Z czego wykonane są karoserie

Opracowując nowy model samochodu, każdy producent stara się zwiększyć dynamikę swoich produktów, ale jednocześnie nie pozbawia samochodu bezpieczeństwa. Chociaż dynamiczne osiągi w dużej mierze zależą od rodzaju silnika, nadwozie samochodu odgrywa znaczącą rolę. Im cięższy, tym więcej wysiłku włoży silnik spalinowy w celu przyspieszenia transportu. Ale jeśli samochód jest zbyt lekki, często negatywnie wpływa to na siłę docisku.

Wytwarzając lżejsze produkty, producenci starają się poprawić właściwości aerodynamiczne nadwozia (czym jest aerodynamika, opisano w kolejna recenzja). Zmniejszenie masy pojazdu odbywa się nie tylko poprzez montaż elementów wykonanych z lekkich materiałów stopowych, ale także dzięki lekkim elementom karoserii. Zastanówmy się, jakie materiały są używane do produkcji karoserii, a także jakie są wady i zalety każdego z nich.

Prehistoria karoserii

Nie mniej uwagi poświęca się nadwoziu nowoczesnego samochodu niż jego mechanizmom. Oto parametry, które musi spełniać:

1. Trwały. Podczas zderzenia nie powinien ranić osób w przedziale pasażerskim. Sztywność skrętna powinna zapewnić zachowanie kształtu samochodu podczas jazdy po nierównym terenie. Im mniejszy jest ten parametr, tym większe prawdopodobieństwo, że rama samochodu ulegnie deformacji, a transport nie będzie się nadawał do dalszej eksploatacji. Szczególną uwagę zwraca się na wytrzymałość przodu dachu. Tak zwany test „łosia” pomaga producentowi określić, jak bezpieczny będzie samochód podczas uderzenia w wysokie zwierzę, takie jak jelenie lub łoś (cała masa tuszy spada na przednią szybę i górne nadproże dachu nad nią).
2. Nowoczesny design. Przede wszystkim wyrafinowani kierowcy zwracają uwagę na kształt karoserii, a nie tylko na część techniczną auta.
3. Bezpieczeństwo. Każdy w pojeździe musi być chroniony przed wpływami zewnętrznymi, także podczas zderzenia bocznego.
4. Wszechstronność. Materiał, z którego wykonana jest karoseria, musi wytrzymywać różne warunki atmosferyczne. Oprócz estetyki, lakier służy do ochrony materiałów, które boją się agresywnej wilgoci.
5. Trwałość. Twórca nierzadko oszczędza na materiale karoserii, dlatego samochód staje się bezużyteczny już po kilku latach eksploatacji.
6. Konserwowalność. Aby po drobnym wypadku nie trzeba było wyrzucać samochodu, produkcja nowoczesnych typów nadwozi wymaga montażu modułowego. Oznacza to, że uszkodzoną część można wymienić na podobną nową.
7. Przystępna cena. Jeśli karoseria jest wykonana z drogich materiałów, w witrynach producentów samochodów gromadzi się ogromna liczba nieodebranych modeli. Dzieje się tak często nie z powodu złej jakości, ale z powodu wysokich kosztów pojazdów.

Aby model nadwozia spełniał wszystkie te parametry, producenci muszą wziąć pod uwagę charakterystykę materiałów, z których wykonana jest rama i zewnętrzne panele nadwozia.

Aby produkcja auta nie wymagała dużych nakładów, inżynierowie firm opracowują takie modele karoserii, które pozwalają łączyć ich główną funkcję z dodatkowymi. Na przykład główne jednostki i części wewnętrzne są przymocowane do konstrukcji samochodu.

Początkowo konstrukcja samochodów opierała się na ramie, do której przymocowano resztę jednostek samochodu. Ten typ jest nadal obecny w niektórych modelach samochodów. Przykładem tego są pełnoprawne SUV-y (większość jeepów ma po prostu wzmocnioną konstrukcję nadwozia, ale nie ma ramy, ten typ SUV nazywa się krzyżowanie) i ciężarówki. W pierwszych samochodach każdy panel przymocowany do konstrukcji ramy mógł być wykonany nie tylko z metalu, ale także z drewna.

