05.02.2014 - 12:17
WorldAutoSteel – автомобильное подразделение Международной ассоциации производителей стали (World Steel Association) – обнародовало результаты реализации программы "FutureSteelVehicle" (FSV) в рамках проекта "Steel Solutions in the Green Economy" ("технологии стали в "зеленой" экономике"). Эта программа нацелена на разработку облегченных элементов стального кузова автомобиля, что дает возможность снизить вес машины почти на 40% и сократить выбросы углекислого газа в течение всего срока службы автомобиля на 70%.
"Зеленый" автомобиль для "зеленой" экономики
Проект WorldAutoSteel под названием FutureSteelVehicle ("автомобиль из сортов стали будущего") стартовал в 2007 году, однако наиболее интенсивно работы по нему начались только в последние годы. В его реализации принимают все члены WorldAutoSteel – 17 крупных металлургических компаний, в том числе, Anshan Steel, Arcelor Mittal, Baosteel, Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation, ThyssenKrupp, U.S. Steel, Severstal, POSCO и другие.
Главная цель программы – разработка специальных сортов стали, в результате применения которых массу кузова автомобиля можно будет сократить на 35-40% по сравнению с современными машинами. Это позволит уменьшить общий объем выбросов загрязняющих веществ в течение всего срока службы автомобиля на 70%. При этом, в полном объеме должны выполняются все требования к аварийной ударобезопасности машин (пять звезд по результатам краш-тестов) и долговечности корпуса, а снижение массы корпуса не должно повлечь за собой существенных финансовых и иных расходов.
Основными причинами, стимулирующими производителей снижать массу автомобиля, является американское и европейское законодательство, требующее выпускать машины, потребляющие меньше топлива, что можно сделать именно за счет уменьшения веса. Впервые потребление топлива было ограничено американским стандартом Corporate Average Fuel Economy (CAFE), принятым в 1975 году из-за нефтяного кризиса. С тех пор стандарты постоянно ужесточались, а другие регионы, в первую очередь ЕС, тоже стали вводить в действие аналогичные законодательные акты.
После принятия Киотского протокола уменьшение расхода топлива приобрело и экологическое значение. На транспорт сегодня приходится около 20% выбросов парниковых газов, а если учитывать и выбросы, связанные с производством топлива и электричества, потребляемого автомобилестроением, то эта доля еще выше. В то же время, уменьшение массы автомобиля сокращает потребление топлива и, следовательно, любых затрат ресурсов, связанных с его производством и использованием.
В ходе реализации программы FSV были разработаны оптимизированные элементы автомобильного кузова из особо высокопрочной стали (Advanced High-Strength Steel – AHSS) для четырех моделей автомобилей, коммерциализация которых намечена на период с 2015 по 2020 годы. Это, в частности, аккумуляторные электромобили (Battery Electric Vehicle – BEV) и гибридные автомобили с подзарядкой от электросети (Plug-in Hybrid Electric Vehicle – PHEV) классов А и В, а также автомашины типа PHEV и электромобили с топливными элементами (Fuel Cell Electric Vehicle – FCEV) классов C и D.
За счет использования стали AHSS предусматривается снижение веса при одновременном увеличении прочности таких основных узлов кузова автомобиля, как пороги, средние стойки, боковые и передние продольные элементы крыши, задние лонжероны и лонжероны переднего отсека, ребра жесткости колесных арок, а также элементы аккумуляторного отсека (электромобилей и гибридных машин), поглощающие энергию при лобовом столкновении. Высокопрочные стальные компоненты кузова играют важную роль в т.н. "управлении аварией", определяя, как автомобиль должен вести себя при аварии.
Для прочности важна и технология соединения отдельных частей автомобильного кузова. Замена точечной сварки современными технологиями соединения, в том числе лазерной сваркой и адгезионным связыванием (а также комбинацией адгезионного связывания и точечной сварки) позволяют создавать одновременно и более жесткие, и более легкие конструкции. По словам одного из авторов проекта FutureSteelVehicle Рона Крупитцера из American Iron and Steel Institute (AISI), все больше автомобильных компаний изучают возможность использования этих технологий для соединения высокопрочных сталей.
