Miből készülnek a karosszériák
Tartalom
Egy új autómodell kifejlesztésekor minden gyártó igyekszik növelni termékei dinamikáját, ugyanakkor nem fosztja meg az autót a biztonságtól. Bár a dinamikus teljesítmény nagymértékben függ a motor típusától, az autó karosszériája jelentős szerepet játszik. Minél nehezebb, annál nagyobb erőfeszítéseket tesz a belső égésű motor a szállítás felgyorsítása érdekében. De ha az autó túl könnyű, az gyakran negatívan befolyásolja a leszorító erőt.
Azáltal, hogy termékeiket könnyebbé teszik, a gyártók a test aerodinamikai tulajdonságainak javítására törekszenek (mi az aerodinamika, ezt a újabb áttekintés). A jármű tömegének csökkentése nemcsak könnyű ötvözetből készült egységek telepítésével, hanem könnyű testrészekkel is történik. Kitaláljuk, milyen anyagokat használnak az autó karosszériáinak elkészítéséhez, valamint mik az előnyei és hátrányai mindegyiknek.
A karosszériák őstörténete
A modern autó karosszériájára nem kevesebb figyelmet fordítanak, mint annak mechanizmusaira. Itt vannak a paraméterek, amelyeknek meg kell felelnie:
- Tartós. Ütközéskor nem sértheti meg az utastérben tartózkodó embereket. A torziós merevségnek biztosítania kell, hogy az autó megtartsa formáját egyenetlen terepen haladva. Minél kisebb ez a paraméter, annál valószínűbb, hogy az autó váza deformálódik, és a szállítás alkalmatlan lesz a további működésre. Különös figyelmet fordítanak a tető elejének szilárdságára. Az úgynevezett "jávorszarvas" teszt segít az autógyártóban meghatározni, hogy az autó mennyire lesz biztonságban, amikor egy magas állatot, például egy szarvast vagy jávorszarvasot üt el (a tetem teljes tömege a szélvédőre és a tető fölötte lévő bordázatára esik).
- Modern design. Mindenekelőtt a kifinomult autósok figyelnek a karosszéria formájára, és nem csak az autó műszaki részére.
- Biztonság. A járműben mindenkit védeni kell a külső behatásoktól, beleértve az oldalsó ütközést is.
- Sokoldalúság. Az anyagnak, amelyből a karosszéria készül, ellen kell állnia a különböző időjárási viszonyoknak. Az esztétika mellett festékeket használnak az agresszív nedvességtől félő anyagok védelmére.
- Tartósság. Nem ritka, hogy az alkotó takarékoskodik a karosszéria anyagával, ezért az autó néhány év üzemidő után használhatatlanná válik.
- Karbantarthatóság. Annak érdekében, hogy egy kisebb baleset után ne kelljen kidobnia az autót, a modern karosszériatípusok gyártása moduláris összeszerelést jelent. Ez azt jelenti, hogy a sérült alkatrész helyettesíthető egy hasonló újonnan.
- Megfizethető ár. Ha az autó karosszériája drága anyagokból készül, akkor az autógyártók telephelyein hatalmas számú, igény nélküli modell halmozódik fel. Ez gyakran nem a rossz minőségű, hanem a járművek magas költségei miatt történik.
Annak érdekében, hogy a karosszériamodell megfeleljen ezeknek a paramétereknek, a gyártóknak figyelembe kell venniük az anyagok jellemzőit, amelyekből a váz és a külső karosszéria panelek készülnek.
Annak érdekében, hogy egy autó gyártása ne igényeljen sok erőforrást, a vállalatok mérnökei olyan karosszériamodelleket fejlesztenek ki, amelyek lehetővé teszik fő funkciójuk és további modellek kombinálását. Például a fő egységek és a belső részek az autó szerkezetéhez vannak rögzítve.
Kezdetben a bázison lévő autók kialakításának kerete volt, amelyhez a gép többi részét felerősítették. Ez a típus még mindig jelen van egyes autómodellekben. Példa erre a teljes értékű terepjárók (a legtöbb dzsipnek egyszerűen megerősített a karosszériája, de nincs váz, ezt a típusú terepjárót ún. keresztezés) és teherautók. Az első autókon a vázszerkezethez rögzített minden panel nemcsak fémből, hanem fából is készülhet.