Pierwszym modelem o bezramowej konstrukcji była Lancia Lambda, która zjechała z linii montażowej w 1921 roku. Europejski model Citroen B10, który wszedł do sprzedaży w 1924 roku, otrzymał jednoczęściową stalową konstrukcję nadwozia.

lancia lambda

Citroen B10

Rozwój ten okazał się tak popularny, że większość ówczesnych producentów rzadko porzuciła koncepcję całkowicie stalowego nadwozia skorupowego. Te maszyny były bezpieczne. Niektóre firmy odrzucały stal z dwóch powodów. Po pierwsze, ten materiał nie był dostępny we wszystkich krajach, zwłaszcza w latach wojny. Po drugie, stalowy korpus jest bardzo ciężki, więc niektórzy, aby zainstalować silnik spalinowy o mniejszej mocy, kompromitują materiały korpusu.

Podczas drugiej wojny światowej na całym świecie brakowało stali, ponieważ metal ten był w całości używany do celów wojskowych. Niektóre firmy, chcąc utrzymać się na powierzchni, zdecydowały się produkować swoje ciała z alternatywnych materiałów. Tak więc w tamtych latach po raz pierwszy pojawiły się samochody z aluminiowym nadwoziem. Przykładem takich modeli jest Land Rover 1-Series (nadwozie składało się z aluminiowych paneli).

Inną alternatywą jest rama drewniana. Przykładem takich samochodów jest modyfikacja Willys Jeep Stations Wagon Woodie.

Ponieważ drewniany korpus nie jest trwały i wymagał poważnej pielęgnacji, pomysł ten szybko zarzucono, ale w przypadku konstrukcji aluminiowych producenci poważnie myśleli o wprowadzeniu tej technologii do nowoczesnej produkcji. Chociaż głównym oczywistym powodem jest brak stali, tak naprawdę nie była to siła napędowa, za którą producenci samochodów zaczęli szukać alternatyw.

1. Od czasu światowego kryzysu paliwowego większość marek samochodów musiała przemyśleć swoją technologię produkcji. Przede wszystkim znacznie zmniejszyła się publiczność, która wymaga mocnych i obszernych silników z powodu wysokich kosztów paliwa. Kierowcy zaczęli szukać mniej żarłocznych samochodów. A żeby transport z mniejszym silnikiem był wystarczająco dynamiczny, potrzebny był lekki, ale jednocześnie wystarczająco mocny materiał.
2. Z biegiem czasu na całym świecie normy środowiskowe dotyczące emisji z pojazdów stały się bardziej rygorystyczne. Z tego powodu zaczęto wprowadzać technologię zmniejszającą zużycie paliwa, poprawiającą jakość spalania mieszanki powietrzno-paliwowej oraz zwiększającą sprawność jednostki napędowej. Aby to zrobić, musisz zmniejszyć wagę całego samochodu.

Z biegiem czasu pojawił się rozwój materiałów kompozytowych, który pozwolił na dalsze zmniejszenie masy pojazdów. Zastanówmy się, jaka jest specyfika każdego materiału używanego do produkcji karoserii.

Korpus stalowy: zalety i wady

Większość elementów karoserii nowoczesnego samochodu jest wykonana ze stali walcowanej. Grubość metalu w niektórych sekcjach sięga 2.5 milimetra. Ponadto w części łożyskowej stosowany jest głównie materiał arkuszowy o niskiej zawartości węgla. Dzięki temu samochód jest dość lekki, a jednocześnie wytrzymały.

Obecnie nie brakuje stali. Metal ten ma dużą wytrzymałość, można z niego wytłaczać elementy o różnych kształtach, a części można łatwo łączyć ze sobą metodą zgrzewania punktowego. Podczas produkcji samochodu inżynierowie zwracają uwagę na bezpieczeństwo bierne, a technolodzy zwracają uwagę na łatwość obróbki materiału tak, aby koszt transportu był jak najniższy.

A w metalurgii najtrudniejszym zadaniem jest zadowolenie zarówno inżynierów, jak i technologów. Mając na uwadze pożądane właściwości, opracowano specjalny gatunek stali, który zapewnia idealne połączenie ciągliwości i wystarczającej wytrzymałości gotowego produktu. Upraszcza to produkcję paneli nadwozia i zwiększa niezawodność ramy samochodu.

Oto kilka innych zalet stalowego korpusu:

• Naprawa wyrobów stalowych jest najłatwiejsza - wystarczy kupić nowy element np. Skrzydło i wymienić;
• Jest łatwy w recyklingu - stal w dużym stopniu nadaje się do recyklingu, więc producent zawsze ma możliwość pozyskania tanich surowców;
• Technologia wytwarzania stali walcowanej jest prostsza niż przetwarzanie analogów stopów lekkich, więc surowiec jest tańszy.