"При выполнении программы FutureSteelVehicle мы стремились эффективно использовать все преимущества стали в целом и Advanced High-Strength Steel в частности. Это, прежде всего, свобода выбора конструкционных и дизайнерских решений, прочность, пластичность и пригодность к формованию, относительно небольшая стоимость и невысокие промышленные выбросы. Хотя технологии и разработки в рамках FSV сфокусированы, главным образом, на электромобилях, сегодня у нас имеется широкий спектр сортов стали, которые могут быть использованы для уменьшения массы кузова и сокращения выбросов загрязняющих веществ для любого типа автомобиля", – говорит Джоди Шоу, директор подразделения технического маркетинга и исследований корпорации U.S. Steel, который осуществляет общее руководство проектом FutureSteelVehicle.
Главные преимущества
По его словам, можно выделить следующие семь ключевых результатов, которых удалось достичь в ходе реализации проекта FSV:
Автомобили, выполненные по технологии FSV, легки и очень эффективны в плане расхода топлива и снижения выбросов. Этого удалось достичь благодаря оптимизации форм и размеров деталей кузова за счет применения новых сортов стали.
Вес кузова аккумуляторного электромобиля (BEV), выполненного по технологии FSV, не превышает 188 кг, в то время как вес кузова современного легкового автомобиля составляет не менее 290 кг, то есть, он на 35% тяжелее, чем перспективная новинка.
Проект FutureSteelVehicle предусматривает использование более 20 новых сортов стали типа Advanced High-Strength Steel (особо высокопрочная сталь), которые будут производиться серийно и станут коммерчески доступными на рынке к 2015-2020 годам.
Портфель новых материалов проекта FSV включает такие новейшие сорта стали, как двухфазная сталь (Dual Phase Steel), ТРИП-сталь с пластичностью, обусловленной мартенситным превращением (TRIP), ТВИП-сталь с двойниковой индуцированной пластичностью, сталь со сложной микроструктурой (Complex Phase Steel), сталь горячего формования (Hot Formed Steel) и другие. Они по сравнению с обычными (конструкционными низколегированными) сталями обладают повышенной прочностью и одновременно пластичностью, что обеспечивают им преимущества в процессе штамповки и формования. В наибольшей степени данные свойства востребованы в современной автомобильной промышленности, поскольку обеспечивают большую свободу инженерам при выборе дизайна, оптимизации (снижении) веса и общей технологии производства автомобиля.
Кузова автомашин, выполненных по технологии FSV, отвечают самым строгим требованиям к ударопрочности автомобиля, принятым в мире, а в некоторых случаях даже превосходят их. Поэтому нет ничего удивительного в том, что по результатам краш-тестов автомобили FSV получают самый высокий рейтинг – пять звезд.
Изготовление компонентов кузова электромобилей из сортов стали типа AHSS дает возможность сократить общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в течение всего жизненного цикла автомобиля в соответствии со стандартами энергетической системы США на 56%. В Европе, где эта система и ее источники более эффективны, данный показатель может достигать 70%.
Существенное снижение массы кузова достигается без каких-либо существенных увеличений расходов на производство машин по сравнению с современными автомобилями.
"Все эти достижения, особенно в части существенного снижения массы автомобиля и оптимизации конструкторских решений, устанавливают новый стандарт проектирования автомобилей будущего. Кроме того, реализация проекта FutureSteelVehicle дает возможность значительно снизить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, что особенно важно с учетом разработки и ввода в действие в ближайшее время новых экологических стандартов в большинстве развитых стран мира", – говорит директор подразделения WorldAutoSteel Сиз тен Брок.
По его словам, в последние годы основной упор на снижении массы автомобиля был сфокусирован на использовании алюминиевых компонентов. Однако применение особо высокопрочной стали (Advanced High-Strength Steel) ни в чем не уступает алюминию, поскольку этот сорт металла можно производить в очень и очень тонких толщинах, сохраняя при этом прочность как у мягкой малоуглеродистой стали, которая существенно выше, чем у обычной стали, используемой для выпуска автомобилей в последние два десятилетия. Все это дает возможность конструкторам легковых автомашин заменить обычный автолист сталью AHSS, существенно снижая при этом количество материала и вес кузова.
