При разработке новой модели автомобиля каждый производитель стремится увеличить динамику своей продукции, но при этом не лишить автомобиль безопасности. Хотя динамические характеристики во многом зависят от типа двигателя, кузов автомобиля играет немалую роль. Чем он тяжелее, тем больше усилий будет прилагать двигатель внутреннего сгорания для ускорения . Но если автомобиль слишком легкий, то это негативно скажется на прижимной силе.
Делая свою продукцию легче, производители стремятся улучшить аэродинамические свойства кузова. Снижение массы автомобиля осуществляется не только за счет установки агрегатов из легкосплавных материалов. Давайте разберемся, какие материалы используются для изготовления кузовов автомобилей, а также каковы плюсы и минусы каждого из них.
Кузову современного автомобиля уделяется не меньше внимания, чем его механизмам. Вот параметры которым он должен соответствовать:
- Прочный. При столкновении он не должен травмировать людей, находящихся в салоне. Жесткость на кручение должна обеспечивать сохранение формы автомобиля при движении по неровной местности. Чем меньше этот параметр, тем больше вероятность того, что рама автомобиля деформируется, и транспорт будет непригоден для дальнейшей эксплуатации. Особое внимание уделяется прочности передней части крыши. Так называемый "лосиный" тест помогает автопроизводителю определить, насколько безопасен будет автомобиль при ударе высокого животного, например оленя или лося (вся масса туши падает на лобовое стекло и верхнюю перемычку крыши над ним).
- Современный дизайн. В первую очередь искушенные автомобилисты обращают внимание на форму кузова, а не только на техническую часть автомобиля.
- Безопасность. Все находящиеся в транспортном средстве должны быть защищены от внешних воздействий, в том числе и при боковом столкновении.
- Многосторонность. Материал, из которого изготовлен кузов автомобиля, должен выдерживать различные погодные условия. Помимо эстетики, лакокрасочное покрытие используется для защиты материалов, которые боятся агрессивной влаги.
- Долговечность. Нередко создатель экономит на материале кузова, из-за чего автомобиль приходит в негодность уже через несколько лет эксплуатации.
- Ремонтопригодность. Чтобы после незначительной аварии вам не пришлось выбрасывать машину, производство современных типов кузова подразумевает модульную сборку. Это означает, что поврежденную деталь можно заменить на аналогичную новую.
- Доступная цена. Если кузов автомобиля будет выполнен из дорогих материалов, то на площадках автопроизводителей скопится огромное количество невостребованных моделей. Это часто происходит не из-за плохого качества, а из-за высокой стоимости транспортных средств.
Для того чтобы модель кузова соответствовала всем этим параметрам, производителям приходится учитывать характеристики материалов, из которых изготавливаются каркас и наружные панели кузова.
Чтобы производство автомобиля не требовало больших ресурсов, инженеры компаний разрабатывают такие модели кузовов, которые позволяют сочетать их основную функцию с дополнительными. Например, основные узлы и детали интерьера крепятся к конструкции автомобиля.
Давайте рассмотрим, в чем заключается особенность каждого материала, который используется для изготовления кузовов автомобилей.
Стальной кузов преимущества и недостатки.
Большинство элементов кузова современного автомобиля изготовлены из прокатной стали. Толщина металла в некоторых сечениях достигает 2,5 миллиметра.
Этот металл обладает высокой прочностью, из него можно штамповать элементы различной формы, а детали легко скреплять между собой с помощью точечной сварки. При изготовлении автомобиля инженеры обращают внимание не только на пассивную безопасность, а также на легкость обработки материала, чтобы стоимость кузова была как можно ниже.
Вот еще несколько преимуществ стального корпуса:
- Ремонт стальных изделий самый простой - достаточно купить новый элемент, например, крыло, и заменить его;
- Его легко перерабатывать - сталь очень хорошо поддается вторичной переработке, поэтому у производителя всегда есть возможность получить дешевое сырье;
- Технология изготовления стального проката проще, чем обработка легкосплавных аналогов, поэтому сырье дешевле.
Несмотря на эти преимущества, стальные кузова имеют ряд существенных недостатков:
- Готовая продукция тяжелая;
- Ржавчина быстро появляется на незащищенных частях. Если элемент не защищен лакокрасочным покрытием, повреждения быстро приведут кузов в негодность;
- Чтобы листовая сталь имела повышенную жесткость, деталь должна быть проштампована много раз;
- Ресурс металлопродукции самый маленький по сравнению с цветными металлами.
