Золотой ключ. Выбор СТО

Кузов из крылатого металла

Кузов из крылатого металла Автор: Михаил Алдошин


Изготовление кузовов – пожалуй, один из самых сложных процессов в создании автомобилей. Завод (или цех) по производству кузовов занимает площадь около 400000 м кв. и стоит около миллиарда долларов. Для кузова нужно изготовить более сотни отдельных частей, а затем соединить их в одну конструкцию, которая будет готова принять в себя всю начинку современного автомобиля. Конструкторам все время приходится идти на компромиссы, искать новые материалы и технологии изготовления, чтобы кузов был легким, прочным, безопасным и дешевым. Рассмотрим преимущества и недостатки основных современных кузовных материалов.

Стальные конструкции

Наиболее распространенными материалами в кузовостроении являются сталь, алюминий и различные виды пластмасс.

Сталь в качестве материала для изготовления кузовов используется очень давно. Свойства стального листа позволяют штамповать детали разнообразной формы, а различные способы сварки дают возможность соединять детали в цельную конструкцию. Разработаны новые сорта стали (упрочняющиеся при термической обработке, легированные), позволяющие упростить изготовление и получить заданные свойства кузова, соответствующие современным требованиям безопасности. Автомобиль проектируется в виде прочной капсулы, окруженной податливыми зонами деформации.

Видов стали в одном только произвольно взятом Ford Focus около десятка. Это и привычный холоднокатаный лист толщиной от 0,4 до 1,5 мм, из которого отпрессованы внешние панели и элементы пола, и разнообразные высокопрочные сплавы, для которых нашлось место в дверных проемах, лонжеронах и всевозможных усилителях. Это и относительно мягкий металл, из которого делаются легко сминаемые зоны прогнозируемой деформации. Такие детали обычно несложно заменить, а используют их, как правило, для крепления бамперов.

А самыми прочными частями кузова, конечно, являются передние стойки крыши, поскольку именно им больше всего достается в деле сохранения жизненного пространства салона при лобовом столкновении. По этой причине большинство современных автомобилей получило весьма толстые, пусть и затрудняющие обзор, но отлично противостоящие нагрузкам передние стойки крыши. А вот сделать их изящнее и менее массивными как раз и позволяют специальные высокопрочные сплавы.

Кузов изготавливается в несколько этапов. Сначала из стальных листов различной толщины штампуются отдельные детали. Затем они свариваются в крупные узлы и при помощи сварки собираются в единое целое. Практически на всех современных заводах сварку ведут роботы, но иногда применяются и ручные виды сварки: полуавтоматами в среде защитного газа или контактная.

Обеспечение пассивной безопасности потребовало разработки новых технологий получения заданных свойств стальных кузовов. Одна из них - технология Tailored blanks: сваренные встык по шаблону стальные листы разной толщины из различных сортов стали образуют заготовку для штамповки. В результате отдельные участки изготовленной детали обладают заданной прочностью и пластичностью.

Чтобы добиться определенных параметров, многие конструкторы проектируют кузова, сочетающие детали из разных материалов. Это позволяет использовать их положительные качества и обходить присущие им недостатки. Примером такой гибридной конструкции может быть кузов автомобиля Mercedes-Benz CL, при изготовлении которого применяется сталь, алюминий, магний и пластик. Сталь идет на каркас моторного отсека и днище багажного отделения, а также на отдельные элементы каркаса. Из алюминия изготавливают ряд наружных панелей и деталей каркаса. Из магниевого сплава делают каркас дверей. Передние крылья, крышка багажника выполняются из пластика. Как вариант возможна конструкция кузова, в которой каркас изготовлен из стали и алюминия.

Такова, к примеру, 7 я серия BMW, чей дюралевый нос в прямом смысле приклеен к стальному каркасу салонной части кузова. Подобное решение продиктовано прежде всего улучшением развесовки по осям машины. Тяжесть расположенного впереди двигателя компенсирует меньший вес самого передка.

Еще один пример – Land Rover Defender. Стальной каркас этого внедорожника обтянут внешними алюминиевыми панелями. К такому решению английские инженеры прибегли из-за банальной нехватки стального проката в суровое послевоенное время. До недавнего времени такими же были кузова Range Rover и Discovery. Это позволяло значительно снизить вес автомобиля.

В настоящее время и другие автопроизводители частично используют «крылатый металл» в производстве своих моделей: Volvo, Peugeot, Renault, и др. «Крылатым» же его называют потому, что обычно из алюминия изготавливают самолеты.

Особенности алюминиевого кузова

Начальный этап производства в основном такой же, как и при изготовлении стальных кузовов. Детали штампуются из листового алюминия, затем собираются в единую конструкцию. Используется сварка в среде аргона, соединения на заклепках или с применением специального клея, лазерная сварка. Кроме этого, кузовные панели могут крепиться к стальному каркасу, изготовленному из труб различного сечения.

Весной 1991 г. фирма Honda поставила на немецкий рынок партию легковых автомобилей Honda NSX с цельно алюминиевыми кузовами. Впрочем, тогда раскупили не так уж много машин, поскольку речь шла о спортивных моделях с кузовом купе. Тем не менее появление серийных легковых автомобилей с алюминиевым кузовом свидетельствовало о наступлении новой эры в автомобилестроении.

