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.

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.

Основным материалом для производства автомобиля является сталь. Действительно, ведь стали обладают достаточной конструкционной прочностью, небольшой ценой, а также могут использоваться в разных технологических процессах: они легко штампуются или свариваются. Но у сталей есть и недостатки. Главный из них – низкая стойкость к коррозии, что вынуждает конструкторов применять для защиты кузова специальные защитные покрытия. Кроме того, стальная деталь имеет большую массу. Поэтому в конструкции автомобилей нашли широкое применение алюминиевые сплавы, пластмассы и композитные материалы.

Это обусловлено стремлением снизить уязвимость кузовов автомобилей к коррозии, а также уменьшить общую массу автомобиля, что благоприятно влияет на экономичность и управляемость. Тем не менее листовые стали не сдают свои позиции, так как стоимость алюминиевых, а уж тем более композитных материалов гораздо выше. На крупных автомобильных заводах за сутки может перерабатываться свыше 1 000 тонн листовых сталей, которые идут на изготовление широкого ассортимента автомобильных деталей. Но давайте взглянем на другие материалы, которые могли бы заменить сталь в производстве автомобилей.

Дерево

Начать наш обзор справедливо с дерева. Этот материал стоял у истоков автомобилестроения и до массового применения стали широко использовался в автомобилях. Деревянные доски или просто фанера часто шли на применение в кузовах легковых автомобилей, и прочих утилитарных конструкциях.

1 / 2

2 / 2

Отдельно стоит сказать о роскошных автомобилях – богатые владельцы обращались к кузовным ателье, в которых творили поистине произведения искусства. Панели кузовов выполнялись из лакированного дерева ценных пород, а салон обшивался дорогим сафьяном или шелком.

Особняком здесь стоит уникальная Hispano-Suiza Н6С, построенная в 1924 году гонщиком Андре Дюбоннэ. Ее двигатель с несколькими карбюраторами рабочим объемом почти в 8 литров развивал 200 л.с., но для настоящего гоночного автомобиля был нужен легкий кузов. Дефицитных в те годы легких сплавов магния или алюминия Дюбоннэ не достал, а потому обратился в авиастроительную компанию Nieport с просьбой постройки легкого кузова.

Машина, впоследствии ставшая известной под именем Tulipwood, имела набранный из 20-миллиметровых шпангоутов каркас, на который с помощью медных заклепок крепились планки разных длины и ширины, изготовленные, вопреки имени, из древесины красного дерева махагони, в то время как древесина тюльпанного дерева очень плохо гнется и склонна к раскалыванию, что не позволяет применять ее в строительстве кузовов.

После установки всех деталей машину покрыли несколькими слоями лака и отполировали. Вся нижняя часть рамы для улучшения обтекаемости и защиты от ударов была закрыта алюминиевым кожухом. Сзади для лучшей развесовки разместили 175-литровый бензобак.

Андре Дюбоннэ поучаствовал на своей «деревяшке» в одной гонке – Тарга Флорио, где финишировал в итоге седьмым. После гонки он оставил автомобиль для повседневных поездок, а позднее тот попал в Америку и сохранился до наших дней в одном из калифорнийских автомобильных музеев.

Во время Второй мировой войны вся сталь уходила на нужды фронта, и большинство автомобилей стало оснащаться простыми деревянными кузовами типа фаэтон или универсал. Серийное производство автомобилей с деревянными кузовами продолжалось и после войны, особенно массово это явление получило развитие в Америке. И если в Европе и СССР к 50-м годам парк автомобилей имел стальные кузова, то американские автомобилисты не могли избавиться от привычки ездить на деревянной машине. Панели кузовов кабриолетов выполняли из красного дерева и лакировали, но в 60-е годы от деревянного кузова, который имел свойство рассыхаться, был пожароопасен и попросту небезопасен, стали отказываться. А впоследствии вплоть до 80-х годов на многих американских универсалах и джипах имелась виниловая графика с отделкой «под дерево».

Такие машины особенно популярны благодаря американским фильмам 80-90-х годов, где граждане Штатов путешествовали по стране на универсалах. Сейчас ясеневые рамы используют для своих машин англичане из фирмы Morgan, да в одном из поколений , но полноценного автомобиля, выполненного целиком из дерева, современная промышленность уже не выпускает.

