З чого роблять кузова автомобілів

Розробляючи нову модель автомобіля, кожен виробник прагне підвищити динаміку своєї продукції, але в той же час не позбавити автомобіль безпеки. Хоча динамічні характеристики багато в чому залежать від типу двигуна, чимале значення відіграє кузов авто. Чим важче він буде, тим більше зусиль докладатиме ДВС для того, щоб розігнати транспорт. Але якщо машина буде дуже легкою, це часто негативно позначається на притискної сили.

Полегшуючи свою продукцію, виробники прагнуть поліпшити аеродинамічні властивості кузова (про те, що таке аеродинаміка, розповідається в іншому огляді). Зменшення ваги транспортного засобу здійснюється не тільки за рахунок установки агрегатів з легкосплавних матеріалів, але і завдяки полегшеним кузовним деталям. Розберемося з тим, які матеріали використовуються для виготовлення кузовів автомобілів, а також в чому плюси і мінуси кожного з них.

Передісторія автомобільних кузовів

Кузову сучасного автомобіля приділяється не менше уваги, ніж його механізмам. Ось якими параметрами він повинен відповідати:

1. Міцний. При зіткненні він не повинен травмувати людей, що знаходяться в салоні. Жорсткість на кручення повинна забезпечувати збереження форми авто при пересуванні по нерівній місцевості. Чим меншим буде цей параметр, тим більша ймовірність, що каркас авто деформується, і транспорт буде непридатним до подальшої експлуатації. Особлива увага приділяється міцності фронтальної частини даху. Так званий «Лосиний» тест допомагає автовиробникові визначити, наскільки безпечним буде машина при зіткненні з високим тваринам, наприклад оленем або лосем (вся маса туші доводиться на лобове скло і верхню перемичку даху над ним).
2. Сучасний дизайн. В першу чергу досвідчені автомобілісти звертають увагу саме на форму кузова, а не тільки на технічну частину машини.
3. Безпека. Всі, хто знаходиться в салоні автомобіля, повинні бути захищені від зовнішнього впливу, в тому числі при бічному зіткненні.
4. Універсальність. Матеріал, з якого виготовляється кузов авто, повинен витримувати різні погодні умови. До того ж до естетичності лакофарбове покриття використовується для захисту матеріалів, які бояться агресивного впливу вологи.
5. Довговічність. Нерідкі випадки, коли творець економить на матеріалі кузова, через що автомобіль приходить в непридатність вже через кілька років експлуатації.
6. Ремонтопридатність. Щоб після невеликого ДТП не довелося викидати автомобіль, виготовлення сучасних типів кузова має на увазі модульну збірку. Це означає, що пошкоджену деталь можна замінити на аналогічну нову.
7. Доступна ціна. Якщо кузов автомобіля буде виготовлений з дорогих матеріалів, на майданчиках автовиробників буде накопичуватися величезна кількість незатребуваних моделей. Таке часто відбувається не через погану якість, а через дорожнечу транспортних засобів.

Щоб модель кузова відповідала всім цим параметрам, виробникам доводиться враховувати особливості матеріалів, з яких виготовляється каркас і зовнішні панелі кузова.

Щоб виробництво автомобіля не вимагало багато ресурсів, інженери компаній розробляють такі моделі кузовів, які дозволяють поєднати їх основну функцію з додатковими. Наприклад, до конструкції авто кріпляться основні агрегати та деталі салону.

Спочатку конструкція автомобілів в основі мала раму, до якої кріпилися інші вузли машини. Такий тип досі присутній в деяких моделях авто. Прикладом цього є повноцінні позашляховики (у більшості джипів просто посилена конструкція кузова, але немає рами, такий тип позашляховиків називається кросовером) І вантажівки. На перших автомобілях кожна панель, закріплена на рамної конструкції, могла виготовлятися не тільки з металу, але також з дерева.

