Кузов автомобиля

04/11/2012 0:50 85

Кузов автомобиля – это сложная и металлоемкая часть транспортного средства, которая служит для размещения водителя, пассажиров и груза. От состояния данного элемента зависит не только внешний вид автомобиля , но и такие важные параметры, как обтекаемость, комфортность и безопасность.

Современный кузов автомобиля обычно делают бескаркасным. Он представляет из себя жесткую сварную конструкцию, состоящую из:

основания (пола) со специальными подрамниками для установкитрансмиссии и двигателя ;

передней и задней частей;

левой и правой боковин;

задних и передних крыльев;

крыши.

К элементам окончательной отделки кузова относятся:

бамперы (защищают переднюю и заднюю часть кузова при столкновениях на малых скоростях);

наружная отделка и защитные декоративные накладки (используется для улучшения аэродинамических характеристик автомобиля);

остекление кузова;

дверные замки (играют существенную роль в обеспечении пассивной безопасности);

сиденья (обеспечивают пассивную и активную безопасность);

внутренняя отделка .

При проектировании кузова производитель учитывает целый ряд факторов: размер и тип двигателя, габариты ведущих мостов, пространство необходимое для установки колес, объем и местоположение топливного бака, аэродинамические характеристики, дорожный просвет, обзорность, комфорт и безопасность при эксплуатации, технологичность изготовления, ремонтопригодность и многое другое. Полученная в итоге конструкция должна иметь как можно большую жесткость при кручении и изгибе, низкую частоту колебаний, хорошо поглощать кинетическую энергию удара во время аварии, а также быть стойкой к воздействию постоянных напряжений, которые могут привести к возникновению трещин и разрушению сварных швов. Основным условием для удовлетворения этим требованиям является правильный выбор материалов, используемых при изготовлении кузова автомобиля .

В настоящий момент наибольшую популярность получили:

a) Тонколистовая сталь.

Из тонколистовой стали (0,6 до 3 мм) изготавливается оболочковый несущий «скелет» автомобиля. Из-за ее высокой прочности, пластичности и экономической эффективности никакие другие материалы большого распространения при производстве кузовов не получили.

b) Алюминий.

Алюминий, как правило, используется при изготовлении отдельных частей кузова (капот, крышка багажника и т.п.) с целью снижения массы автомобиля. Однако иногда применяется и для изготовления несущих частей, как например, в пространственной раме ASF немецкой фирмы Audi.

c) Пластмасса.

Применение пластмассы вместо стали при изготовлении отдельных элементов кузова в последнее время становиться все более популярно. Плюсами данного материала являются очень низкая стоимость и простота изготовления, минусами – низкая прочность и невозможность ремонта (поврежденную деталь приходится менять).

Для защиты металлов от коррозии, при производстве кузова максимально снижается количество фланцевых соединений, а также острых кромок и углов, устраняются зоны возможного скопления пыли и влаги, выполняются специальные технические отверстия для антикоррозийной обработки, обеспечивается вентиляция полых элементов, выполняются дренажные отверстия.

Различают три главных типа кузовов : однообъемные (отсек для двигателя, салон и багажник объединяются в одно целое), двухобъемные (в одном отсеке расположен двигатель, в другом водитель, пассажиры и багаж) и трехобъемные (в одном отсеке расположен двигатель, во втором – водитель и пассажиры, в третьем – багажное отделение). Кроме того кузова легковых автомобилей различают по количеству дверей (двух-, трех-, четырех- пятидверные), по числу рядов сидений (с одним, двумя или тремя рядами) и конструкции крыши (с открытым или закрытым верхом).

Материалы, из которых производят кузов современного автомобиля

Подавляющее большинство кузовов современных автомобилей, изготавливаются из того же материала, который Генри Форд использовал для производства своих легендарных Model T. Однако в целях снижения веса транспортного средства автопроизводители не только используют такие известные металлы, как алюминий, магний и всевозможные их сплавы, но и вкладываются в разработки новых материалов, среди которых стекловолокно (стеклоткань ) и всевозможные варианты углепластика.

