Новые тенденции в конструкции кузова

Рис. CTS

Все более жесткие экологические требования, экономическая конкуренция на мировом рынке и растущие стандарты безопасности и комфорта вынуждают непрерывные технологические изменения в производстве современных автомобилей.

Строгие стандарты для защиты атмосферы Земли влияют не только на конструкцию двигателей и систем трансмиссии в смысле лучшей экономики процессов сгорания и минимизации сопротивления качению, но также на улучшение самонесущих кузовов с точки зрения снижения веса и улучшения аэродинамики. Автомобиль на 100 кг легче выбрасывает в среднем на 4,7 грамма углекислого газа меньше на километр пробега.

Не менее важными, чем экологические критерии, являются проблемы безопасности пользователей дорожных транспортных средств, а задачи, стоящие перед их конструкторами, обеспечивают высочайшую устойчивость пассажирских салонов, то есть их устойчивость к изгибу (включая боковое) и скручиванию, а также точное определение характеристик скелетных деформаций. Тело в так называемом зоны контролируемого смятия.

Конструкция кузова легковых автомобилей Mercedes-Benz C, GLK, E и S, выпущенных после 2007 года

Условием технического прогресса в строительстве кузова является соответствующее развитие материаловедения. Именно он должен обеспечить производителей автомобилей материалами, характеризующимися необходимой механической прочностью, эксплуатационной прочностью, простотой формования, доступностью на рынке при относительно низкой стоимости и пригодностью для последующей переработки или утилизации.

Стальные материалы

Вопреки распространенным ожиданиям сталь остается основным материалом для строительства автомобильных кузовов, но все чаще используются новые типы и технологии обработки. В структуре материала стандартного корпуса доля стальных листов глубокой вытяжки, называемых так называемыми из-за их высокой пластичности, доминирующих в начале XXI века, уменьшилась лишь до 30%. На самом деле, в самых жестких и легких конструкциях, несравненно более полезными являются не очень пластичные, но они характеризуются очень высокой прочностью.

Доля марок стали в корпусах, изготовленных в первом десятилетии XXI века

Общим тенденциям способствует ускоренное развитие металлургии стали. Ведущие металлургические концерны, такие как ThyssenKrupp, в своем предложении для автомобильной промышленности больше не ограничиваются стандартными стальными изделиями, то есть в основном листами различной толщины, химического состава и прочностных характеристик. Сегодня долговечность этих материалов точно адаптирована к конкретным строительным требованиям. Таким образом, все большая часть элементов кузова производится непосредственно на сталелитейных заводах с лучшими возможностями для их комплексной пластической, химической и термической обработки.

Обычные листы глубокой вытяжки с пределом прочности на растяжение ниже 100 МПа теперь используются исключительно для производства защитных элементов, которые не несут никаких внешних нагрузок. К ним относятся: обшивка дверей, крылья, крышки моторного отсека и багажные полки. Однако в этих областях применения сталь все чаще заменяется легкими сплавами и пластмассами.

Опорные конструкции были последовательно введены в плиты высокой, высокой, сверхвысокой и сверхвысокой прочности. Они носят различные торговые наименования в каталогах конкретных металлургических концернов, но методы повышения прочности очень похожи по сравнению с аналогичными продуктами. Самый простой из них основан на азотировании и / или карбонизации мягкой низкоуглеродистой стали с последующим термическим упрочнением. Прочность материалов этого типа достигает 180 МПа (Н / мм2).

Более прочные стальные листы (до 300 МПа) отмечены символами, в основном на английском или немецком языке:

HSLA - ( высокопрочная низколегированная ) низколегированная сталь, то есть с низким содержанием легирующих добавок;
MHZ - (обозначение концерна ThyssenKrupp) микролегированная сталь с повышением прочности при малых (0,01%) добавках ниобия и титана;
BHS - ( сталь для закалки ), закаленная с наружным слоем агломератов.

Еще лучшие прочностные характеристики (до 600 МПа) имеют высоколегированные двухфазные стали, обозначенные аббревиатурой DP ( двухфазные ), в которых более глубокие части материала имеют ферритовую структуру, а внешние - 10-30% от общей массы & mdash; мартенситный. Из-за более сложной термической обработки CP (многофазный CP), характеризующийся сопротивлением, достигающим даже 1000-1100 МПа (Н / мм2), получают по аналогичному принципу.

Сорт с остаточной аустенитной фазой, остающейся в небольшой степени, называется немецким RAK (German restastenitische ) и достигает прочности до 800 МПа с одновременным увеличением пластичности.

Аналогичные свойства проявляются в стали, названной TRIP ( пластичность, вызванная превращением ), обнаруженной в разновидностях TRIP 800 и TRIP 1000 (эти числа выражают предел прочности на разрыв в МПа).

Абсолютно самые высокие значения прочности (даже до 1900 МПа) были достигнуты в случае марганцево-борных сталей, то есть сплавов с относительно высоким содержанием марганца и подвергнутых химико-термической обработке, называемой бурением. Он включает диффузию соединений бора во внешние слои стали и в технологическом плане напоминает науглероживание или азотирование. Эти продукты имеют различные торговые наименования, например, Xar, Duromax, Dilidur, Brinar, Hardox.

Заготовки на заказ и трубы

Стальные конструкционные материалы с повышенной, высокой и сверхвысокой прочностью позволяют снизить общую массу каркаса кузова. В то же время, однако, они увеличивают стоимость его реализации и затраты на последующий ремонт, поскольку они намного дороже стандартных и требуют более дорогой обработки. Поэтому была разработана технология, которая позволяет оптимально диверсифицировать прочность не только для отдельных конструктивных элементов, но и для их составных фрагментов.