Az első keret nélküli teherhordó szerkezettel rendelkező modell a Lancia Lambda volt, amely 1921-ben gördült le a futószalagról. Az 10-ben forgalomba került európai Citroen B1924 modell egy darabból álló acél karosszériát kapott.
Ez a fejlemény olyan népszerűnek bizonyult, hogy a korabeli gyártók többsége ritkán hagyta el az egyacél monokokk karosszéria koncepcióját. Ezek a gépek biztonságban voltak. Néhány cég két okból is elutasította az acélt. Először is, ez az anyag nem volt elérhető minden országban, különösen a háborús években. Másodszor, az acél karosszéria nagyon nehéz, ezért néhány olyan, hogy kisebb teljesítményű belső égésű motort telepítsen, sérül a test anyagaival.
A második világháború alatt az acélból hiány volt az egész világon, mivel ezt a fémet teljesen katonai szükségletekre használták fel. A talpon maradás vágya miatt néhány vállalat úgy döntött, hogy karosszériamodelljeit alternatív anyagokból állítja elő. Tehát ezekben az években először alumínium karosszériával jelentek meg az autók. Ilyen modellekre példa a Land Rover 1-sorozat (a karosszéria alumínium panelekből állt).
Egy másik alternatíva a fa keret. Ilyen autók például a Woodlys Willys Jeep Stations Wagon módosítása.
Mivel a fa karosszéria nem tartós, és komoly gondozást igényelt, ezt az ötletet hamar elvetették, de ami az alumíniumszerkezeteket illeti, a gyártók komolyan gondolkodtak ezen technológia modern gyártásba való bevezetésén. Noha a látszólagos ok az acélhiány, valójában nem ez volt a hajtóerő, amely mögött az autógyártók alternatívákat kezdtek keresni.
- A globális üzemanyagválság óta a legtöbb autómárkának át kellett gondolnia gyártási technológiáját. Először is, az erőteljes és terjedelmes motorokat igénylő közönség a magas üzemanyagköltség miatt erőteljesen csökkent. Az autósok kevésbé falánk autókat kezdtek keresni. Ahhoz pedig, hogy a kisebb motorral történő szállítás elég dinamikus legyen, könnyű, de ugyanakkor kellően erős anyagra volt szükség.
- Az egész világon az idő múlásával szigorúbbá váltak a járművek kibocsátására vonatkozó környezeti előírások. Ezért elkezdtek bevezetni egy technológiát az üzemanyag-fogyasztás csökkentésére, a levegő-üzemanyag keverék égési minőségének javítására és az erőmű hatékonyságának növelésére. Ehhez csökkentenie kell az egész autó súlyát.
Idővel az összetett anyagok fejlesztései jelentek meg, amelyek lehetővé tették a járművek súlyának további csökkentését. Vizsgáljuk meg, mi a különlegessége minden olyan anyagnak, amelyet a karosszéria gyártásához használnak.
Acél test: előnyök és hátrányok
A modern autó karosszériaelemeinek nagy része hengerelt acélból készül. A fém vastagsága egyes szakaszokban eléri a 2.5 millimétert. Ezenkívül az alacsony szén-dioxid-tartalmú lemezanyagot elsősorban a csapágyrészben használják. Ennek köszönhetően az autó meglehetősen könnyű és tartós.
Ma az acélból nincs hiány. Ez a fém nagy szilárdságú, különböző formájú elemeket lehet bélyegezni belőle, és az alkatrészek ponthegesztéssel könnyen egymáshoz rögzíthetők. Az autó gyártásakor a mérnökök a passzív biztonságra, a technológusok pedig az anyag könnyű feldolgozására figyelnek, hogy a szállítás költsége a lehető legkisebb legyen.
A kohászat terén pedig a legnehezebb feladat a mérnököknek és a technológusoknak egyaránt kedveskedni. A kívánt tulajdonságokat szem előtt tartva, kifejlesztettek egy speciális acélminőséget, amelynek ideális kombinációja van a késztermék húzó képességében és kellő szilárdságában. Ez leegyszerűsíti a karosszéria panelek gyártását és növeli az autó vázának megbízhatóságát.
Íme néhány további előnye az acél testnek:
- Az acéltermékek javítása a legkönnyebb - csak vásároljon új elemet, például szárnyat, és cserélje ki;
- Könnyen ártalmatlanítható - az acél rendkívül újrahasznosítható, így a gyártónak mindig lehetősége van olcsó alapanyagok beszerzésére;
- A hengerelt acél gyártásának technológiája egyszerűbb, mint a könnyűfém ötvözetek analógjainak feldolgozása, ezért az alapanyag olcsóbb.