Рассмотрим некоторые основные современные материалы, на примере создания спортивного автомобиля.

Карбон

В автомобилестроении самый передовой с технологической точки зрения из используемых сегодня материалов - карбон. Название этого композитного материала в переводе с латинского carbonis означает «уголь». Основу карбона составляют нити углерода, обладающие выдающимися возможностями: характеристики сопротивления растяжению-сжатию, как у стали, при этом плотность, а соответственно и масса, меньше, чем у алюминия (для сравнения при одной и той же прочности карбон на 40% легче стали и на 20% - алюминия), к тому же, карбон обладает минимальным расширением при нагреве, высокой износостойкостью и устойчивостью к химическим воздействиям. Но, естественно, карбон не может быть идеальным и его нити рассчитаны только на растяжение, в связи с чем используются как армирующий материал. Для применения в кузовах и панелях автомобилей используют сплав, а точнее модифицированное волокно - в нити карбона вплетаются нити резины. Такое карбоновое волокно еще используется для изготовления карбоново-керамических тормозных дисков и дисков сцепления, из-за того, что они гораздо устойчивее к перегреву и имеют возможность сохранять работоспособность при более высоких, чем стальные диски, температурах. Неудивительно, что изначально применять карбон придумали в «Формуле-1» в семидесятых годах (Mercedes McLaren, Porsche Carrera GT).

Алюминий

Второй по популярности материал в производстве суперкаров - алюминий, точнее, его сплавы. Преимущество таких сплавов в том, что они легки и, к тому же, практически не подвергаются коррозии. Алюминиевые сплавы применяются при изготовлении моторных блоков цилиндров, наружных кузовных панелей, самого несущего кузова и некоторых элементов подвески. Почему используют алюминий вместо стали? Из-за его легкости, подобные конструкции гораздо легче таких же, но из стали. Однако и у алюминия есть свой недостаток и связан он с его сваркой: дело в том, что процесс сварки необходимо производить в среде инертных газов, используя специальную присадочную проволоку. Поэтому некоторые автопроизводители (например, Lotus) пытаются искать замену сварке и склеивают алюминиевые детали специальным составом, усиливая места стыков заклепками.

Пластик

В производстве спортивных машинах широкое использование получил всевозможный пластик. Особо прочный и эластичный пластик применяется для изготовления кузовных панелей, в некоторых моделях (например, Chevrolet Corvette) - всей наружной части кузова. В таком автомобиле несущая конструкция выполняется в виде каркаса, на который навешивается декоративный кузов.

Стекловолокно

Стекловолокно - это волокно или комплексная нить, которая формируется из стекла. В таком виде стекло проявляет необычные для себя свойства: не бьётся и не ломается, а вместо этого легко гнётся без повреждения. Это позволяет ткать из него стеклоткань , применяемую в автомобильной промышленности.

Благодаря тому, что ткань из стекла имеет может принять любую форму, ее используют прежде всего при создании аэродинамических обвесов. С помощью макета стеклоткани придается необходимая форма (каркас), а для его фиксации используются смолы. Таким образом получается легкий и прочный каркас обвеса спортивного автомобиля.

Завтра

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.

В кузове автомобиля использовано огромное количество различных материалов, намного больше, чем в любом другом узле автомобиля. Сейчас мы рассмотрим из чего изготавливают кузова автомобиля и для чего используются те или иные материалы.

Чтобы точно соблюдать все технологии, стандарты по прочности и при этом сделать кузов легким и дешевым производители постоянно ищут новые материалы.

Рассмотрим основные преимущества и недостатки различных материалов.

Из стали сейчас делают основные элементы автомобиля. В основном, используется низкоуглеродистая листовая сталь толщиной от 65 до 200 микрон. В отличии от более ранних автомобилей, их современные собратья стали значительно легче, сохранив при этом жесткость и прочность кузова.

Кроме снижения веса автомобиля низкоуглеродистая сталь позволяет делать детали различных сложных форм, что позволило дизайнерам воплотить в жизнь новые идеи.

Теперь к недостаткам.