"Применение AHSS дает возможность уменьшить массу автомобиля по сравнению с современными машинами в целом на 39%, в то время как применение алюминия – лишь на 11%, хотя многие говорят, что эта цифра существенно выше и достигает 50%. Однако наши расчеты и практические исследования показали полное преимущество AHSS над алюминием, даже когда из последнего изготавливались отдельные элементы кузова в интересах снижения его массы. К тому же, алюминий существенно дороже стали, поэтому его использование значительно повышает стоимость автомобиля, от чего страдает, в первую очередь, конечный потребитель", – поясняет Брок.
По его словам, широкое применение Advanced High-Strength Steel, как показывают исследования и эксперименты, проведенные в рамках проекта FutureSteelVehicle, дает возможность существенно уменьшить общие выбросы парниковых газов на протяжении всего жизненного цикла автомобиля. Кроме того, проект FutureSteelVehicle – это весомый шаг на пути к "зеленой экономике" (Green Economy), которая представляет собой новую экономическую политику, основанную на неукоснительном соблюдении принципов экологической безопасности.
С точки зрения директора WorldAutoSteel Сиза тен Брока, значительное уменьшение выбросов углекислого газа автомобилями, построенными по технологии FSV с применением Advanced High-Strength Steel, позволяет в обозримой перспективе создать глобальный парк "зеленого транспорта", приоритетной чертой которого является радикальное повышение энергоэффективности. -- Русмет
Самый большой, самый дорогой и самый ответственный узел легкового автомобиля - его кузов. Он определяет не только основные потребительские свойства (скорость, комфорт, эстетическое восприятие автомобиля в целом и т. д.), но и безопасность водителя и пассажиров. Поэтому требования к кузову неуклонно повышаются.
Кузов первых моделей ВАЗ, так называемой "классической" компоновки, соответствовал требованиям своего времени и представлял собой конструкцию, которая состояла из нескольких крупногабаритных деталей (крыша, капот, панели пола, щиток передка) и большого числа сварных узлов, включающих относительно простые мелкие детали. Конструкция определяла и требования к материалам, и технологиям штамповки и сварки.
Так, основную массу деталей выполняли из холоднокатаного проката стали 08Ю категорий вытяжки СВ, ОСВ, а наиболее простые детали - из сталей 08кп и 08пс категории вытяжки ВГ. Прокат первой группы отделки поверхности, соответствующий категориям вытяжки ОСВ и ВОСВ для лицевых деталей кузова, закупали главным образом за рубежом.
Комплекс сварки кузовов классических моделей (ВАЗ-2101 - ВАЗ-2107) состоял из поточных линий на базе многоточечных сварочных машин и стендов ручной сварки. То есть оборудования, предназначенного для сварки непокрытых сталей. Оно отличалось высокой производительностью, относительной компактностью, надежностью в эксплуатации, хорошей ремонтопригодностью и в то же время - недостаточной гибкостью, что не способствовало изменению конструкции деталей в процессе модернизации автомобиля или смены модельного ряда, имело ограничения по сварке деталей из оцинкованных сталей. В частности, в последнем случае существенно снижало свою производительность из-за необходимости остановок для проведения периодической ручной зачистки электродов контактных машин.
К моменту постановки на производство семейства автомобилей ВАЗ-2108 требования к кузову изменились. Соответственно другими стали и подходы к его проектированию. Например, кузов ВАЗ-2108, в отличие от кузова ВАЗ-2101, не имеет деталей и узлов, устанавливаемых в процессе доварки черного кузова. Он состоит из каркаса и съемных узлов (двери, капот, крылья), а каркас - из пяти основных узлов: пола, правой и левой боковин, рамы ветрового окна и крыши. В результате конструкция стала более технологичной, в ней снизилось число деталей и узлов. К примеру, если кузов автомобиля ВАЗ-21013 состоял из 536 деталей, то кузов ВАЗ-2108 - из 368. Благодаря этому удалось уменьшить и число сборочно-сварочных операций, и число сварочных точек. (К примеру, последних с 7300 до 4300.) При этом доля сварки в автоматических линиях увеличилась с 45 до 96 %. Итог трудоемкость изготовления кузова снизилась с 9,89 до 6,7 нормо-ч, численность рабочих в цехах сварки - на 350 чел.