Сегодня свойства стали повышаются за счет добавления в состав некоторых химических элементов, повышающих ее прочность и стойкость к окислению.
Алюминиевый кузов преимущества и недостатки.
Ранее алюминий использовался только для изготовления панелей, которые крепились к стальной конструкции. Современные разработки в производстве алюминия позволяют использовать этот материал также и для создания каркасных элементов.
Хотя этот металл менее восприимчив к влаге, чем сталь, он обладает меньшей прочностью и механической эластичностью. По этой причине, чтобы уменьшить вес автомобиля, этот металл используют для создания дверей, багажных полок, капотов. Чтобы использовать алюминий в каркасе, производителю приходится увеличивать толщину изделий, что не очень хорошо так как увеличивается вес конструкции.
Плотность алюминиевых сплавов значительно ниже, чем у стальных, поэтому шумоизоляция в автомобиле с таким кузовом значительно хуже. Для обеспечения того, чтобы салон такого автомобиля получал минимум внешнего шума, производитель использует специальные технологии шумоподавления, что делает автомобиль более дорогим, чем аналогичный вариант со стальным кузовом.
Изготовление алюминиевого корпуса на ранних стадиях аналогично процессу создания стальных конструкций. Сырье разбивают на листы, затем их штампуют в соответствии с требуемой конструкцией. готовые детали собираются в общую конструкцию.
Аргументы в пользу алюминиевого корпуса:
- Листовой материал легче штамповать, поэтому в процессе изготовления панелей требуется менее мощное оборудование, чем для штамповки из стали;
- По сравнению со стальными корпусами идентичная форма из алюминия будет легче, а прочность останется на том же уровне;
- Детали легко обрабатываются и перерабатываются;
- Материал более прочный, чем сталь - он не боится влаги;
- Стоимость производственного процесса ниже по сравнению с предыдущей версией.
Не все автомобилисты соглашаются купить автомобиль с алюминиевым кузовом. Причина в том, что даже при незначительной аварии ремонт автомобиля будет дорогим. Само сырье стоит дороже стали, и если деталь нужно будет менять, автовладельцу придется искать специалиста, у которого есть специальное оборудование для качественного соединения элементов.
Пластиковый корпус
Вторая половина ХХ века ознаменовалась появлением пластика. Популярность такого материала обусловлена тем, что из него можно изготовить любую конструкцию, которая будет намного легче даже алюминия.
Пластик не нуждается в покраске. Достаточно добавить в сырье необходимые красители, и продукт приобретает нужный оттенок. Кроме того, он не выцветает и не нуждается в перекраске при царапинах. По сравнению с металлом, пластик более износостойкий, он вообще не реагирует с водой, поэтому не ржавеет.
Стоимость изготовления пластиковых панелей значительно ниже, так как для тиснения не нужны мощные прессы. Нагретое сырье представляет собой текучую среду, за счет чего форма корпусных деталей может быть абсолютно любой, чего трудно добиться при использовании металла.
Несмотря на эти явные преимущества, пластик имеет очень большой недостаток - его прочность напрямую связана с условиями эксплуатации. Так, если температура наружного воздуха падает ниже нуля, то детали становятся хрупкими. Даже небольшая нагрузка может привести к тому, что материал лопнет или разлетится на куски. С другой стороны, по мере повышения температуры ее эластичность возрастает. Некоторые виды пластмасс деформируются при нагревании на солнце.
Недостатки пластиковых кузовов.
- Поврежденные детали подлежат вторичной переработке, но этот процесс требует специального, дорогостоящего оборудования. То же самое касается и пластмассовой промышленности.
- При изготовлении пластмассовых изделий в атмосферу выбрасывается большое количество вредных веществ;
- Несущие части корпуса не могут быть изготовлены из пластика, так как даже большой кусок материала не так прочен, как тонкий металл;
- Если пластиковая панель повреждена, ее можно легко и быстро заменить на новую, но это гораздо дороже, чем приварить металлическую заплатку к металлу.
Хотя в настоящее время существуют различные разработки, устраняющие большинство перечисленных проблем, довести технологию до совершенства пока не удалось. По этой причине бамперы, декоративные вставки, молдинги в основном изготавливаются из пластика, и только в некоторых моделях автомобилей - крылья.