Сталь очень подвержена коррозии, поэтому современные кузова обрабатывают сложными химическими составами и красят по определенной технологии. Также к недостаткам можно отнести высокую плотность материала.

Кузовные элементы выштамповывают из листов стали, а затем сваривают в единое целое. Сегодня сварка полностью осуществляется роботами.

Достоинства стальных кузовов:

* стоимость;

* легкость в ремонте кузовов;

* хорошо отлаженная технология производства.

Недостатки:

* высокая масса;

* необходимость антикоррозийной обработки;

* большое количество штампов;

* ограниченных срок службы.

Алюминий

Сплавы алюминия не так давно используются в автопроизводстве. Можно встретить автомобили, где лишь часть кузовных элементов алюминиевые, но встречаются и полностью алюминиевые кузова. Особенностью алюминия является более худшая шумоизолирующая способность. Для достижения комфорта необходимо дополнительно провести шумоизоляцию такого кузова.

Для соединения кузовных элементов из алюминия необходима сварка аргоном или лазером, а это более сложный и дорогой процесс, чем при работе с более привычной сталью.

Достоинства:

* форма деталей кузова может быть любой;

* более меньший вес при равной со сталью прочностью;

* устойчивость к коррозии.

Недостатки:

* сложность в ремонте;

* высокая стоимость сварки;

* более дорогое и сложное оборудование при производстве;

* выше себестоимость автомобиля.

Стеклопластик и пластмасса

Стеклопластик это довольно широкое понятие, которое объединяет любой материал, состоящий из волокон и пропитанный полимерной смолой. Наибольшее распространение получили карбон, стеклоткань и кевлар. Из данных материалов чаще всего изготавливают кузовные панели.

Полиуретан применяется в деталях салона, обшивках и в противоударных накладках. С недавнего времени из данного материала делают крылья, капоты и крышки багажника.

6.2. Из чего делают кузова автомобилей

Ни в одном другом элементе легкового автомобиля не использовано так много разнообразных материалов, как в кузове. Это конструкционные, отделочные, изолирующие и другие типы материалов.

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.

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.

И тем не менее известны примеры широкого использования алюминия в кузовах легковых автомобилей. Еще в 50-е гг. во Франции выпускался автомобиль «Панар-Дина» с кузовом из алюминиевого сплава, а позже автомобиль «Ситроен ZXS-19». имел алюминиевую крышу. Есть основания полагать, что по мере улучшения физико-механических свойств алюминиевых сплавов, решения технологических и других вопросов эти материалы займут достойное место в кузовостроении.

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.

Количество стекла в кузовах автомобилей неуклонно увеличивается. Это объясняется стремлением улучшить обзорность, придать автомобилю более эстетичный вид. В основном применяют неорганические стекла. Прозрачность их зависит от качества обработки поверхности (неполированные или полированные), а механические характеристики - от термообработки (незакаленные или закаленные). После закалки стекло нельзя резать или сверлить. В случае удара оно дробится на мелкие кусочки с тупыми краями, поэтому такое стекло называют безопасным. Закаленное стекло имеет толщину 3...6 мм.

Безопасные стекла можно получить склеиванием, например, двух листов неорганического тонкого стекла прозрачной пленкой из полиметилакрилата или полнацетата. Получается безосколочное прочное стекло, называемое триплексом. При сильном ударе такие стекла распадаются на осколки, удерживаемые на промежуточном слое толщиной 0,4...0,8 мм. (Стекла с более толстым промежуточным слоем обладают высокой прочностью при изгибе и ударах.)

Органические (полимерные) стекла обладают высокой прозрачностью, легко окрашиваются, способны задерживать инфракрасные лучи - (препятствуют нагреву салона солнечными лучами). Однако они обладают и весьма существенным недостатком - легко царапаются. Изготавливают такие стекла из поликарбоната или метилметакрилата.

На протяжении всей истории, с того момента как был создан автомобиль, постоянно велись поиски новых материалов. И кузов автомобиля не был исключением. Производили кузов из дерева, стали, алюминия и различных видов пластика. Но на этом поиски не останавливались. И, наверняка, каждому интересно, из какого материала делают кузова автомобилей сегодня?