Перша модель з несучою конструкцією без рами була Lancia Lambda, що зійшла з конвеєра в 1921 році. Цільну сталеву конструкцію кузова отримала європейська модель Citroen B10, що надійшла в продаж в 1924-му р

Ланча Лямбда

Citroen b10

Ця розробка виявилася настільки популярною, що більшість виробників тих часів рідко коли відходили від концепції суцільносталевого несучого кузова. Такі машини були безпечними. Від стали деякі фірми відмовлялися з двох причин. По-перше, цей матеріал не у всіх країнах був доступним, особливо у воєнні роки. По-друге, сталевий кузов дуже важкий, тому деякі заради установки ДВС з меншою потужністю йшли на компроміс в матеріалах кузова.

У період Другої світової війни в усьому світі сталь була дефіцитом, так як цей метал повністю йшов на військові потреби. З бажання протриматися на плаву, деякі компанії вирішували виробляти кузова своїх моделей з альтернативних матеріалів. Так, в ті роки вперше з'явилися машини, кузов яких був алюмінієвий. Приклад таких моделей - Land Rover 1-Series (кузов складався з алюмінієвих панелей).

Інша альтернатива - дерев'яний каркас. Приклад таких автомобілів - Willys Jeep Stations Wagon модифікація Woodie.

Так як дерев'яний кузов не довговічний і потребував серйозного догляду, незабаром від цієї ідеї відмовилися, а ось що стосується алюмінієвих конструкцій, виробники всерйоз задумалися над впровадженням даної технології в сучасне виробництво. Хоча основна удавана причина - нестача стали, насправді не це було спонукальним чинником, через який автовиробники стали шукати альтернативні варіанти.

1. З моменту всесвітнього паливної кризи більшості автобрендів довелося переглянути технологію свого виробництва. В першу чергу, аудиторія, яка потребує потужних і об'ємних моторів, різко скоротилася через дорожнечу палива. Автомобілісти стали шукати менш ненажерливі машини. А щоб транспорт при менш об'ємному двигуні був досить динамічним, був потрібний легкий, але при цьому досить міцний матеріал.
2. У всьому світі з часом стали сильніше посилюватися екологічні норми по вихлопу автотранспорту. З цієї причини почала впроваджуватися технологія по зниженню споживання палива, підвищення якості згоряння повітряно-паливної суміші і збільшення ККД силового агрегату. Для цього потрібно зменшити вагу всього авто.

Згодом з'явилися розробки з композитних матеріалів, які дозволили ще більше знизити вагу транспорту. Розглянемо, в чому особливість кожного матеріалу, який використовується для виготовлення кузовів автомобілів.

Сталевий кузов: переваги і недоліки

Більшість елементів кузова сучасного авто виготовляються із сталевого прокату. Товщина металу в деяких відділах досягає 2.5 міліметра. Причому переважно в несучої частини використовується низковуглеродний листовий матеріал. Завдяки цьому автомобіль досить легкий і одночасно міцний.

На сьогоднішній день сталь не в дефіциті. Цей метал має високу міцність, з нього можна штампувати елементи різної форми, а деталі легко скріпити між собою за допомогою точкового зварювання. При виготовленні автомобіля інженери приділяють увагу пасивної безпеки, а технологи - простоті обробки матеріалу, щоб собівартість транспорту, наскільки це можливо, була невисокою.

А для металургії найскладніше завдання полягає в тому, щоб догодити і інженерам, і технологам. З огляду на бажані властивості, був розроблений спеціальний сорт стали, який володіє ідеальним поєднанням здатністю до витяжки і достатньої міцності готового виробу. Це спрощує виробництво кузовних панелей і підвищує надійність каркаса авто.

Ось ще деякі плюси сталевого кузова:

• Ремонт сталевих виробів найлегший - досить купити новий елемент, наприклад, крило, і замінити його;
• Його легко утилізувати - сталь відмінно піддається вторинній переробці, завдяки чому у виробника завжди є можливість отримати дешеву сировину;
• Технологія виготовлення сталевого прокату простіше, ніж обробка легкосплавних аналогів, тому сировину коштує дешевше.