Автомобили семейства ВАЗ-2108 были первыми среди отечественных АТС, где для повышения коррозионной стойкости кузова стали применять детали из электрооцинкованного проката. Всего таких деталей 16, а их масса составляет ~11 % обшей массы кузова.
Появление нового типа материала серьезно повлияло и на технологию изготовления кузова. Дело в том, что штамповать детали из оцинкованных сталей гораздо сложнее: покрытие существенно влияет на коэффициент трения в зоне контакта заготовки со штампом и, следовательно, на условия течения металла в процессе формовки и вытяжки; поверхностный слой имеет склонность к шелушению и отслоению в условиях пластической деформации металла-основы и контактного воздействия со стороны штампового инструмента, В силу этих особенностей штамповка электрооцинкованного проката требует дополнительных затрат и ужесточения технологической дисциплины. Например, при рубке заготовок, чтобы избежать отслоений покрытия в зоне реза и последующего их переноса с кромок заготовок на зеркало штампа, нужно очень точно выдерживать зазоры в режущем инструменте. Иначе в процессе штамповки, когда контактные давления очень высоки, сдираемые микрочастицы цинка привариваются к поверхности штампа, постепенно коагулируют и накапливаются в виде достаточно крупных металлических наростов, которые травмируют поверхность листа, оставляя на ней дефекты в виде выпуклостей, что совершенно недопустимо для лицевых деталей кузова.
Вторая группа особенностей оцинкованных сталей - их худшая, по сравнению с непокрытым металлом, свариваемость и повышенный износ сварочных электродов. Потому, что цинковое покрытие увеличивает контактные электросопротивления в парах "электрод - деталь" и "деталь - деталь". Следовательно, уменьшает сварочный ток и количество теплоты в зоне свариваемого соединения. Чтобы компенсировать это явление, сварочный ток приходится увеличивать, в зависимости от типа покрытия, на 5-15 %. Но в условиях высоких токов, температур и давления материал электрода начинает активно взаимодействовать с цинком, образуя легкоплавкие эвтектики (латуни). В итоге электрод по микронеровностям очень "охотно" приваривается к поверхности листа, а при размыкании контакта вызывает повышенную эрозию контактной поверхности. При этом масса данного участка поверхности возрастает, значит, снижаются плотность тока в контакте и диаметр ядра сварочной точки. Кроме того, постепенно образующийся слой латуни на контактной поверхности электрода повышает его электрическое сопротивление и соответственно снижает количество теплоты, выделяющейся в сварном соединении, что также уменьшает диаметр ядра сварной точки.
Было очевидно, что решить перечисленные проблемы можно только одним способом - перейти на оборудование, способное автоматически регулировать величины сварочного тока и периодически зачищать рабочую поверхность электродов. Что и сделали: ВАЗ перешел на автоматические линии и посты, оснащенные робототехническими комплексами, созданными в сотрудничестве с фирмами "Сиаки" и "Кука".