Пожалуй, изготовление кузова является при создании автомобиля одним из самых сложных процессов. Цех в заводе, где производятся кузова, занимает площадь приблизительно 400 000 м кВ, стоимость которого миллиард долларов.

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.

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.

низкая стоимость,

высокая ремонтопригодность кузова,

отработанная технология производства и утилизации кузовных деталей.

самая большая масса,

требуется защита от коррозии,

потребность в большом количестве штампов,

их дороговизна,

а также ограниченный срок службы.

Все идет в дело.

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.

вес кузова снижается, при этом сохраняется жесткость и прочность,

преимущества каждого из материалов при применении используются максимально.

необходимость специальных технологий соединения деталей,

сложная утилизация кузова, так как необходимо предварительно разобрать кузов на элементы.

Алюминий.

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.

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.

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.

низкая ремонтопригодность,

необходимость в дорогостоящих способах соединения деталей,

необходимость специального оборудования,

значительно дороже стали, так как энергозатраты намного выше

Термопласты.

Это такой тип пластического материала, который при повышении температуры переходит в жидкое состояние и делается текучим. Этот материал применяется при изготовлении бамперов, деталей обшивки салона.

легче стального,

при переработке минимальные затраты,

низкая стоимость подготовки и самого производства при сравнении с алюминиевыми и стальными кузовами (не нужна штамповка деталей, сварочное производство, гальваническое и окрасочное производства)

потребность в больших и дорогостоящих литьевых машинах,

при повреждениях сложность в ремонте, в некоторых случаях единственным выходом является замена детали.

Стеклопластик.

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.

Карбон, стеклоткань из группы угле-пластиков, которые представляют собой сеть из переплетенных углеродных волокон (притом, переплетение происходит под разными определенными углами), которые пропитаны специальными смолами.

Кевлар это синтетическое полиамидное волокно, отличающееся маленьким весом, устойчивое к высокой температуре, негорючее, по прочности на разрыв превосходит сталь в несколько раз.

Технология изготовления кузовных деталей 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.

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.

высокая стоимость наполнителей,

высокое требование к точности форм и к чистоте,

время изготовления деталей достаточно продолжительное,

при повреждениях сложность в ремонте.

Ни у кого не вызывает сомнения, что несущий кузов корпуса автомобиля является главной и самой сложной в производстве (а значит, и в цене) деталью современного транспортного средства. О нем и пойдет речь в этой статье.

Из истории.

Конечно, в эру телег и карет (начало истории кузовов) он спасал людей от переменчивой погоды, и служил вместилищем грузов. С зарождением автомобилестроения под внешними панелями кузова «замаскировали» аппараты и узлы. Продолжительное время кузов терпеливо работал только крышей, защищающей грузы, пассажиров, и устройства. Впервые, в полвека XX столетия стартовали мероприятия по снятию несущей функции с рамы, и переводу этой составляющей на кузов. После разработок, длившихся несколько лет, кузов стал «несущим». Другими словами, помимо личных «врождённых» функций, кузов стал исполнять роль рамы опоры для аппаратов, подвески и т.п.

В целях достижения подходящей стабильности, жесткости на кручение и изгиб, в систему кузова ввели силовые детали фрагменты рам: лонжероны и поперечины, попутно укрепили крышу с ее стойками, двери, и так далее. Родоначальником безрамных серийных машин стала отечественная «Победа», создание которой стартовало в 1945 году. Конечно, в самом начале производства несущие кузова по крепости уступали рамным системам.

На данный период обстановка поменялась в сторону первых. Во всяком случае, разница весьма несущественная. В машинах с открытым верхом, нехватку жесткости возместили усилением дна авто. В отдельных конструкциях жёсткость достигали методом соединения лонжеронов передней и задней частей, более устойчивой к ударам конструкцией.

Немного об определениях.

Геометрия кузова строго определённое системой кузова расположение подвески передней и задней части, аппаратов коробки, дверей, окошек и просветов.