Ezen előnyök ellenére az acéltermékeknek számos jelentős hátrányuk van:
- A késztermékek a legnehezebbek;
- A rozsda gyorsan kialakul a védtelen részeken. Ha az elemet nem védi festék, a sérülés gyorsan használhatatlanná teszi a testet;
- Az acéllemez megnövelt merevségéhez az alkatrészt sokszor le kell bélyegezni;
- Az acéltermékek erőforrása a legkisebb a színesfémekhez képest.
Ma az acél tulajdonságát növeli néhány kémiai elem összetételéhez hozzáadva, amelyek növelik szilárdságát, oxidációval szembeni ellenálló képességét és plaszticitási jellemzőit (a TWIP acél 70% -ig képes nyújtani, és szilárdságának maximális mutatója 1300 MPa).
Alumínium test: előnyök és hátrányok
Korábban az alumíniumot csak acélszerkezethez rögzített panelek gyártásához használták. Az alumínium gyártásának korszerű fejleményei lehetővé teszik az anyag felhasználását vázelemek létrehozására is.
Bár ez a fém kevésbé érzékeny a nedvességre, mint az acél, kevésbé szilárd és mechanikus rugalmasságú. Emiatt az autó tömegének csökkentése érdekében ezt a fémet ajtók, csomagtartók, motorháztetők létrehozására használják. Az alumínium keretben való használatához a gyártónak meg kell növelnie a termékek vastagságát, ami gyakran a könnyebb szállítás ellen hat.
Az alumíniumötvözetek sűrűsége sokkal alacsonyabb, mint az acélé, ezért az ilyen karosszériájú autó zajszigetelése sokkal rosszabb. Annak biztosítására, hogy egy ilyen autó belseje minimális külső zajt kapjon, a gyártó speciális zajcsökkentő technológiákat alkalmaz, amelyek drágábbá teszik az autót, mint egy hasonló opció acél karosszériával.
Az alumínium test gyártása a korai szakaszban hasonló az acélszerkezetek létrehozásának folyamatához. Az alapanyagokat lapokra bontják, majd a kívánt kivitelnek megfelelően bélyegzik. Az alkatrészeket közös kivitelben állítják össze. Csak ehhez használnak argonhegesztést. A drágább modellek lézeres ponthegesztést, speciális ragasztót vagy szegecseket használnak.
Érvek az alumínium test mellett:
- A lemezanyagot könnyebb bélyegezni, ezért a panelek gyártása során kevésbé hatékony berendezésekre van szükség, mint az acélból történő sajtoláshoz;
- Az acél testekhez képest az alumíniumból készült azonos forma könnyebb lesz, miközben a szilárdság ugyanazon a szinten marad;
- Az alkatrészek könnyen feldolgozhatók és újrahasznosíthatók;
- Az anyag tartósabb, mint az acél - nem fél a nedvességtől;
- A gyártási folyamat költsége alacsonyabb az előző verzióhoz képest.
Nem minden autós egyetért abban, hogy alumínium karosszériájú autót vásároljon. Ennek oka, hogy még egy kisebb baleset esetén is drága lesz az autójavítás. Maga az alapanyag többe kerül, mint az acél, és ha az alkatrészt cserélni kell, akkor az autó tulajdonosának olyan szakembert kell keresnie, aki speciális felszereléssel rendelkezik az elemek jó minőségű összekapcsolásához.
Műanyag test: előnyök és hátrányok
A huszadik század második felét a műanyag megjelenése jellemezte. Ennek az anyagnak a népszerűsége annak köszönhető, hogy bármilyen szerkezet készíthető belőle, amely még az alumíniumnál is sokkal könnyebb lesz.
A műanyaghoz nincs szükség fényezésre. Elég hozzáadni a szükséges színezékeket az alapanyagokhoz, és a termék elnyeri a kívánt árnyalatot. Ezenkívül nem halványul, és karcoláskor nem kell újrafesteni. A fémhez képest a műanyag tartósabb, egyáltalán nem reagál a vízzel, ezért nem rozsdásodik meg.
A műanyag panelek készítésének költsége sokkal alacsonyabb, mivel a dombornyomáshoz nincs szükség erőteljes présekre. A felmelegített alapanyagok folyékonyak, emiatt a testrészek alakja teljesen bármilyen lehet, amit fém alkalmazásakor nehéz elérni.