Следующим этапом эволюции кузова стали разработка и постановка на производство автомобилей семейства ВАЗ-2110. Данный этап во многом перенял лучшие технические решения, опробованные на семействе ВАЗ-2108. Например, общее число деталей кузова, несмотря на более сложную конструкцию, снизилось, по сравнению с ВАЗ-2108, на 20 шт., а число сварочных точек возросло лишь на 478 (10 %). Однако необходимость обеспечения современных требований экономики заставила улучшать аэродинамику автомобиля и, как следствие, усложнять форму деталей. Что повлекло за собой увеличение объемов применения высокотехнологичных штампуемых сталей, еще большее ужесточение требований к оборудованию и штамповой оснастке. Поэтому под проект пришлось закупить и смонтировать пять новых автоматических вырубных и штамповочных линий, в том числе уникальный для России шестипозиционный пресс-автомат усилием 32 тыс. кН с гидравлической маркетной подушкой на первой позиции, выпускаемый немецкой фирмой "Эрфурт" и предназначенный для штамповки крупногабаритных деталей. Кроме того, под техническим руководством ВАЗа отечественными металлургическими комбинатами ОАО "НЛМК" (Липецк), "Северсталь" (Череповец), "ММК" (Магнитогорск), "АО ЛМЗ" (Лысьва) совместно с ЦНИИЧМ имени Бардина (Москва) было освоено производство современных автолистовых сталей, в том числе с цинковыми покрытиями, что позволило полностью обеспечить нынешнюю потребность отечественной автомобильной промышленности в качественном металлопрокате. В том числе практически всю потребность ВАЗа в холоднокатаном листе первой группы отделки поверхности (-155 тыс. т в год, из них 41 тыс. т - оцинкованный прокат), в горячеоцинкованной (-9 тыс. т в год) и электрооцинкованной (-76 тыс. т в год) сталях.
В настоящее время с целью повышения качества штампуемых деталей проводятся работы с металлургическими комбинатами по использованию нового поколения консервационно-технологических смазок для листового проката, внедрению специальных моечных машин для особо ответственных лицевых деталей кузова. Нарабатываются мероприятия по исключению попадания дополнительных загрязнений на поверхность проката в процессах переработки (резка заготовок, хранение, транспортировка и штамповка).
Объем применения оцинкованных сталей в кузове ВАЗ-2110 достиг 52 %его массы. Что в сочетании с дополнительной обработкой опасных зон специальными защитными составами и высококачественным лакокрасочным покрытием гарантирует защиту его деталей от сквозной коррозии на срок до шести лет. Однако рост числа деталей, выполняемых из оцинкованных сталей, еще более обострил проблему обеспечения качества штамповки. В частности, чтобы уменьшить налипание цинка, необходима дополнительная операция ручной периодической очистки зеркала штампа. Что, безусловно, сказывается на трудоемкости изготовления деталей и производительности оборудования. Поэтому ВАЗ проводит подготовительные работы по закупке лицензии и освоению технологии хромирования формообразующих поверхностей штампов, которое, как известно, позволяет решить проблему на современном уровне.
Широкое применение оцинкованных сталей потребовало принятия новых решений и в отношении всего сварочного комплекса, в том числе значительного усложнения, как механики, так и систем управления сварочных линий: теперь общее число используемых сварочных роботов достигло 220 шт. В состав автоматических линий, кроме традиционных постов сварки, вошли посты промазки кузова мастиками перед сваркой и нанесения высокопрочного клея на стыке капота перед его зафланцовкой. В линиях сварки впервые в нашей стране в больших (~50 шт./кузов) объемах применена полуавтоматическая и автоматическая дугоконтактная приварка болтов, заменившая собой традиционную рельефную сварку, требующую пробивки отверстий в листовой детали.
Автомобиль ВАЗ-1118 - очередной шаг на пути повышения безопасности и коррозионной стойкости кузова. И хотя объем применения оцинкованных сталей здесь остался на уровне кузова автомобиля ВАЗ-2110, существенно изменилась структура этого объема: значительно увеличилась доля горячеоцинкованного проката, а доля электрооцинкованного, наоборот, снизилась, что позволило существенно увеличить поверхность деталей, защищенных цинковым покрытием. Так, если у кузова ВАЗ-2110 оцинкованная поверхность составляла 29 %, то у ВАЗ-2118 - уже 52 %.
Переход на горячеоцинкованный прокат выгоден и в экономическом отношении: технологическая себестоимость изготовления данного проката на 10-15 % ниже, чем проката электрооцинкованного. Кроме того, он более технологичен с точки зрения штамповки. Во-первых, в качестве его основы используются высокопластичные стали со сверхнизким содержанием углерода (IF-стали); во-вторых, покрытие из более мягкого металла оказывает то же влияние, что и твердая смазка, т. е. в определенной степени облегчает процесс штамповки, улучшая условия течения металла.