Splinter

В 2007 году американский энтузиаст Джо Хармон представил на тюнинг-шоу в Эссене среднемоторный суперкар Splinter, к постройке которого он приступил еще будучи студентом. На постройку суперкара ушло пять лет, причем все строилось своими силами и средствами. Кузов среднемоторной «Щепки» создан из древесины вишни и бальсы, а за спиной водителя разместился семилитровый двигатель V8 от Chevrolet Corvette, развивающий свыше 700 л.с. Из металла также сделаны и коробка передач, усилители кузова, амортизаторы, рычаги задней подвески и тормоза. А вот передняя подвеска получила деревянные (!) рычаги, а металлического в колесах – только алюминиевые ступицы и обода. В результате масса двухместного автомобиля достигла 1 360 кг, а по заявлениям авторов максимальная скорость Splinter в теории может достигать 380 км/ч, однако испытания не проводились. Впрочем, для автора этого достаточно: машину он расценивает как воплощение своей детской мечты и даже не помышляет хотя бы о мелкосерийном производстве.

Бамбук

Отдельно расскажем о единственном концепт-каре, который применил в своей конструкции… бамбук. Автомобиль, получивший название Ford MA, был показан на выставке Индустриального дизайна в 2003 году. Имя было выбрано как заключение идей, заложенных в азиатской философии «пространство между» применительно к автомобилю, выражаемое в том, что Ford MA является средоточием между эмоциями, искусством и наукой. Разработанный на компьютере родстер, выдержанный в минималистичном стиле, использует в своей конструкции бамбук, алюминий и углепластик, а задние колеса приводит в движение электромотор, но создателями допускается и установка небольшого бензинового моторчика. Родстер ориентирован на молодых людей, которые хотят найти свежие интерпретации автомобилей. Кстати, в машине нет сварных швов: все элементы соединены между собой с помощью 364 титановых болтов, а это означает, что такие родстеры можно легко собирать дома как конструктор из почти 500 деталей.

1 / 3

2 / 3

3 / 3

Кожа

В разоренной послевоенной Европе начали возникать сложности c поиском замены дефицитной стали, которой с трудом хватало на грузовики и автобусы. Поэтому широкое распространение у автомобильных производителей получили простенькие и дешевые мотоколяски наподобие BMW Isetta и Messerschmitt Kabinroller, которые имели три колеса, двухтактный мотор и крошечные размеры. Впрочем, покупатели не жаловались – машина стоила совсем немного, а уж благодаря Изетте мы вообще сейчас знаем марку BMW.

В таких условиях чехи Франтишек и Моймир Странские реализовали свою собственную идею бюджетного трехколесного автомобиля для народа. Первый прототип был создан братьями в 1943 году, получил имя Oskar (акроним от чешского «osa kara» – буквально «тележка на оси») и имел трубчатую раму, обшитую алюминиевыми листами. Спереди у машины было два колеса, соединенных с помощью рулевой рейки, а на одно заднее приходился цепной привод от мотоциклетного мотора.

В серийное производство автомобиль был запущен в 1950 году и получил имя Velorex. Алюминиевые листы были в те годы стратегическим сырьем, и братьям пришлось срочно искать замену. Сталь не подходила: снабженный 250-кубовым двигателем от Явы Velorex 16/250 был очень ограничен в динамике, а стальной кузов сильно увеличивал массу машины, поэтому на раму натянули практичный и непромокаемый дерматин.

В разные годы 80 рабочих фабрики братьев Странских собирали до 400 автомобилей в год, а производство завершилось к 1973 году. Большинство Велорексов уходило в органы соцобеспечения, где полученные машины передавались людям с ограниченными возможностями. Переделанные в легкие грузовички, автомобили широко использовались как технологический транспорт на крупных промышленных предприятиях, а некоторое количество продавалось и в широком доступе. Благодаря своей простоте и неприхотливости машина пользовалась популярностью в сельской местности, ее охотно покупали агрономы и сельские врачи.

Velorex постоянно модернизировался, машина получала все более мощные двигатели. Например, выпускались модели с 175-, 250- и 350-кубовыми двигателями от Явы, а позднее появился динамостартер и гидропривод сцепления, облегчивший жизнь владельцев машины. Интересный факт: заднего хода как такового у Велорекса не существовало – чтобы поехать назад, нужно было остановить двигатель и запустить его так, чтобы коленчатый вал вращался в обратном направлении.

В современном автомире кожа, как видно, не слишком часто встречается на кузовах автомобилей: сейчас кузовные панели затягивают в нее только тюнинг-ателье по заказу своих клиентов.

Ткань

Но не кожей единой пользовались автомобильные конструкторы. Например, в середине 80-х годов в Белорусской академии художественных искусств была создана примитивная мотоколяска, в основу которой легла трубчатая рама, на которую натянули… ткань.

Вообще, ткань как таковая имеет место в конструкции кузовов и по сей день: стоит вспомнить любой автомобиль-кабриолет с мягким складным матерчатым верхом. Но то только верх, а другое – весь кузов. И из нее делали не только мотоколяски, а вполне себе крупные автомобили. Чего только стоит построенный безымянным механиком фирмы Chris-Craft Motor Boats из Сан-Франциско в 1937 году американский автомобиль-кемпер Himsl Zeppelin Roadliner. В качестве основы использовали лонжеронную раму от универсала Plymouth (история умалчивает, какого именно), куда прикрепили отдельный трубчатый каркас, обтянутый авиационной тканью – перкалью. Этот материал, хоть и достаточно прочный, все-таки потребовал металлических бамперов и рам-усилителей вокруг окон.