Pomimo tych zalet wyroby stalowe mają kilka istotnych wad:

1. Produkty gotowe są najcięższe;
2. Rdza szybko pojawia się na niezabezpieczonych częściach. Jeśli element nie zostanie zabezpieczony lakierem, uszkodzenie szybko uczyni korpus bezużytecznym;
3. Aby blacha miała zwiększoną sztywność, część musi być wielokrotnie wybijana;
4. Zasób wyrobów stalowych jest najmniejszy w porównaniu z metalami nieżelaznymi.

Dziś właściwości stali zwiększa się poprzez dodanie do składu niektórych pierwiastków chemicznych, które zwiększają jej wytrzymałość, odporność na utlenianie i właściwości plastyczne (stal TWIP może rozciągać się do 70%, a maksymalny wskaźnik jej wytrzymałości to 1300MPa).

Korpus aluminiowy: zalety i wady

Wcześniej aluminium było używane tylko do produkcji paneli kotwionych do konstrukcji stalowej. Nowoczesne osiągnięcia w produkcji aluminium pozwalają na wykorzystanie tego materiału również do wykonania elementów ramy.

Chociaż metal ten jest mniej podatny na wilgoć niż stal, ma mniejszą wytrzymałość i elastyczność mechaniczną. Z tego powodu, aby zmniejszyć wagę samochodu, metal ten służy do tworzenia drzwi, bagażników, masek. Aby zastosować aluminium w ramie, producent musi zwiększyć grubość produktów, co często utrudnia transport.

Gęstość stopów aluminium jest znacznie niższa niż stali, więc izolacja akustyczna w samochodzie z takim nadwoziem jest znacznie gorsza. Aby mieć pewność, że do wnętrza takiego samochodu dociera minimalny hałas z zewnątrz, producent stosuje specjalne technologie tłumienia hałasu, które sprawią, że samochód będzie droższy niż podobna opcja ze stalowym nadwoziem.

Wykonywanie korpusu aluminiowego we wczesnych etapach jest podobne do procesu tworzenia konstrukcji stalowych. Surowce są łamane na arkusze, a następnie tłoczone zgodnie z żądanym projektem. Części są montowane we wspólnym projekcie. Tylko do tego służy spawanie argonem. Droższe modele wykorzystują laserowe zgrzewanie punktowe, specjalny klej lub nity.

Argumenty przemawiające za aluminiową obudową:

• Materiał arkuszowy jest łatwiejszy do tłoczenia, dlatego w procesie produkcji paneli wymagany jest słabszy sprzęt niż do tłoczenia ze stali;
• W porównaniu do korpusów stalowych, identyczny kształt wykonany z aluminium będzie lżejszy, a jednocześnie wytrzymałość pozostanie taka sama;
• Części są łatwe w obróbce i recyklingu;
• Materiał jest trwalszy niż stal - nie boi się wilgoci;
• Koszt procesu produkcji jest niższy w porównaniu do poprzedniej wersji.

Nie wszyscy kierowcy zgadzają się na zakup samochodu z aluminiowym nadwoziem. Powodem jest to, że nawet przy drobnym wypadku naprawa samochodu będzie kosztowna. Sam surowiec kosztuje więcej niż stal, a jeśli część będzie wymagała wymiany, właściciel samochodu będzie musiał poszukać specjalisty, który ma specjalne wyposażenie do wysokiej jakości łączenia elementów.

Plastikowy korpus: zalety i wady

Druga połowa XX wieku upłynęła pod znakiem pojawienia się plastiku. Popularność takiego materiału wynika z tego, że można z niego wykonać dowolną konstrukcję, która będzie znacznie lżejsza niż nawet aluminium.

Plastik nie wymaga lakierowania. Wystarczy dodać niezbędne barwniki do surowców, a produkt nabierze pożądanego odcienia. Ponadto nie blaknie i nie wymaga ponownego malowania po zarysowaniu. W porównaniu z metalem tworzywo sztuczne jest trwalsze, w ogóle nie reaguje z wodą, dzięki czemu nie rdzewieje.

Model Hadi ma plastikowy korpus

Koszt wykonania paneli z tworzywa sztucznego jest znacznie niższy, ponieważ do wytłaczania nie są potrzebne potężne prasy. Podgrzewane surowce są płynne, dzięki czemu kształt części ciała może być absolutnie dowolny, co jest trudne do osiągnięcia przy użyciu metalu.