Композитный кузов
Композит - это материал, содержащий более двух компонентов. В процессе создания материала композит приобретает однородную структуру, благодаря которой конечный продукт будет обладать свойствами двух (или более) веществ, входящих в состав сырья.
Часто композит получается путем склеивания или спекания слоев различных материалов. Часто, чтобы увеличить прочность детали, каждый отдельный слой армируют так, чтобы материал не отслаивался во время работы.
Наиболее распространенным композитом, используемым в автомобильной промышленности, является стекловолокно. Материал получается добавлением полимерного наполнителя в стекловолокно. Из такого материала изготавливаются внешние элементы кузова, например, бамперы, решетки радиатора, иногда головная оптика (чаще всего они изготавливаются из стекла, а облегченные варианты-из полипропилена). Установка таких деталей позволяет производителю использовать сталь в конструкции несущих кузовных деталей, но при этом сохранить модель достаточно легкой.
Помимо перечисленных выше преимуществ, полимерный материал занимает достойное место в автомобильной промышленности по следующим причинам:
- Минимальный вес деталей, но в то же время они обладают приличной прочностью;
- Готовое изделие не боится агрессивного воздействия влаги и солнца;
- Благодаря эластичности на стадии сырья производитель может создавать детали совершенно разной формы, в том числе и самые сложные;
- Готовая продукция выглядит эстетично;
Однако инновационная технология не может быть полной альтернативой металлу. Для этого есть несколько причин:
- Стоимость полимерных наполнителей очень высока;
- Форма для изготовления детали должна быть идеальной. В противном случае элемент получится некрасивым;
- Во время производственного процесса крайне важно поддерживать рабочее место в чистоте;
- Создание прочных панелей отнимает много времени, так как композит долго сохнет, а некоторые детали кузова многослойны. Твердые тела часто делаются из этого материала. Для их обозначения используется крылатый термин "монокок". Технология создания монококовых типов кузовов выглядит следующим образом. Слой углеродного волокна склеен полимером. Поверх него укладывается еще один слой материала, только так, чтобы волокна располагались в другом направлении, чаще всего под прямым углом. После того как изделие готово, его помещают в специальную духовку и выдерживают в течение определенного времени при высокой температуре, чтобы материал пропекся и принял монолитную форму;
- Когда деталь из композитного материала ломается, ее крайне сложно отремонтировать;
- Композитные детали не перерабатываются, а только разрушаются.
Из-за высокой стоимости и сложности изготовления, обычные дорожные автомобили имеют минимальное количество деталей, изготовленных из стеклопластика или других композитных аналогов. Чаще всего такие элементы устанавливаются на суперкар. Примером такого автомобиля является Ferrari Enzo.
Углеродный кузов
С появлением другого материала, безопасность и в то же время легкость автомобилей вышла на новый уровень. По сути, углерод является тем же композиционным материалом, только оборудование нового поколения позволяет создавать более прочные конструкции, чем при изготовлении монокока. Этот материал используется в кузовах таких известных моделей, как BMW i8 и i3. Если раньше карбон в других автомобилях использовался только в качестве декора, то это первые серийные автомобили в мире, кузов которых полностью выполнен из карбона.
Обе модели имеют схожую конструкцию: основание представляет собой модульную платформу из алюминия. Все узлы и механизмы автомобиля закреплены на нем. Кузов машины состоит из двух половинок, которые уже имеют некоторые детали интерьера. Они соединяются друг с другом во время сборки с помощью болтовых зажимов.
В процессе производства детали соединяются между собой с помощью специального клея. Это имитирует сварку металлических деталей. Преимуществом такого материала является его высокая прочность. Когда автомобиль преодолевает большие неровности, жесткость на кручение кузова предотвращает его деформацию.
Еще одно преимущество углеродного волокна заключается в том, что для изготовления деталей требуется минимум рабочих рук, так как высокотехнологичное оборудование управляется электроникой. Углеродное тело состоит из отдельных частей, которые формируются в специальных формах. В пресс-форму под высоким давлением закачивается полимер специального состава. Это делает панели более прочными.
Недостатки
К недостаткам такой продукции в первую очередь можно отнести высокую стоимость, поскольку используется дорогостоящее оборудование, требующее качественного обслуживания. Кроме того, цена полимеров значительно выше, чем у того же алюминия. А если деталь сломана, то починить ее самостоятельно невозможно.
