Ни в одном другом элементе легкового автомобиля не использовано так много разнообразных материалов, как в кузове. Это конструкционные, отделочные, изолирующие и другие типы материалов. В данной статье мы поговорим из чего делают кузова автомобилей в современном мире? Какие новые технологии появились?
Для изготовления кузова необходимо больше сотни отдельных частей, которые затем нужно соединить в одну конструкцию, соединяющую в себе все части современного автомобиля. Для легкости, прочности, безопасности и минимальной стоимости кузова конструкторам необходимо все время идти на компромиссы, искать новые технологии, новые материалы.
Рассмотрим недостатки и преимущества основных материалов, используемых при изготовлении современных кузовов автомобилей.
Сталь для кузова автомобиля
Основные детали кузова изготовляют из стали, алюминиевых сплавов, пластмасс и стекла. Причем предпочтение отдается низкоуглеродистой листовой стали толщиной 0,6. 2,5 мм. Это вызвано ее высокой механической прочностью, недефицитностью, способностью к глубокой вытяжке (можно получать детали сложной формы), технологичностью соединения деталей сваркой и т. д. Недостатками этого материала являются очень высокая плотность (поэтому кузова получаются тяжелыми) и низкая коррозионная стойкость, требующая сложных и дорогостоящих мероприятий по защите.
Этот материал используется для изготовления кузовов давно. Сталь имеет хорошие свойства, позволяющие изготавливать детали различной формы, и с помощью различных способов сварки соединять необходимые детали в целую конструкцию. Разработан новый сорт стали (упрочняющийся во время термической обработки, легированный), позволяющий упростить производство и в дальнейшем получить заданные свойства кузова. Изготавливается кузов в несколько этапов.
С самого начала изготовления из стальных листов, имеющих разную толщину, штампуются отдельные детали. После эти детали свариваются в крупные узлы и с помощью сварки собираются в одно целое. Сварку на современных заводах ведут роботы, но и ручные виды сварки также применяются — полуавтоматом в среде углекислого газа или используется контактная сварка.
С появлением алюминия потребовалось разрабатывать новые технологии для получения заданных свойств, которые должны быть у стальных кузовов. Технология Tailored blanks как раз и является одной из новинок – сваренные встык по шаблону стальные листы различной толщины из разнообразных сортов стали образуют заготовку для штамповки. Тем самым отдельные части изготовленной детали обладают пластичностью и прочностью.
Преимущества стали:
- низкая стоимость
- высокая ремонтопригодность кузова
- отработанная технология производства и утилизации кузовных деталей
Недостатки стали:
- самая большая масса
- требуется защита от коррозии
- потребность в большом количестве штампов
- дороговизна
- ограниченный срок службы.
Все материалы, о которых говорилось выше, имеют положительные свойства. Поэтому конструкторами проектируются кузова, сочетающиеся детали из разных материалов. Тем самым при использовании можно обходить недостатки, а использовать исключительно положительные качества.
Кузов Mercedes-Benz CL является примером гибридной конструкции, так как при изготовлении применялись такие материалы – алюминий, сталь, пластик и магний. Из стали изготовлены днище багажного отделения и каркас моторного отсека, и некоторые отдельные элементы каркаса.
Из алюминия изготовлен ряд наружных панелей и деталей каркаса. Из магния изготовлены каркасы дверей. Из пластика изготавливают крышку багажника и передние крылья. Еще возможна такая конструкция кузова, в которой каркас будет изготовлен из алюминия и стали, а наружные панели из пластика и/или алюминия.
Алюминий для кузова автомобиля
Алюминиевые сплавы для изготовления автомобильных кузовов начали использовать относительно недавно, хотя и были применены впервые в прошлом столетии, в 30-е годы. Используют алюминий при изготовлении всего кузова или его отдельных деталей – капот, каркас, двери, крышу багажника.
Алюминиевые сплавы применяются в кузовостроении пока еще в ограниченном количестве. Поскольку прочность и жесткость этих сплавов ниже, чем у кузовной 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 необходимой акустической характеристики кузова. Учитывая высокую теплопроводность материала и образование на его поверхности окислов алюминия с высокой температурой плавления, для сварки алюминиевых деталей необходимо применять более мощное и дорогое оборудование.
Начальный этап изготовления алюминиевого кузова схожий с изготовлением стального кузова. 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.
Достоинства алюминия:
- возможность изготовить детали любой формы
- кузов легче стального, при этом прочность равная
- легкость в обработке, вторичная переработка не составляет труда
- устойчивость к коррозии (кроме электрохимической), а также низкая цена технологических процессов.
Недостатки алюминия:
- низкая ремонтопригодность,
- необходимость в дорогостоящих способах соединения деталей
- необходимость специального оборудования
- значительно дороже стали, так как энергозатраты намного выше.
Стеклопластик и пластмассы
Под названием стеклопластик имеется в виду любой волокнистый наполнитель, который пропитан полимерными термореактивными смолами. Наиболее известными наполнителями считаются – карбон, стеклоткань, кевлар, а также волокна растительного происхождения.
Около 80% пластмасс, применяемых в автомобилях, приходится на пять типов материалов: полиуретаны, поливинилхлориды, полипропилены, АБС-пластики, стеклопластики. Остальные 20% составляют полиэтилены, полиамиды, полиакрилаты, поликарбонаты и др.
Из стеклопластиков изготовляют наружные панели кузовов, что обеспечивает существенное уменьшение массы автомобиля. Так, кузов легкового автомобиля «Корвет» модели 1984 г. на 113 кг легче аналогичного стального.
Из полиуретановой пены делают подушки и спинки сидений, противоударные накладки и т. д. Сравнительно новым направлением является применение этого материала для изготовления крыльев, капотов, крышек багажника и т. д.
Поливинилхлориды применяют для изготовления многих фасонных деталей (щиты приборов, рукоятки и т. д.) и обивочных материалов (ткани, маты и т.д.). Из полипропилена делают корпуса фар, рулевые колеса, перегородки и многое другое. АБС-пластики используют для различных облицовочных деталей.
Технология изготовления кузовных деталей из стеклопластика заключается в следующем: в специальные матрицы укладывается слоями наполнитель, который пропитывают синтетической смолой, затем оставляют для ее полимеризации на определенное время. Имеется несколько способов по изготовлению кузовов: монокок (весь кузов – одна деталь), наружная панель из пластика, установленная на алюминиевом или стальном каркасе, а также идущий без перерывов кузов с интегрированными в его структуру силовыми элементами.
Достоинства стеклопластика:
- при высокой прочности маленький вес
- поверхность деталей обладает хорошими декоративными качествами (это позволит отказаться от покраски)
- простота в изготовлении деталей, имеющих сложную форму
- большие размеры кузовных деталей.
Недостатки стеклопластика:
- высокая стоимость наполнителей
- высокое требование к точности форм и к чистоте
- время изготовления деталей достаточно продолжительное
- при повреждениях сложность в ремонте.
Автомобильная промышленность, также как и любая другая не стоит на месте и развивается в угоду потребителю, который хочет иметь быстрый и безопасный автомобиль. Это приведет к тому, что в будущем в производстве автомобилей будут использоваться более новые, отвечающие современным требованиям материалы.