Материальная структура кузова VW Golf VII, эффекты специально разработанного метода закалки видны на центральной стойке

Такие свойства были разработаны концерном ThyssenKrupp и теперь предлагаются другими металлургическими компаниями - полуфабрикаты, называемые английским термином « заготовки» , которые, вероятно, лучше всего переводить на польский язык как «подогнанные узоры». Это многофункциональные пакеты, состоящие из различных видов листового металла, сваренных лазером, например, глубоко тянутых, высокопрочных и высокопрочных. Каждый из этих компонентов имеет различные функции в пакете. Глубоко вытянутый лист поглощает энергию удара при возможном столкновении с дорогой. Материал с повышенной прочностью деформируется, когда глубокий лист не рассеивает всю энергию столкновения. В то же время самый жесткий элемент может подвергаться лишь небольшой деформации, поскольку его задача состоит в том, чтобы поддерживать жесткость кабины транспортного средства, т.е. пространство для выживания водителя и пассажиров.

Элементы выполнены в виде заготовок

В современных кузовах специально изготовленные заготовки также используются для локального усиления жестко нагруженных строительных узлов или для снижения общего веса транспортного средства из-за использования менее толстого металлического листа в менее нагруженных частях, например в некоторых частях панели пола. Способ соединения неидентичных стальных материалов в настоящее время широко используется также применительно к конструированию замкнутых профилей с переменным поперечным сечением, а также при создании так называемых. зоны деформации. Эти продукты называются сшитыми трубами или «подогнанными трубами».

Типы материалов, объединенные в сборные элементы кузова

Заготовки на заказ и трубы изготавливаются на специализированных металлургических заводах с технологическими линиями, подходящими для методов обработки стали с самой высокой прочностью и минимальной пластичностью. В стандартных производственных цехах по литью кузовов такое оборудование было бы убыточным даже на крупнейших автомобильных заводах. К таким узкоспециализированным методам относятся:

• горячее тиснение , то есть горячее тиснение деталей из листового металла, которые не могут быть сформированы в холодном состоянии;
• гидроформование, при котором точная штамповка выполняется под гидростатическим давлением жидкости очень высокого давления;
• закалка на заказ - состоящий в термической обработке выбранных зон однородного пресса из листового металла (например, B-стойки) для придания разнообразных прочностных свойств его отдельным частям.

Сборные элементы не подлежат ремонту в ходе дорожных столкновений после их повреждения, а могут быть заменены только на новые и оригинальные с использованием методов крепления, установленных изготовителем транспортного средства.

Алюминиевые элементы

С точки зрения пригодности для строительства автомобильных кузовов, объективные преимущества алюминия по сравнению со сталью кажутся во многих отношениях бесспорными. Однако после более глубокого анализа баланс преимуществ и проблем, связанных с расширением применения алюминиевых сплавов в автомобильной промышленности, оказывается более сложным и менее явным.

Слева: сварная лазером плита пола, многокомпонентные заготовки, справа: плавное изменение профиля, благодаря созданию заготовок из односторонних элементов.

Первой и, по-видимому, главной причиной ограничения доли стальных материалов в конструкции транспортных средств, по-видимому, является стремление к общему снижению их веса. В отличие от стали, алюминий действительно является легким металлом, поскольку его удельный вес почти в три раза ниже (в среднем: алюминий 2,7 г / см3 и сталь 7,85 г / см3). Однако это не обеспечивает пропорционального снижения веса самонесущего тела, поскольку стандартная прочность обычных стальных листов примерно в два раза больше, и не по отношению к чистому алюминию, но намного сильнее, чем у его сплавов с кремнием или магнием, или с обоими компонентами вместе. , Поэтому конструкция из обычных стальных листов с идентичными прочностными характеристиками тяжелее алюминия на менее чем 50%. При использовании более прочных типов стали эти отношения выравниваются и даже меняются местами. Дальнейшее снижение общей массы стальных конструкций привело к вышеупомянутой технологии готовых многослойных элементов ( заготовок с учетом требований заказчика ), которые в одной конструктивной части оптимально сочетают материалы с различными сечениями и прочностными характеристиками.

Кроме того, экономические и экологические критерии также важны при сравнении черных и цветных материалов для производства кузовов. Получение алюминия из руд (в основном бокситов) и рафинирование полученного металла - несомненно, относится к наиболее энергоемким современным производственным процессам. Их спрос на электроэнергию настолько велик, что алюминиевые заводы должны быть расположены в непосредственной близости от крупнейших электростанций.

Алюминиевый каркас кузова Audi A8

С другой стороны, каждый алюминиевый материал обладает значительной (по сравнению с большинством железных сплавов) коррозионной стойкостью, и после производства он пригоден для повторной переработки и намного дешевле, чем в случае стального лома. В несущих конструкциях транспортных средств дополнительным и очень важным преимуществом алюминиевых сплавов, особенно используемых в виде замкнутых тонкостенных профилей, является их высокая пластичность, благодаря которой незначительные и средние послеаварийные деформации не распространяются на другие части конструкции кузова.

В алюминиевой раме Al 2 наиболее подверженные повреждению профили крепятся винтами в узлах литых узлов.

Есть некоторые надежды на компромиссные решения в виде гибридные заготовки, содержащие плотно склеенные алюминиевые и стальные слои. Металлическая зажигалка уменьшает их общий вес, а сталь оптимизирует механическую прочность и облегчает соединение отдельных элементов в более крупные конструкции с использованием классических методов сварки.

Похожие