В салоне установили два дивана-кровати, столик и даже газовую плиту. После постройки автомобиль долгое время находился у местного врача, успешно пережил войну, и в 1968 году в окрестностях города Конкорд в штате Калифорния на машину наткнулись двое друзей-реставраторов – Арт Химсл и Эд Грин. Она была приведена в чувства и долгие годы служила друзьям передвижным офисом.

В 1999 году Химсл и Грин провели комплексную реставрацию машины. Древний карбюраторный двигатель Плимута отправили на свалку, а его место занял более мощный V8 от современного Chevrolet Camaro, тканевую обшивку заменили на поливолокно, которое применяют при строительстве легких самолетов, перешили салон и в довершение всего установили пневмоподвеску.

Говоря о тканевых автомобилях, нельзя не вспомнить о современном концепте родстера BMW, получившем имя GINA. По словам главного дизайнера проекта Криса Бэнгла – человека, создавшего современный стиль автомобилей баварской марки, – имя GINA – это аббревиатура от «Geometry and Functions In «N» Adaptions», то есть «возможность многочисленного изменения форм кузова».

1 / 2

2 / 2

При создании автомобиля разработчики задали несколько вопросов. Почему кузова автомобилей делаются обязательно из пластика или металлов? Может ли владелец настроить все в своей машине так, как хочется именно ему? Ответом на эти вопросы стала… натянутая на каркас кузова эластичная ткань, разработанная в американском подразделении BMW. Сам каркас представляет собой множество металлических трубок, которые могут перемещаться с помощью гидравлических приводов. Так, владелец может одним нажатием клавиши открывать/закрывать фары и щель на капоте для обозрения мотора и менять форму ребер на боковинах, а в салоне – настраивать подголовники или менять комбинацию приборов.

Конечно, перспектив серийного выпуска похожих на Джину автомобилей в ближайшем будущем нет, но конструкторы считают, что у таких тканевых кузовов большое будущее. По словам все того же Бэнгла, ткань может дать разработчикам меньшее количество ограничений в дизайне, позволяет придать кузову аэродинамически правильную форму и защитить внутренние узлы кузова, а возможно, и перевернуть представления о конструкции автомобиля. Ведь легким движением руки будущий покупатель сможет изменить форму кузовных деталей на ту, что больше всего подходит его запросам.

Конопля

Вообще ткани всегда интересовали конструкторов с точки зрения выпуска композитных материалов – ведь они легче и не поддаются коррозии, а их производство дешевле. В качестве основы использовались натуральные тканевые волокна, несколько слоев которых пропитывались эпоксидной смолой.

Первым в мире автомобилем с кузовом из композитов стал Soybean Car («Соевый автомобиль»), сконструированный как эксперимент компанией Ford и представленный в августе 1941 года. Также он известен под именем «Hemp body car» («Автомобиль с кузовом из конопли»). В качестве основы для машины использовали рамное шасси и силовой агрегат от седана Ford V8, а внешние панели выполнили из пластика, в котором наполнителями стали конопляное волокно и соевые бобы. Всего панелей было 14, и все они крепились к раме с помощью болтов, это позволило удержать массу машины на уровне 850 кг, что примерно на 35 процентов меньше, чем у прототипа. V-образную карбюраторную «восьмерку» перевели на питание биоэтанолом, полученным из всё той же конопли. Работы по автомобилю закончились после вступления США во Вторую мировую, а впоследствии автомобиль был уничтожен.

Натуральные волокна в качестве наполнителя будоражили умы конструкторов машин еще долгое время. Например, известный немецкий автомобиль Trabant имел кузов из композитного материала «дуропласт». Здесь наполнителем являлись отходы советского хлопкового производства – очёсы, которые заливались все той же эпоксидной смолой. Шутники советовали владельцам «Траби» остерегаться коз, свиней и гусениц, в ожидании того, что их «хлопковый пластик» мог быть попросту съеден. Тем не менее такой материал не гнил и обеспечивал небольшую массу машинке, снабженной двухтактным моторчиком в 25 л.с.

Но и это не было концом. В 2000 году компания Toyota представила концептуальный автомобиль Toyota ES3 – компактный городской автомобиль с алюминиевым кузовом, внешние панели которого выполнены из специального полимера TSOP (Toyota Super Olefin Polymer). Этот материал использует в качестве сырья лен, бамбук и даже… картофель и легко поддается переработке. Широкого распространения он так и не получил – наверняка из-за нежелания владельцев иметь машины из переработанной картошки.

