Обзор и анализ материалов кузовов автомобилей

Введение. Успешное функционирование агропромышленного комплекса на современном этапе его развития невозможно без мобильных транспортных средств успешная работа которых во многом коррелирует с новыми научно-техническими разработками в этой области исследований [1-5]. Немало работ посвящено улучшению систем и механизмов автомобильной техники [6-10].

Известно, что одним из ключевых элементов автомобиля является его несущая часть, в частности, кузов. Это ключевая конструкция автомобиля по таким показателям как материалоемкость, в том числе стоимость и сложность изготовления, кроме того, он представляет собой наиболее ответственную его часть.

Конструкция кузова, а также его параметры тесно коррелируют с эксплуатационными свойствами. На форму автомобиля решающее влияние оказывают его конструкция, в том числе компоновка, кроме того, технология производства кузова. При этом создание новой формы требует изыскивать инновационные технологические приемы, включая новые материалы.

Цель работы - существить обзор и анализ современных материалов для изготовления кузовов мобильных транспортных средств. На этой основе определить перспективные направления их развития.

Методика проведения исследований: обзор литературных источников, анализ современных материалов для изготовления кузовов автомобильной техники, установление перспектив их совершенствования.

Результаты исследования. Изготовление кузовов включает в себя широкое использование стали.

Рисунок 1 – Кузов автомобиля из стали

Преимущественно применяется листовая сталь, низкоуглеродистая толщиной в пределах 0,65…2 мм. Это позволило снизить массу авто, в том числе повысить жесткость конструкции кузова. Стали свойственны высокая механическая прочность, доступность, технологичность. Отрицательные свойства стали – высокое значение плотности, а также невысокая коррозийная стойкость. Для решения сложной задачи по созданию стали, обеспечивающей прочность, в то же время высокий уровень пассивной безопасности, кроме того, хорошую штамповку создан новый сорт стали. Тип первый: IF-сталь с низким содержанием углерода, в том числе азота и небольшой примесью марганца, включая фосфор, а также кремний и бор.

Тип второй: ВН-сталь («термоупрочненная»). Тип первый и тип второй имеют различие друг от друга лишь только составу, а также технологии изготовления. Тип третий TRIP-стали имеет высокое содержание марганца (в пределах до 20 %). Эта сталь характеризуется гибким механизмом пластической деформации, по этой причине относительное удлинение способно доходить до 70 %, а значение предела прочности – 1300 Мпа. Значение прочности обычных сталей находится в пределах до 210 Мпа, тогда как высокопрочных в диапазоне 210…550 Мпа.

Достоинства: невысокая стоимость; хорошая пригодность к ремонту конструкции кузова; отшлифованная технология производства, в том числе утилизации.

Недостатки: большая масса; необходима защита от коррозии; потребность в немалого количества штампов; ограниченный ресурс.

Сравнительно новый материал для изготовления кузовов автомобилей – алюминиевые сплавы. Конструкции из них имеют такие же свойства, как и изделия из стали, но при этом они примерно на 60 % легче. В случае столкновения алюминий способен гасить на 50 % больше энергии по сравнению со сталью. Он не нуждается в антикоррозионной обработке. Сравнительно малая жесткость алюминия требует увеличения толщины стенок в тех местах, где это необходимо. Существующая технология сварки алюминия в инертном газе стала чаще заменяться клеевыми соединениями.

Основной причиной сдерживания широкого использования этого материала является уго высокая стоимость. Хотя изделия из алюминия в два раза легче по сравнению со стальными, но в то же время по стоимостью в два раза дороже.

Рисунок 2 – Кузов автомобиля из алюминия

Достоинства: вероятность изготовления детали самой разной формы; вес меньше стали, но прочность одинаковая; несложность в обработке, а также во вторичной обработке; хорошая антикоррозийная устойчивость, в том числе невысокая цена технологических процессов.

Недостатки: невысокая пригодность к ремонту; требуются дорогие способы для соединения деталей; необходимо специализированное оборудование; существенно дороже по сравнению со сталью, по причине высоких энергозатрат.

Рисунок 3 – Кузов автомобиля из композитных материалов

Композит представляет собой искусственный сплошной материал, включающий в себя два или несколько компонентов с четкой границей между ними.

Материалы для мобильных транспортных средств из композита всё шире применяются и увеличивают свою долю на рынке. Композиты используются при изготовлении всех улов автомобилей. Даже существуют концепт-кары, корпус которых полностью выполненные из композитных материалов.

Эти материалы широко применяются для изготовления внешних деталей машин. Из них обычно производят: силовые устройства – силовые конструкции дверей, в том числе сидений, а также защитные части днища; составляющие элементы крепления бамперов или же радиаторов; декоративные части; крышки багажников и т.д.

Композиты применительно к автомобилестроению являют собой продукцию из углеродного волокна. Ключевое преимущество углеволокна малый вес, в том числе высокая прочность. Углепластик обладает легкость по сравнению со сталью в 5 раз и в 1,8 раз относительно алюминия. В результате применения этого материала масса мобильной машины снижается практически в диапазоне 20-25 %. Это веде к повышению эффективности функционирования силового агрегата, а также уменьшается расход топлива. При изготовлении композитов есть возможность задавать необходимые свойства под требуемую задачу.

Достоинства: высокая значение прочности при малом весе; детали характеризуются хорошими качествами по декоративности; несложность в производстве деталей; большие габаритные размеры изделий кузова.

Недостатки: стоимость существующих наполнителей весьма высокая; повышенное требование к чистоте форм, а также их точности; по времени изготовление деталей продолжительное.

Заключение. Для создания кузова, отвечающего требованиям по легкости, в том числе прочности, безопасности, а также наименьшей стоимости проектировщикам необходимо разрабатывать инновационные технологии и материалы. Перспективным направлением развития в этой сфере являются материалы из стали и алюминия. Сплавы этих металлов совершенствуются путем изменения их состава. Одновременно все большее распространение получают композиты.