Изменение (аварии, модернизация) геометрии кузова приводит к изменениям в движении, неровному износу резины и ухудшает безопасность пассажиров (повышение возможности заноса, распахивания дверей на ходу и прочее).

Зоны деформации определенные конструктивными особенностями кузова места со сниженной жесткостью, специально созданные для поглощения энергии удара. Зоны деформации предусмотрены для сбережения целостности автомобильного салона и здоровья пассажиров.

Контактная сварка метод электросварки, где к участкам свариваемых деталей подводятся электроды, и проводится ток повышенной мощности. В позиции разогрева сплав элементов плавится, образуя однородное соединение. Места сварки бывают непрерывными и точечными. Второй способ так и зовётся «точечная сварка» (соединение производится на дистанции примерно 5 см от соседней точки).

Сварка лазером соединение элементов с использованием сфокусированного лазерного луча. Температура в месте стыка просто огромна, но расстояние плавки от краёв очень незначительно. Отсюда появляется огромный плюс этого метода, практически невидимое место сварки. А значит, и нет необходимости в обработке шва сварки.

Силовой каркас сваренные в общую конструкцию дно, стойки, крыша с рамками окошек, лонжероны, балки-усилители и прочие силовые составляющие, образующие в целом «кокон», в котором располагается пассажирский автомобильный салон.

Кузов-телохранитель.

В современном скоростном мире несущий кузов корпуса автомобиля стал выполнять новую задачу второй уровень защиты пассажиров. На первом - ремни, подушки безопасности и т.д. Для этого кузов автомобиля разбили на зоны, имеющие разную степень жесткости. Переднюю и заднюю изготовили более «податливыми», успешно поглощающими мощность удара, а корпус салона более жёсткая зона, чтобы ликвидировать возникновение травмоопасных ситуаций и вдавливание агрегатов во внутрь кузова. Энергопоглощение поддерживается с помощью смятия «в гармошку» некоторых силовых конструкций, которые могут принести ущерб здоровью пассажиров.

Было принято нетрадиционное решение в пассивной защищенности и увеличении жесткости кузова конструкторами Mercedes класса А. Для того чтобы двигатель, находящийся под коротким капотом, при аварии не мог причинить ущерб пассажирам, само днище было спроектировано конструкторами двойным образовался своего рода «бутерброд» с пустотным промежутком. Разумеется, при таковой сборке, помещенный фактически в самом низу движок, в случае фронтального удара вдавливается в этот промежуток, тем самым защищая пассажиров салона от повреждений. Также, стоит отметить тот факт, что в этом промежутке свободно разместились аккумулятор, бензобак, а также прочие агрегаты и узлы автомобиля.

Из чего и как изготавливают несущие кузова.

При изготовлении кузовов применяют листовое железо, имеющее разный набор параметров. Например, в местах, где силовые нагрузки повышены, применяют 2,5 мм лист металла, а для элементов «оперения» капота, крыльев, дверей, багажника 0,8-1,0 мм.

Все детали, из которых впоследствии появится кузов, соединяют при помощи нескольких видов электросварки. Кстати, некоторые компании применяют необычные методы соединения кузовных элементов, к примеру, применяют лазерную сварку, или же клепают заклёпками в сочетании с очень прочным клеем. В гамме материалов для изготовления несущих кузовов выбор не велик.

До этого времени в серийных автомашинах применялась исключительно листовое железо и, изредка, алюминий. В 80-х для того, чтобы уберечь кузов от ржавчины, начали использовать оцинкованное железо первый период с однослойным покрытием цинком, позднее стали покрывать с обеих сторон. Как результат, гарантии от сквозной ржавчины на кузове возросли от 6 до 10 лет, где-то даже до 12!

Большинство кузовов в силу множества причин изготовляют из листовой стали. Важнейшими из этих причин являются:

• высокая прочность;
• деформируемость (возможность вытяжки);
• свариваемость (а также пригодность для опайки);
• окрашиваемость;
• достаточный срок службы при надлежащей противокоррозионной обработке;
• удовлетворительная стоимость.