Pomimo tych wyraźnych zalet tworzywo sztuczne ma bardzo dużą wadę - jego wytrzymałość jest bezpośrednio związana z warunkami pracy. Jeśli więc temperatura powietrza na zewnątrz spadnie poniżej zera, części stają się kruche. Nawet niewielki ładunek może spowodować pęknięcie lub rozpadnięcie się materiału. Z drugiej strony wraz ze wzrostem temperatury zwiększa się jego elastyczność. Niektóre rodzaje tworzyw sztucznych odkształcają się po podgrzaniu na słońcu.

Z innych powodów plastikowe korpusy są mniej praktyczne:

• Uszkodzone części nadają się do recyklingu, ale proces ten wymaga specjalnego, drogiego sprzętu. To samo dotyczy przemysłu tworzyw sztucznych.
• Podczas produkcji wyrobów z tworzyw sztucznych do atmosfery emitowana jest duża ilość szkodliwych substancji;
• Nośne części korpusu nie mogą być wykonane z tworzywa sztucznego, ponieważ nawet duży kawałek materiału nie jest tak wytrzymały jak cienki metal;
• Jeśli panel z tworzywa sztucznego jest uszkodzony, można go łatwo i szybko wymienić na nowy, ale jest to znacznie droższe niż zgrzewanie metalowej łaty do metalu.

Chociaż w dzisiejszych czasach istnieją różne osiągnięcia, które eliminują większość wymienionych problemów, nie było jeszcze możliwe doprowadzenie technologii do perfekcji. Z tego powodu zderzaki, ozdobne wstawki, listwy wykonane są głównie z tworzywa sztucznego, a tylko w niektórych modelach samochodów - błotniki.

Korpus kompozytowy: zalety i wady

Kompozyt oznacza materiał, który zawiera więcej niż dwa składniki. W procesie tworzenia materiału kompozyt uzyskuje jednorodną strukturę, dzięki czemu finalny produkt będzie miał właściwości dwóch (lub więcej) substancji wchodzących w skład surowca.

Często kompozyt uzyskuje się przez sklejenie lub spiekanie warstw różnych materiałów. Często, aby zwiększyć wytrzymałość części, każda oddzielna warstwa jest wzmocniona, aby materiał nie odklejał się podczas pracy.

Korpus monocoque

Najpopularniejszym kompozytem używanym w przemyśle motoryzacyjnym jest włókno szklane. Materiał uzyskuje się poprzez dodanie wypełniacza polimerowego do włókna szklanego. Z takiego materiału wykonane są zewnętrzne elementy nadwozia, np. Zderzaki, kratki chłodnicy, czasem optyka głowicy (częściej są wykonane ze szkła, a wersje lekkie z polipropylenu). Zamontowanie takich części pozwala producentowi na zastosowanie stali w konstrukcji części nośnych nadwozia, ale jednocześnie pozwala zachować wystarczająco lekkość modelu.

Oprócz wyżej wymienionych zalet materiał polimerowy zajmuje godne miejsce w przemyśle motoryzacyjnym z następujących powodów:

• Minimalna waga części, ale jednocześnie mają przyzwoitą wytrzymałość;
• Gotowy produkt nie obawia się agresywnego działania wilgoci i słońca;
• Ze względu na elastyczność na etapie surowca producent może tworzyć zupełnie inne kształty części, w tym te najbardziej skomplikowane;
• Gotowe produkty wyglądają estetycznie;
• Możesz tworzyć ogromne części karoserii, aw niektórych przypadkach nawet całe nadwozie, jak w przypadku samochodów wielorybich (więcej o takich samochodach w osobna recenzja).

Jednak innowacyjna technologia nie może być całkowitą alternatywą dla metalu. Istnieje kilka powodów:

1. Koszt wypełniaczy polimerowych jest bardzo wysoki;
2. Kształt części musi być doskonały. W przeciwnym razie element okaże się brzydki;
3. Podczas procesu produkcyjnego niezwykle ważne jest utrzymanie miejsca pracy w czystości;
4. Tworzenie trwałych paneli jest czasochłonne, ponieważ kompozyt długo wysycha, a niektóre części ciała są wielowarstwowe. Z tego materiału często wykonuje się ciała stałe. Do ich oznaczenia używa się uskrzydlonego terminu „monocoque”. Technologia tworzenia nadwozi typu monocoque jest następująca. Warstwa włókna węglowego jest sklejona polimerem. Na wierzch kładzie się kolejną warstwę materiału, tylko po to, aby włókna były ułożone w innym kierunku, najczęściej pod kątem prostym. Gotowy produkt umieszcza się w specjalnym piekarniku i utrzymuje przez pewien czas w wysokiej temperaturze, aby materiał był upieczony i przybierał monolityczny kształt;
5. Kiedy zepsuje się element z materiału kompozytowego, bardzo trudno go naprawić (opisano przykład naprawy zderzaków samochodowych tutaj);
6. Części kompozytowe nie są poddawane recyklingowi, a jedynie niszczone.