Незважаючи на ці переваги, у сталевих виробів є кілька суттєвих недоліків:

1. Готові вироби найважчі;
2. На незахищених деталях швидко з'являється іржа. Якщо елемент не захистити лакофарбовим покриттям, пошкодження швидко призведе кузов в непридатність;
3. Щоб листова сталь мала збільшену жорсткість, деталь потрібно багато разів штампувати;
4. Ресурс у сталевих виробів найменший у порівнянні з кольоровими металами.

На сьогоднішній день властивість стали підвищується за рахунок додавання до складу деяких хімічних елементів, що підвищують її міцність, стійкість до окислення і характеристик пластичності (сталь марки TWIP здатна розтягуватися до 70%, а максимальний показник її міцності становить 1300МПа).

Алюмінієвий кузов: переваги і недоліки

Раніше алюміній використовувався лише для виготовлення панелей, які закріплювалися на сталевої конструкції. Сучасні розробки виробництва алюмінію дозволяють використовувати матеріал також і для створення елементів каркасу.

Хоча цей метал в порівнянні зі сталлю менш схильний до дії вологи, він має меншу міцність і механічної еластичністю. З цієї причини для зниження маси авто даний метал використовується при створенні дверей, ляд багажників, капотів. Щоб використовувати алюміній в каркасі, виробнику доводиться збільшувати товщину виробів, що часто працює проти полегшення транспорту.

Щільність алюмінієвих сплавів набагато менше, ніж у сталі, тому в машині з таким кузовом набагато гірше шумоізоляція. Щоб в салон такого автомобіля надходило мінімум зовнішніх шумів, виробник використовує особливі технології шумозаглушення, через що автомобіль буде коштувати дорожче в порівнянні з аналогічним варіантом, що має сталевий кузов.

Виготовлення алюмінієвого кузова на перших етапах схоже з процесом створення сталевих конструкцій. Сировина розбивається в листи, потім вони штампуються відповідно до потрібним дизайном. Деталі збираються в загальну конструкцію. Тільки для цього використовується аргонове зварювання. У більш дорогих моделях використовується лазерна точкове зварювання, особливий клей або заклепки.

Аргументи на користь алюмінієвого кузова:

• Листовий матеріал легше штампується, тому в процесі виготовлення панелей потрібно не таке потужне обладнання, як для штамповок зі сталі;
• У порівнянні зі сталевими кузовами ідентична форма, виконана з алюмінію, буде легше, а міцність в той же час залишається на однаковому рівні;
• Деталі легко обробляються і піддаються вторинній переробці;
• Матеріал більш довговічний в порівнянні зі сталлю - він не боїться впливу вологи;
• Вартість технологічного процесу виготовлення менше в порівнянні з попереднім варіантом.

Не всі автомобілісти погоджуються на покупку авто з алюмінієвим кузовом. Причина в тому, що навіть при незначному ДТП ремонт машини буде дорогим. Саме сировину коштує більше, ніж сталь, а якщо деталь потрібно міняти, автовласникові доведеться шукати фахівця, у якого є спеціальне обладнання для якісного з'єднання елементів.

Пластиковий кузов: переваги і недоліки

Друга половина ХХ-го століття ознаменувалася появою пластика. Популярність такого матеріалу пояснюється тим, що з нього можна виготовити будь-яку конструкцію, яка буде набагато легше навіть алюмінію.

Пластик не потребує лакофарбовому покритті. Досить додати в сировину потрібні барвники, і виріб набуває потрібний відтінок. До того ж воно не вицвітає і його не потрібно перефарбовувати, коли на ньому з'являються подряпини. У порівнянні з металом пластик довговічніший, він взагалі не вступає в реакцію з водою, тому він не іржавіє.

Модель Хаді має пластиковий кузов

Вартість виготовлення пластикових панелей набагато нижче, так як для тиснення не потрібні потужні преси. Розігріте сировину плинне, завдяки чому форма кузовних деталей може бути абсолютно будь-який, чого складно досягти при використанні металу.