2.jpg

Легким быть непросто

В качестве примеров цельноалюминиевых автомобилей приведем Audi A8 и Jaguar XK. Заманчиво получить, как в случае с A8, автомобиль представительского класса весом, равным весу Audi A6 – седану классом ниже. Но создание кузова из алюминия сродни постройке самолета. Проблем тут гораздо больше, чем может показаться на первый взгляд. Алюминиевые сплавы плохо штампуются, свариваются только в среде инертного газа и гораздо сильнее стальных аналогов передают вибрации. Для их скрепления в одном и том же автомобиле могут быть применены аргоновая сварка, клепка, склейка и даже болтовые соединения. Помимо этого помятое в результате ДТП алюминиевое крыло, часто невозможно отрихтовать, а покраска легкосплавных деталей имеет массу технологических нюансов. В отличие от стальных конструкций в алюминиевых кузовах применяются не только листы, но и всевозможные профили (прямоугольные трубы, уголки), а также широкий ассортимент специальных литых деталей. 

3.jpgПервым в серийном производстве кузова стал применять алюминий концерн Audi. Кузова его моделей A8, а затем и A2 сделаны полностью из алюминиевых сплавов.

Алюминиевый кузов AUDI A8, созданный по технологии Audi Space Frame (ASF), весит всего 231 кг. Детали соединяют 1847 заклепок, 632 винта, 202 точки сварки, 25 метров швов газовой и 6 метров лазерной сварки, а также 44 метра клееных соединений.

Авиационные преимущества

Скажем несколько слов о преимуществах «авиационного» металла в автомобилях. Во первых: снижается вес автомобиля. Снижение массы в сравнении со стальным аналогом может достигать 50%. Снижение веса в первую очередь влияет на улучшение разгонной и тормозной динамики. И что немаловажно: повышается топливная экономичность. По своим свойствам алюминиевый сплав лучше сопротивляется скручиванию. Поэтому алюминиевый кузов более «жесткий», а это улучшает управляемость, устойчивость и поведение в повороте. Автомобиль становиться комфортнее.

В плане безопасности алюминиевый кузов тоже имеет преимущества по сравнению со стальным. Алюминиевые сплавы имеют большую, чем у стали способность к поглощению удара. Деформации в алюминиевых конструкциях локализуются в компактных зонах не давая деформироваться другим частям кузова, сохраняя максимальную безопасность каркаса, где находятся пассажиры.

Плюсы: (+)

  • Кузова легче стальных при равной прочности
  • Возможно изготовление деталей любой формы
  • Легче обрабатывается
  • Стоимость технологических процессов обработки ниже
  • Высокая стойкость к коррозии (подвержен только электрохимической коррозии)
  • Проще вторичная переработка

Минусы: (-)

  • Требуются дорогостоящие способы соединения деталей и специальное оборудование
  • Ниже ремонтопригодность
  • Дороже стали, так как энергозатраты при его производстве намного выше

Есть и отрицательная сторона алюминиевых кузовов. На порядок по сравнению со стальным кузовом возрастает трудоемкость при ремонте алюминиевого кузова или деталей из алюминия. Выдвигаются особые требования к ремонтной зоне, инструменту, оборудованию, материалам. Требуются специалисты умеющие работать с алюминием. Работа с ним более сложная.

Особенности ремонта

Ремонт автомобильного кузова из алюминиевого сплава должен производиться на специально оборудованном, и на изолированном от основной ремзоны посту. Обычно это отгороженный шторами участок цеха, оснащенный вытяжкой, сварочным оборудованием и специальным инструментом (включая гаечные ключи), который не должен соприкасаться со стальными деталями. Если нет такого поста, необходимо подготовить соответствующее рабочее место. Перед началом ремонта нужно произвести тщательную уборку в помещении, для устранения стальной пыли и стружки от предыдущих ремонтов. Заменить инструмент на специальный (для алюминия). Дело в том, что при соприкосновении стали и алюминия возникает контактная электрохимическая коррозия, которая неизменно приведет к повреждению алюминиевых деталей. Элементы алюминиевого кузова изготовлены по разным технологиям, и соответственно по разному ремонтируются.

Алюминиевый кузов состоит из следующих типов деталей:

  1. Штампованные
  2. Литые
  3. Профилированные

Профили составляют силовой каркас кузова, принимающего всю нагрузку. При деформации литых деталей, их невозможно отремонтировать из-за нарушения структуры металла. Эти элементы, в случае повреждения, заменяют. Для профильных деталей возможен ремонт, но только путем вырезания поврежденного фрагмента и замены его вставкой такого же профиля с установкой усиливающих вкладышей. Штампованные элементы алюминиевого кузова могут быть восстановлены в случае незначительных деформаций, небольших трещин и разрывов. В более сложных случаях детали заменяют.

5.jpg

Свойства алюминия и его сплавов отличаются от свойств сталей, поэтому их сварка имеет целый ряд существенных особенностей и важных правил. Для сварки алюминия используется специальное оборудование. Подробный рассказ о сварке алюминиевых кузовов на авторемонтном предприятии мы расскажем в следующем номере нашего журнала.



Комментарии могут оставлять только зарегистрированные пользователи.






ВОЛИН


3M





Подписка на новости

Ваш e-mail