Ze względu na wysoki koszt i złożoność produkcji zwykłe samochody drogowe mają minimalną liczbę części wykonanych z włókna szklanego lub innych analogów kompozytowych. Najczęściej takie elementy są instalowane na supersamochodzie. Przykładem takiego samochodu jest Ferrari Enzo.

2002 Ferrari Enzo

To prawda, że ​​niektóre ekskluzywne modele serii cywilnej otrzymują ogólne szczegóły z kompozytu. Przykładem tego jest BMW M3. Ten samochód ma dach z włókna węglowego. Materiał posiada niezbędną wytrzymałość, ale jednocześnie pozwala na przesunięcie środka ciężkości bliżej podłoża, co zwiększa siłę docisku podczas wchodzenia w zakręty.

Kolejnym oryginalnym rozwiązaniem w zastosowaniu lekkich materiałów w karoserii samochodu jest producent słynnego supersamochodu Corvette. Firma od prawie pół wieku wykorzystuje w modelu przestrzenną metalową ramę, na której mocowane są panele kompozytowe.

Korpus węglowy: zalety i wady

Wraz z pojawieniem się innego materiału bezpieczeństwo i jednocześnie lekkość samochodów osiągnęły nowy poziom. W rzeczywistości węgiel jest tym samym materiałem kompozytowym, tylko nowa generacja sprzętu pozwala na tworzenie bardziej wytrzymałych konstrukcji niż w produkcji monocoque. Materiał ten jest stosowany w nadwoziach znanych modeli, takich jak BMW i8 oraz i3. Jeśli węgiel był wcześniej używany w innych samochodach tylko jako dekoracja, to są to pierwsze samochody produkcyjne na świecie, których nadwozie jest w całości wykonane z węgla.

Oba modele mają podobną konstrukcję: podstawą jest modułowa platforma wykonana z aluminium. Wszystkie jednostki i mechanizmy samochodu są na nim zamocowane. Nadwozie samochodów składa się z dwóch połówek, które mają już pewne szczegóły wnętrza. Łączone są ze sobą podczas montażu za pomocą zacisków śrubowych. Osobliwością tych modeli jest to, że są zbudowane na tej samej zasadzie, co pierwsze samochody - konstrukcja ramy (tylko tak lekka, jak to tylko możliwe), na której ustalono wszystkie inne wyróżnienia.

W procesie produkcyjnym części są łączone ze sobą za pomocą specjalnego kleju. To symuluje spawanie części metalowych. Zaletą takiego materiału jest jego duża wytrzymałość. Kiedy samochód pokonuje duże wyboje, sztywność skrętna nadwozia zapobiega jego deformacji.

Kolejną zaletą włókna węglowego jest to, że do produkcji części wymaga minimum pracowników, ponieważ sprzęt high-tech jest kontrolowany przez elektronikę. Karbonowy korpus składa się z pojedynczych części uformowanych w specjalne kształty. Do formy wtłaczany jest pod wysokim ciśnieniem polimer o specjalnym składzie. Dzięki temu panele są trwalsze niż ręczne smarowanie włókien. Ponadto do pieczenia małych przedmiotów potrzebne są mniejsze piece.

Wady takich produktów to przede wszystkim wysoki koszt, ponieważ używany jest drogi sprzęt, który wymaga wysokiej jakości usług. Ponadto cena polimerów jest znacznie wyższa niż aluminium. A jeśli część jest zepsuta, nie można jej naprawić samodzielnie.

Oto krótki film - przykład montażu karbonowych karoserii BMW i8:

Tak składa się Twoje BMW i8. Składanie samochodu BMW i8

Pytania i odpowiedzi:

Co zawiera karoseria? Nadwozie składa się z: dźwigara przedniego, osłony przedniej, słupka przedniego, dachu, słupka B, słupka tylnego, błotników, osłony bagażnika i maski, dna.

Na czym opiera się karoseria? Korpus główny to rama kosmiczna. Jest to konstrukcja wykonana w formie klatki, rozmieszczona na całym obwodzie ciała. Korpus jest przymocowany do tej konstrukcji nośnej.