Расскажем из чего делают кузова автомобилей и какие технологии появились? Рассмотрим недостатки и преимущества основных материалов, используемых при изготовлении машины.

Для изготовления кузова необходимо сотни отдельных частей, которые затем нужно соединить в одну конструкцию, соединяющую все части современного автомобиля. Для легкости, прочности, безопасности и минимальной стоимости кузова конструкторам необходимо идти на компромиссы, искать новые технологии, новые материалы.

Сталь

Основные детали кузова изготовляют из стали, алюминиевых сплавов, пластмасс и стекла . Причем предпочтение отдается низкоуглеродистой листовой стали толщиной 0,65...2 мм. Благодаря применению последней удалось снизить общую массу машины и повысить жесткость кузова. Это вызвано ее высокой механической прочностью, недефицитностью, способностью к глубокой вытяжке (можно получать детали сложной формы), технологичностью соединения деталей сваркой. Недостатками этого материала являются высокая плотность и низкая коррозионная стойкость, требующая сложных мероприятий по защите от коррозии .

Конструкторам нужно, чтобы сталь была прочной и обеспечивала высокий уровень пассивной безопасности, а технологам нужна хорошая штампуемость. И главная задача металлургов - угодить и тем и другим. Поэтому разработан новый сорт стали, 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.

Преимущества:

• низкая стоимость;
• высокая ремонтопригодность кузова;
• отработанная технология производства и утилизации.

Недостатки:

• самая большая масса;
• требуется антикоррозийная защита от коррозии;
• потребность в большом количестве штампов;
• ограниченный срок службы.

Что в будущем? Совершенствование технологий производства и штамповки, увеличение в структуре кузова доли высокопрочных сталей. И применение сверхвысокопрочных сплавов нового поколения. К ним уже можно отнести TWIP-сталь с высоким содержанием марганца (до 20%). Данная сталь обладает особым механизмом пластической деформации, благодаря которому относительное удлинение может достигать 70%, а предел прочности - 1300 МПа. Для примера: прочность обычных сталей составляет до 210 МПа, а высокопрочных - от 210 до 550 МПа.

Алюминий

Алюминиевые сплавы для изготовления автомобильных кузовов начали использовать относительно недавно. Используют алюминий при изготовлении всего кузова или его отдельных деталей – капот, двери, крышка багажника.

Алюминиевые сплавы применяются в ограниченном количестве. Поскольку прочность и жесткость этих сплавов ниже, чем у 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 акустической характеристики кузова.

Начальный этап изготовления алюминиевого кузова схожий с изготовлением стального. 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.

Достоинства:

• возможность изготовить детали любой формы;
• кузов легче стального, при этом прочность равная;
• легкость в обработке, вторичная переработка не составляет труда;
• устойчивость к коррозии, а также низкая цена технологических процессов.

Недостатки:

• низкая ремонтопригодность;
• необходимость в дорогостоящих способах соединения деталей;
• необходимость специального оборудования;
• значительно дороже стали, так как энергозатраты намного выше.

Стеклопластик и пластмассы

Под названием стеклопластик имеется в виду любой волокнистый наполнитель, который пропитан полимерными смолами. Наиболее известными наполнителями считаются – карбон , стеклоткань и кевлар.

Около 80% пластмасс, применяемых в автомобилях, приходится на пять типов материалов: полиуретаны, поливинилхлориды, полипропилены, АБС-пластики, стеклопластики. Остальные 20% составляют полиэтилены, полиамиды, полиакрилаты, поликарбонаты.

Из стеклопластиков изготовляют наружные панели кузовов, что обеспечивает существенное уменьшение массы автомобиля. Из полиуретана делают подушки и спинки сидений, противоударные накладки. Сравнительно новым направлением является применение этого материала для изготовления крыльев, капотов, крышек багажника.

Поливинилхлориды применяют для изготовления многих фасонных деталей (щиты приборов, рукоятки) и обивочных материалов (ткани, маты). Из полипропилена делают корпуса фар, рулевые колеса, перегородки и многое другое. АБС-пластики используют для различных облицовочных деталей.

Достоинства стеклопластика:

• при высокой прочности маленький вес;
• поверхность деталей обладает хорошими декоративными качествами;
• простота в изготовлении деталей, имеющих сложную форму;
• большие размеры кузовных деталей.

Недостатки стеклопластика:

• высокая стоимость наполнителей;
• высокое требование к точности форм и к чистоте;
• время изготовления деталей достаточно продолжительное;
• при повреждениях сложность в ремонте.

Автомобильная промышленность не стоит на месте и развивается в угоду потребителю, который хочет быстрый и безопасный автомобиль. Это приведет к тому, что в производстве авто используются новые, отвечающие современным требованиям материалы.

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.