Ezen egyértelmű előnyök ellenére a műanyagnak nagyon nagy hátránya van - szilárdsága közvetlenül kapcsolódik az üzemeltetési feltételekhez. Tehát, ha a külső levegő hőmérséklete nulla alá csökken, az alkatrészek törékennyé válnak. Már kis terhelés esetén az anyag szétrobbanhat vagy darabokra repülhet. Másrészt a hőmérséklet emelkedésével nő annak rugalmassága. Bizonyos típusú műanyagok deformálódnak, ha melegítik őket a napon.
Más okokból a műanyag testek kevésbé praktikusak:
- A sérült alkatrészek újrahasznosíthatók, de ehhez a folyamathoz speciális drága berendezésekre van szükség. Ugyanez vonatkozik a műanyagiparra is.
- A műanyag termékek gyártása során nagy mennyiségű káros anyag kerül a légkörbe;
- A test teherhordó részei nem lehetnek műanyagból, mivel még egy nagy anyagdarab sem olyan erős, mint a vékony fém;
- Ha a műanyag panel megsérül, könnyen és gyorsan kicserélhető egy újra, de sokkal drágább, mint egy fém tapaszt fémre hegeszteni.
Bár manapság különféle fejlesztések vannak, amelyek kiküszöbölik a felsorolt problémák nagy részét, a technológiát még nem sikerült tökéletesre vinni. Emiatt a lökhárítók, a dekoratív betétek, a díszlécek elsősorban műanyagból készülnek, és csak néhány autómodellben - sárvédők.
Kompozit test: előnyök és hátrányok
A kompozit olyan anyag, amely kettőnél több összetevőt tartalmaz. Az anyag létrehozásának folyamata során az összetett anyag homogén struktúrát kap, amely miatt a végterméknek két (vagy több) anyag tulajdonságai lesznek, amelyek az alapanyagot alkotják.
Gyakran a kompozitot különböző anyagok rétegeinek ragasztásával vagy szinterelésével állítják elő. Gyakran az alkatrész szilárdságának növelése érdekében minden egyes különálló réteget megerõsítenek, hogy az anyag mûködés közben ne lehasadjon.
Az autóiparban leggyakrabban alkalmazott kompozit az üvegszál. Az anyagot úgy kapják, hogy polimer töltőanyagot adnak az üvegszálhoz. A külső testelemek ilyen anyagból készülnek, például lökhárítók, radiátorrácsok, néha fejoptika (gyakrabban üvegből, a könnyű kivitelek pedig polipropilénből). Az ilyen alkatrészek felszerelése lehetővé teszi a gyártó számára, hogy acélt használjon a tartó testrészek felépítésében, ugyanakkor meglehetősen könnyű legyen a modell.
A fent felsorolt előnyök mellett a polimer anyag méltó helyet foglal el az autóiparban a következő okok miatt:
- Az alkatrészek minimális súlya, ugyanakkor tisztességes erővel rendelkeznek;
- A kész termék nem fél a nedvesség és a nap agresszív hatásaitól;
- Az alapanyag-szakasz rugalmassága miatt a gyártó teljesen különböző formájú alkatrészeket hozhat létre, beleértve a legösszetettebbeket is;
- A kész termékek esztétikusan néznek ki;
- Hatalmas testrészeket, sőt egyes esetekben akár az egész testet is létrehozhat, mint például a bálnautók esetében (az ilyen autókról itt olvashat bővebben: külön felülvizsgálat).
Az innovatív technológia azonban nem lehet teljes alternatívája a fémnek. Ennek számos oka van:
- A polimer töltőanyagok költsége nagyon magas;
- Az alkatrész alakjának tökéletesnek kell lennie. Ellenkező esetben az elem csúnyának bizonyul;
- A gyártási folyamat során rendkívül fontos a munkahely tisztán tartása;
- A tartós panelek létrehozása időigényes, mivel a kompozit hosszú ideig szárad, és egyes testrészek többrétegűek. A szilárd testeket gyakran készítik ebből az anyagból. Megnevezésükhöz a szárnyas "monokokk" kifejezést használják. A monokokk testtípusok létrehozásának technológiája a következő. A szénszálas réteget polimerrel ragasztják. A tetejére egy újabb anyagréteget fektetnek, csak úgy, hogy a szálak más irányban helyezkedjenek el, leggyakrabban derékszögben. Miután a termék elkészült, egy speciális sütőbe tesszük, és egy ideig magas hőmérsékleten tartjuk, hogy az anyag megsüljön és monolit alakot kapjon;
- Amikor egy összetett anyag alkatrész elromlik, rendkívül nehéz megjavítani (egy példát mutatunk be az autó lökhárítóinak javítására) itt);
- Az összetett alkatrészeket nem újrahasznosítják, csak megsemmisítik.