Незважаючи на ці явні переваги, у пластику є дуже великий недолік - його міцність безпосередньо пов'язана з умовами експлуатації. Так, якщо температура повітря на вулиці опускається нижче нуля, деталі стають крихкими. Навіть невелике навантаження може привести до того, що матеріал лопне або розлетиться на шматки. З іншого боку, з підвищенням температури збільшується його еластичність. Деякі типи пластмас деформуються при нагріванні на сонце.

Ось за якими ще причин пластикові кузова менш практичні:

• Пошкоджені деталі піддаються вторинній переробці, проте для цього процесу потрібно спеціальне дороге обладнання. Те ж стосується виробництва пластмаси.
• Під час виготовлення пластмасових виробів в атмосферу викидається велика кількість шкідливих речовин;
• З пластмаси можна виготовляти несучі частини кузова, так як навіть великий шматок матеріалу не такий міцний, як тонкий метал;
• Якщо пошкоджується пластикова панель, її можна легко і швидко замінити на нову, проте це набагато дорожче, ніж приварити металеву латку до металу.

Хоча в наші дні існують різні розробки, які усувають більшість з перерахованих проблем, довести технологію до ідеалу все одно поки не вдалося. З цієї причини з пластика в основному робляться бампери, декоративні вставки, молдинги, і лише в деяких моделях машин - крила.

Кузов з композитних матеріалів: переваги і недоліки

Під поняттям композитний мається на увазі матеріал, до складу якого входить більше двох складових. У процесі створення матеріалу композит набуває однорідну структуру, завдяки чому кінцевий виріб буде мати властивості двох (або більше) речовин, з яких складається сировину.

Нерідко композит буде виходити при склеюванні або спіканні шарів з різних матеріалів. Нерідко для підвищення міцності деталі кожен окремий шар армується, щоб в процесі експлуатації матеріал не відшарувався.

кузов монокок

Найпоширеніший композит, застосовуваний в автомобілебудуванні це склопластик. Матеріал виходить шляхом додавання полімерного наповнювача в скловолокно. З такого матеріалу робляться зовнішні елементи кузова, наприклад, бампери, радіаторні решітки, іноді головна оптика (частіше вона виготовляється зі скла, а полегшені варіанти - з поліпропілену). Установка таких деталей дозволяє виробникові в конструкції несучих частин кузова використовувати сталь, але при цьому зберегти модель досить легкою.

Крім перерахованих вище достоїнств, полімерний матеріал займає гідне місце в автомобілебудуванні з наступних причин:

• Мінімальна вага деталей, але в той же час вони мають гідної міцністю;
• Готовий виріб не боїться агресивного впливу вологи і сонця;
• Завдяки еластичності на стадії сировини виробник може створювати абсолютно різні форми деталей, в тому числі найскладніші;
• Готові вироби виглядають естетично;
• Можна створювати величезні кузовні деталі, а в деяких випадках навіть повністю весь кузов, як у випадку з кит-карами (детальніше про таких автомобілях читайте в окремому огляді).

Однак інноваційна технологія не може бути повною альтернативою металу. Ось кілька причин того:

1. Вартість полімерних наповнювачів дуже висока;
2. Форма для виготовлення деталі повинна бути ідеальною. В іншому випадку елемент вийде негарним;
3. В процесі виготовлення вкрай важливо дотримуватися чистоти робочого місця;
4. Створення міцних панелей вимагає багато часу, так як композит довго висихає, а деякі деталі кузова багатошарові. Часто саме з цього матеріалу виготовляються суцільні кузова. Для їх позначення використовується крилатий термін «монокок». Технологія створення монококовая типів кузовів наступна. Шар вуглеволокна проклеюється полімером. Поверх нього вкладається інший шар матеріалу, тільки так, щоб волокна розташовувалися в іншому напрямку, найчастіше під прямим кутом. Після того, як виріб готовий, його ставлять в спеціальну піч і витримують певний час під високою температурою, щоб матеріал запікся і придбав монолітну форму;
5. Коли ламається деталь з композитного матеріалу, її вкрай складно відремонтувати (приклад того, як ремонтуються автомобільні бампери, розповідається тут);
6. Деталі з композитів не переробляються, а тільки знищуються.