Проблема обеспечения свариваемости горячеоцинкованного проката решается за счет использования сварочных роботов с современными системами управления циклом сварки и автоматической зачисткой электродов. Для снижения затрат на электродные материалы применяются электроды колпачкового типа с внутренним посадочным конусом.
Вторая особенность кузова ВАЗ-1118 - более широкое, чем на ВАЗ-2110, применение низколегированных и двухфазных (ферритно-мартенситных) сталей повышенной прочности, освоенных отечественной металлургической промышленностью (НЛМК и ЧерМК). Такой переход, во-первых, увеличивает прочность и уровень пассивной безопасности кузова, во-вторых, снижает его материалоемкость (собственную массу) и положительно сказывается на динамических характеристиках, топливной экономичности и других потребительских свойствах автомобиля.
Правда, данные стали, обладают несколько меньшей, чем традиционные, пластичностью и, как следствие, ограниченными возможностями по вытяжке, повышенным пружинением, развивают большую нагрузку на штамповую оснастку и т. д. Все это учитывалось при разработке как конструкции кузова автомобиля ВАЗ-2118, так и технологии его изготовления. Например, основу технологии составляют робототехнические комплексы, изначально рассчитанные на значительное увеличение объемов применения именно горячеоцинкованной стали. Причем число роботов возросло до 360, т. е., по сравнению с комплексом сварки автомобиля ВАЗ-2110, на 64 %. При этом существенно изменился подход к построению самих автоматических линий. Роботы нового поколения грузоподъемностью 150/200/300 кг позволили перейти к технологической схеме так называемого "сада роботов", где автоматы не только выполняют операции сварки, но и манипулируют узлами в процессе доварки кузова на стационарных клещах, а также передают его с поста на пост. Что дало возможность отказаться от сложных традиционных линейных транспортеров, существенно повысить технологическую гибкость оборудования при последующих модернизациях автомобилей. А главное - применять современные специализированные пакеты компьютерного моделирования для оптимизации пропускной способности линий и емкости накопителей, проектирования, изготовления и аттестации всей технологической оснастки сварочных линий, используя математические модели деталей кузова. В конечном итоге - обеспечить собираемость кузовов и оптимальную геометрию кузова. Причем оптимизация сборочно-сварочных операций, оценка технологичности конструкции кузова на предмет доступа сварочных клещей к месту сварки выполняются еще на этапе проектирования сварочной оснастки, что значительно снижает затраты и сокращает сроки подготовки производства.
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.
- самая большая масса;
- требуется антикоррозийная защита от коррозии;
- потребность в большом количестве штампов;
- ограниченный срок службы.
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.
- 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.
- 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.
Краткая характеристика на Wielarider + Schill InvertaSpot GT
Удовлетворяет всем современным требованиям автопроизводителей и кузовных цехов в отношении надёжности и эффективности. Аппарат с высокочастотной инверторной технологией предназначен для сварки современных сверхвысокопрочных и борсодержа-щих сталей (UHSS, USIBor). Рабочая частота аппарата - 10 000 Гц, номинальный ток сварки 13 000А, давление в точке сварки 650 даН. Омологирован многими автопроизводителями. Главная особенность аппарата - трансформаторные сварочные клещи С-образной конструкции. При использовании клещей этого типа потери мощности минимальны, поскольку преобразование происходит в самих клещах, а потребляемый ими ток не вызывает избыточного нагрева кабеля. Интеллектуальный контроль технологического процесса сварки гарантирует получение сварных точек, аналогичных формируемым в процессе производства автомобилей. Все данные по сварке сохраняются на карте памяти (SD-формат). Имеется возможность записи данных по параметрам 100 000 сварочных точек, что позволяет впоследствии контролировать качество ремонта. Возможна работа с оригинальными данными от производителя (OEM - программа). Если пользователь не может определить качество свариваемых сталей, существует уникальная и защищенная патентом программа тестирования материала. Возможно обновление ПО аппарата через карту памяти SD. Графический дисплей отображает параметры сварки в режиме реального времени по основным параметрам (кА, мсек, даН). Полное микропроцессорное управление позволяет исчерпывающим образом контролировать процесс сварки.
