорошая штампуемость. И главная задача металлургов - угодить тем и другим. Поэтому разработан новый сорт стали, позволяющий упростить производство и получить заданные свойства кузова.
Изготавливается кузов в несколько этапов. Из стальных листов, имеющих разную толщину, штампуются отдельные детали. После детали свариваются в крупные узлы, и с помощью сварки собираются в одно целое. Сварку на современных заводах ведут роботы.
Плюсы
- низкая стоимость;
- высокая ремонтопригодность кузова;
- отработанная технология производства и утилизации.
Минусы
- самая большая масса;
- требуется антикоррозийная защита от коррозии;
- потребность в большом количестве штампов;
- ограниченный срок службы.
Что в будущем
Совершенствование технологий производства и штамповки, увеличение в структуре кузова доли высокопрочных сталей. И применение сверхвысокопрочных сплавов нового поколения. К ним можно отнести TWIP-сталь с высоким содержанием марганца (до 20%). Данная сталь обладает особым механизмом пластической деформации, поэтому относительное удлинение может достигать 70%, а предел прочности - 1300 МПа.
Для примера: прочность обычных сталей составляет до 210 МПа, а высокопрочных - до 550 МПа.
Алюминий
Алюминиевые сплавы для изготовления автомобильных кузовов начали использовать относительно недавно. Используют алюминий при изготовлении всего кузова или его отдельных деталей – капот, двери, крышка багажника.
Алюминиевые сплавы применяются в ограниченном количестве. Поскольку прочность и жесткость этих сплавов ниже, чем у стали, поэтому толщину деталей приходится увеличивать и существенного снижения массы кузова получить не удается. Кроме того, шумоизолирующая способность алюминиевых деталей ниже, чем стальных, и требуются более сложные мероприятия для достижения акустической характеристики кузова.
Начальный
этап изготовления алюминиевого кузова схожий с изготовлением стального. Детали вначале штампуются из листа алюминия, потом собираются в целую конструкцию. Сварка используется в среде аргона, соединения на заклепках и/или с использованием специального клея, лазерная сварка. Также к стальному каркасу, который изготовлен из труб разного сечения, крепятся кузовные панели.
Плюсы
- возможность изготовить детали любой формы;
- кузов легче стального, при этом прочность равная;
- легкость в обработке, вторичная переработка не составляет труда;
- устойчивость к коррозии, а также низкая цена технологических процессов.
Минусы
- низкая ремонтопригодность;
- необходимость в дорогостоящих способах соединения деталей;
- необходимость специального оборудования;
- значительно дороже стали, так как энергозатраты намного выше.
Что такое алюсил
Это сплав алюминия с большой долей кремния (около 12%). В автомобильной промышленности из данного материала производят блоки цилиндров, которые проще и дешевле, чем с залитыми чугунными гильзами. Рабочая поверхность цилиндра из алюсила обеспечивает меньший коэффициент трения с поршнем и кольцами, что снижает расход топлива. Но чувствителен к перегреву и детонации, т.к. рабочий слой очень тонкий и легко повреждается при высокой температуре и ударных нагрузках.
Стеклопластик и пластмассы
Под названием
стеклопластик имеется в виду любой волокнистый наполнитель, который пропитан полимерными смолами. Наиболее известными наполнителями считаются –
карбон, стеклоткань и кевлар.
Около 80% пластмасс, применяемых в автомобилях, приходится на
пять типов материалов: полиуретаны, поливинилхлориды, полипропилены, АБС-пластики, стеклопластики. Остальные 20% составляют полиэтилены, полиамиды, полиакрилаты, поликарбонаты.
Из стеклопластиков изготовляют наружные панели кузовов, что обеспечивает существенное уменьшение массы автомобиля. Из полиуретана делают подушки и спинки сидений, противоударные накладки. Сравнительно новым направлением является применение этого материала для изготовления крыльев, капотов, крышек багажника.
Поливинилхлориды применяют для изготовления многих деталей (щиты приборов, рукоятки) и обивочных материалов (ткани, маты). Из полипропилена делают корпуса фар, рулевые колеса, перегородки и многое другое. АБС-пластики используют для различных облицовочных деталей.
Достоинства
- при высокой прочности маленький вес;
- поверхность деталей обладает хорошими декоративными качествами;
- простота в изготовлении деталей, имеющих сложную форму;
- большие размеры кузовных деталей.
Недостатки
- высокая стоимость наполнителей;
- высокое требование к точности форм и к чистоте;
- время изготовления деталей достаточно продолжительное;
- при повреждениях сложность в ремонте.
Автомобильная промышленность развивается в угоду автолюбителю, который хочет быстрый и безопасный автомобиль. Поэтому в производстве авто используются новые, отвечающие современным требованиям материалы.