З огляду на дорожнечу і складності виготовлення, звичайні дорожні автомобілі мають мінімальну кількість деталей зі склопластику або інших композитних аналогів. Найчастіше такі елементи встановлюють на суперкар. Приклад такого автомобіля - Ferrari Enzo.

Феррарі Енцо 2002 року

Правда, деякі ексклюзивні моделі громадянської серії отримують габаритні деталі з композиту. Прикладом тому служить BMW М3. У цього автомобіля дах виготовлена ​​з вуглеволокна. Матеріал має потрібної міцністю, але при цьому дозволяє перемістити центр ваги ближче до землі, що збільшує притискну силу при входженні в повороти.

Ще одне оригінальне рішення в застосуванні легких матеріалів в кузові авто демонструє виробник знаменитого суперкара Corvette. Майже півстоліття компанія використовує в моделі просторову металеву раму, на яку кріпляться панелі з композитів.

Карбоновий кузов: переваги і недоліки

З появою ще одного матеріалу безпеку і в той же час легкість автомобілів вийшли на новий рівень. По суті, карбон, це такий же композитний матеріал, тільки нове покоління обладнання дозволяє створювати більш міцні конструкції, ніж при виготовленні монококів. Цей матеріал використовується в кузовах таких відомих моделей, як BMW i8 і i3. Якщо карбон в інших автомобілях раніше використовувався тільки в якості декорації, то це перші в світі серійні машини, кузов яких виготовлений повністю з карбону.

Обидві моделі мають схожу конструкцію: базою служить модульна платформа, виготовлена ​​з алюмінію. На ній закріплені всі агрегати і механізми авто. Кузов автомобілів складається з двох половинок, які вже мають деякі деталі салону. З'єднуються вони між собою в процесі складання за допомогою болтових затискачів. Особливість цих моделей в тому, що вони побудовані за тим же принципом, що і перші автомобілі - рамна конструкція (тільки максимально полегшена), на якій закріплені всі інші честі.

В процесі виготовлення деталі з'єднуються між собою за допомогою спеціального клею. Це імітує зварювання металевих частин. Гідність у такого матеріалу в високої міцності. Коли автомобіль долає великі нерівності, жорсткість кузова на кручення не дає йому деформуватися.

Ще одна перевага карбону в тому, що для виготовлення деталей потрібно мінімум працівників, так як високотехнологічне обладнання керується електронікою. Карбоновий кузов виготовляється з окремих деталей, які формуються в спеціальних формах. У форму під великим тиском закачується полімер спеціального складу. Завдяки цьому панелі виходять більш міцними, ніж при змазуванні волокон вручну. До того ж для запікання невеликих елементів потрібні менш габаритні грубки.

До недоліків такої продукції в першу чергу відноситься висока вартість, тому що використовується дороге устаткування, яке потребує якісного обслуговування. Також ціна полімерів набагато вище, ніж у того ж алюмінію. А якщо деталь зламалася, то самостійно її відремонтувати неможливо.

Ось невелике відео - приклад того, як збираються карбонові кузова BMW i8:

Так збирають Ваш БМВ i8. Assembling Your car BMW i8

Питання та відповіді:

Що входить до кузова машини? Кузов автомобіля складається з: переднього лонжерона, переднього щита, передньої стійки, даху, середньої стійки, задньої стійки, крил, панелі багажника та капота, днища.

На чому міститься кузов машини? Основним кузовом є просторова рама. Це конструкція, виконана у формі клітини, що знаходиться по всьому периметру кузова. До цієї несучої конструкції кріпиться кузов.