В общем случае применяются следующие листовые стали :

• тонколистовая, холоднокатаная спокойная сталь марки RRST 1405 по DIN 1623 (стандарт на качество), DIN 1541 (стандарт на размеры) с пределом прочности 270-350 МПа, относительным удлинением более 36%, с матовой, чистой поверхностью, толщиной 0,6-0.9 мм (поставляется с интервалом толщины 0,1 мм), используется для видовых (опрашиваемых) наружных панелей (крыша, капот, двери, боковины и т. д.);
• те же сорта стали, которые указаны выше, иногда тонколистовая кипящая сталь марки UST 1203 или UST 1303, т. е. худшего качества, с пределом прочности 270-410 МПа, относительным удлинением 28-32%, той же толщины, что указана выше, используется для невидовых (окрашиваемых), наружных панелей, а также деталей пола (внутренний каркас, усилители, панели пола, поперечины и т.д.);
• горячекатаная стальная лента по DIN 1624 (стандарт на качество), DIN 1606 (стандарт на размеры) марки ST 4 с пределом прочности 280-380 МПа, относительным удлинением более 38%, толщиной 1,5-2,5 мм и больше, используется для деталей, расположенных внизу кузова (усилители, опоры, фланцы и т. д.), особенно большой толщины.

Конструкция и технология изготовления деталей должны ориентироваться на максимальную ширину поставляемой листовой стали (в настоящее время 2000 мм). Для деталей, работающих в коppoзионно агрессивной сpeдe, следует применять оцинкованную листовую сталь, учитывая, что при изготовлении деталей такая сталь не допускает больших дeформaций (изгиб, небольшая вытяжка). В особых случаях можно применять алюминированную листовую сталь. Обе поверхности стальных листов можно подвергнуть специальной обработке.

Легкие металлы

До сегодняшнего дня продолжаются дискуссии о целесообразности применения легких металлов в кузовостроении , так как используя их, можно существенно уменьшить вес конструкции. Как ни интересны алюминиевые кузова специальных (гоночных и спортивных) автомобилей и автобусов, тем не менее вероятность применения алюминиевого листа для массового производства легковых автомобилей мала по следующим причинам:

• Стоимость алюминия (как материала) почти в 3 раза больше, чем стали. Затраты на изготовление листа вследствие лучшей пластичности алюминия несколько меньше, в то же время масса листа меньше только на 30%, так как алюминий обладает меньшей прочностью, и в связи с этим приходится применять лист большей толщины. Однако автомобили продают не по весу, а увеличение стоимости материалов слишком заметно, поскольку снижение стоимости других элементов вследствие уменьшения общего веса, например, тормозов, шин и т.д., ничтожно мало, а снижение расхода топлива не сказывается на продажной цене автомобиля. Следовательно, автомобили с большим количеством алюминиевых деталей становятся существенно дороже.
• Вследствие меньшей прочности алюминия большинство деталей кузова, особенно элементы каркаса, должны иметь увеличенную толщину. Из-за меньшего модуля упругости жесткость, обусловливаемая формой кузова, а также его срок службы относительно малы, поэтому поглощение энергии при ударе тоже мало. Все это нежелательно с точки зрения безопасности.
• Чистые алюминиевые сплавы обладают достаточной коррозионной стойкостью. Однако не все детали и соединительные элементы кузова могут изготовляться из легкого металла, по меньшей мере в местах соединения алюминиевых и стальных деталей существует повышенная опасность возникновения коррозии. Последнюю можно уменьшить путем применения анодированного стального листа, но в этом случае резко возрастают затраты.
• Возникают трудности со сваркой и пайкой, которые становятся осуществимыми только при определенных условиях (защита от окисления).

По перечисленным выше причинам применение легкого металла в кузовах легковых автомобилей ограничивается внутренними деталями, изготовляемыми из листа, отливок или деформируемых сплавов, а также молдингами, возможно, бамперами. Досадно, что стоимость алюминия на мировом рынке постоянно сильно колеблется. В конечном итоге масса алюминиевых деталей, включая детали шасси, в европейских легковых автомобилях составляет около 2,2% общей массы.