A gyártás magas költsége és bonyolultsága miatt a közönséges közúti autók minimális számú alkatrészt tartalmaznak üvegszálból vagy más összetett analógokból. Leggyakrabban ilyen elemeket telepítenek egy szuper autóra. Ilyen autó például a Ferrari Enzo.
Igaz, a civil sorozat egyes exkluzív modelljei összetett adatokat kapnak. Példa erre a BMW M3. Ennek az autónak szénszálas tetője van. Az anyag rendelkezik a szükséges szilárdsággal, de ugyanakkor lehetővé teszi, hogy a súlypontot közelebb vigye a talajhoz, ami növeli a leszorítóerőt a sarkokba való belépéskor.
Egy másik eredeti megoldást a könnyű anyagok használatában az autó karosszériájában a híres Corvette szuperautó gyártója mutat be. Közel fél évszázadon keresztül a vállalat olyan térbeli fémkeretet használ a modellben, amelyre kompozit paneleket rögzítenek.
Szén test: előnyök és hátrányok
Egy másik anyag megjelenésével az autók biztonsága és ugyanakkor könnyedsége új szintet ért el. Valójában a szén ugyanaz az összetett anyag, csak a berendezések új generációja teszi lehetővé tartósabb szerkezetek létrehozását, mint a monokokk gyártása során. Ezt az anyagot olyan híres modellek karosszériájában használják, mint a BMW i8 és az i3. Ha más autók szénét korábban csak dekorációként használták, akkor ezek a világ első olyan autói, amelyek karosszériája teljes egészében szénből készül.
Mindkét modell hasonló kialakítású: az alap alumíniumból készült moduláris platform. Az autó összes egysége és mechanizmusa rögzítve van rajta. Az autók karosszériája két félből áll, amelyek már tartalmaznak néhány belső részletet. Az összeszerelés során csavaros szorítókkal kapcsolódnak egymáshoz. Ezeknek a modelleknek az a sajátossága, hogy ugyanazon az elven épülnek, mint az első autók - egy vázszerkezet (csak a lehető legkönnyebb), amelyre az összes többi kitüntetés rögzítve van.
A gyártási folyamat során az alkatrészeket speciális ragasztóval kötik össze. Ez szimulálja a fém alkatrészek hegesztését. Az ilyen anyag előnye a nagy szilárdság. Amikor az autó legyőzi a nagy dudorokat, a test torziós merevsége megakadályozza annak deformálódását.
A szénszál további előnye, hogy minimális munkást igényel az alkatrészek gyártásához, mivel a csúcstechnológiás berendezéseket elektronika vezérli. A szén test egyedi részekből készül, amelyek különleges formákban vannak kialakítva. Egy speciális összetételű polimert nagy nyomáson pumpálnak a formába. Ezáltal a panelek tartósabbak, mint a szálak kézi kenése. Ezenkívül kisebb sütőkre van szükség az apró cikkek sütéséhez.
Az ilyen termékek hátrányai elsősorban a magas költségeket jelentik, mivel drága berendezéseket használnak, amelyek magas színvonalú szolgáltatást igényelnek. Ezenkívül a polimerek ára jóval magasabb, mint az alumíniumé. És ha az alkatrész törött, akkor lehetetlen saját maga megjavítani.
Itt van egy rövid videó - példa a BMW i8 karbon testeinek összeállítására:
Kérdések és válaszok:
Mit tartalmaz az autó karosszériája? Az autó karosszériája a következőkből áll: első támaszték, első pajzs, első oszlop, tető, B-oszlop, hátsó oszlop, sárvédők, csomagtartó panel és motorháztető, alsó.
Mire támaszkodik az autó karosszériája? A fő test a térkeret. Ez egy ketrec formájában készült szerkezet, amely a test teljes kerülete körül helyezkedik el. A test ehhez a tartószerkezethez van rögzítve.