Между тем некоторые модели серийного производства оснащаются капотом из алюминия.

Пластмассы

В последнее время повышенный интерес вызывает возможность применения пластмасс в кузовостроении , хотя цельные пластмассовые кузова или даже пластмассовые несущие узлы - дело далекого будущего. Однако известно много предложений по данной теме. Фирма «Джи-эм» с 1953 г. изготовливала в довольно большом количестве автомобиль «Шевроле-корвет» с кузовом, штампуемым из полиэфирного материала, армированного стекловолокном. Кузов имел несущий каркас из стальных труб. Определенный интерес представляет пол многослойной конструкции, экспериментально изготовленный для открытого пластмассового кузова, армированного стекловолокном. В будущем в небольшом количестве можно будет изготовлять легкие открытые кузова из термопласта для специальных автомобилей.

Преимуществами пластмасс являются малый вес, высокая прочность и жесткость, хорошие шумопоглощающие свойства, обусловливаемые высоким внутренним демпфированием, легкая сборка узлов, достигаемая благодаря возможности изготовления крупных деталей, высокая коррозионная стойкость.

Этим несомненным преимуществам пластмасс противостоят существенные недостатки, в частности, высокая стоимость материалов и их изготовления, большая длительность технологического цикла, затрудненные монтаж и ремонт, малое поглощение энергии.

Вследствие обладания этими недостатками пластмассы не подходят для кузовов массового выпуска. Тем не менее высокая технологичность пластмасс, возможность изготовления деталей методом литья или с помощью вакуумной вытяжки позволяют широко использовать пластмассы как для мелких, так и для больших штампованных деталей. При выборе пластмассы в основном руководствуются механическими и термическими свойствами материалов. В кузовостроении применяются следующие важнейшие виды пластмасс:

1. Термореактивные пластмассы (так называемые реактопласты) по стандартам DIN 7708, DIN 16911, DIN 16912 используются для сильно нагруженных деталей (рычаги, ручки); если пластмасса армирована стекловолокном, то ее используют и для больших деталей специальных (спортивных) автомобилей под названием стеклопластик, например, для капотов, крышек багажников, декоративных решеток, крыльев, боковин и т. д.
2. Различные термопласты (ниже приведены только некоторые из возможных материалов, которые предлагаются под различными фирменными наименованиями). Например, акрилонитрил-бутадиенстирол используется для деталей, получаемых вакуумной вытяжкой, таких как облицовки радиатора, панели приборов; акрило-стекло - для прозрачных деталей, окон, рассеивателей, фонарей; полиамид - для быстроизнашивающихся деталей таких, как подвижные элементы замков, корпуса воздуховодов и др.; поливинилхлорид - для эластичных и мягких деталей, искусственной кожи, пленочных покрытий, шлангов, уплотнителей, изоляции; полиуретан- для высокопрочных деталей; пенистый полиуретан - для накладок, изоляционных материалов; полиуретан с твердой поверхностной зоной - для ручек, подлокотников, облицовок, панели приборов, деформируемой облицовки передней части и др.
3. Эластомеры (этилен-пропилеп-резина) с монолитной оболочкой используются, например, для уплотнителей, устойчивых к погодным условиям и старению (двери, окна).

Этот перечень можно рассматривать только как ориентировочный. Промышленность, выпускающая полимеры, в состоянии предложить или разработать материалы, пригодные для определенных условий применения. Пластмассы имеют следующие преимущества:

• малые затраты на изготовление деталей и малый вес;
• удовлетворительная стабильность заданных размеров;
• простая технология обработки и соединения (склеивание);
• возможность получения поверхности различного цвета и тиснения (возможна блестящая и матовая металлизация);
• высокая устойчивость к погодным условиям и коррозии.

Вследствие широких возможностей для применения пластмасс не вызывает удивления тот факт, что доля пластмассовых деталей (по весу) в кузове постоянно увеличивается и в настоящее время у европейских автомобилей составляет примерно 7,8% общего веса. Пластмассы открывают большие возможности для уменьшения веса кузова.