Другие особенности аппарата:
Индивидуальный выбор и установка параметров сварки;
- автоматическое исправление неправильного хода сварки;
- возможность сообщения о необходимости обслуживания насадок электродов;
- вывод сообщений об ошибках в текстовой форме;
- отображение типа наконечников электродов, которые могут использоваться;
- распечатка результатов в формате А4; .
- наличие центрального разъёма для подключения различных сварочных инструментов.
Магнитное поле данного оборудования имеет уровень намного ниже разрешённого предела, поэтому InvertaSpot GT работает с минимально возможным воздействием на организм человека.
Доступна версия для сварки алюминия с током сварки 20 000 ампер.
Аппарат может использоваться не только в кузовном ремонте, но и в производстве, где необходимо проводить качественную сварку. Оборудование может применяться при производстве автобусов, для односторонней сварки кузовных панелей.
Комментарии специалиста
Сварка - один из способов соединения деталей кузова автомобиля, применяемый на сегодня наряду с прочими, например, клейкой и клёпкой. И прошедший достаточно длинный путь совершенствования, отслеживающий, порой с опозданием, модернизацию конструкции автомобиля и обновление материалов, используемых в его производстве.
До недавнего времени именно сварка была фактически единственным способом соединения кузовных деталей без применения резьбовых вариантов крепления. Почему? Причина вполне прагматична и ясна: это быстро, технологично и просто. А также возможно в тех случаях, когда условия не позволяют работать, имея доступ к детали с обеих сторон.
Недостатки сварки проявили себя уже в первом поколении аппаратов для сервисного использования - газовых. Это коррозия по шву, грубый заметный след работы, ослабление материала. Проблемы серьёзные, и решать их было необходимо. В степени, достаточной для своего времени, это удалось благодаря внедрению нового типа аппаратов MIG/MAG, производящих сварку в среде инертного или неинертного газа. Швы стали аккуратнее, коррозионная стойкость выросла. И мастера ненадолго вздохнули с облегчением.
Именно ненадолго -ведь автопроизводители вступили в новую фазу борьбы за клиента. Автомобиль стало необходимо делать всё легче, динамичнее, экономичнее и экологичнее. То есть - перейти к применению прогрессивных материалов, не рассчитанных и в малой степени на старые сварочные технологии.
invertaSpot GT, его С-образные клещи и фотографии экрана.
  |
  |
В первую очередь речь идёт о высокопрочных сталях. При работе с ними сварка швами утратила всякую привлекательность. Ведь проявился её новый, критически опасный недостаток: изменение структуры металла в зоне воздействия высоких температур, ведущее к его переходу из категории высокопрочных в группы обычных сталей. А это -ослабление конструкции автомобиля, делающее его дальнейшую эксплуатацию после серьёзного ремонта опасной.
Шагом к решению проблемы стали аппараты точечной сварки, сводящие к минимуму опасное воздействие и сохраняющие прочность соединения высокой и надёжной. То есть по сути произошел переход от обычной и привычной сварки к более сложному процессу соединения при комплексном воздействии давления и тока. Иное решение - внедрение альтернативных технологий крепления: клейки и клёпки. Не только более сложных и затратных по времени производства работ, но и в корне отличных от заводского технологического цикла. То есть опять-таки заведомо не идеальных.
Но этот компромисс был неизбежен.
Ведь сегодня ремонтникам приходится иметь дело уже не только с высокопрочными сталями - то есть, например, имеющими маркировку HSS, - низкоуглеродистыми с добавлением таких легирующих компонентов, как марганец, ниобий, кремний. Но и с более «серьезными» продуктами, относимыми к группе сверх высокопрочных сталей, то есть борсодержащих.
Слева направо: развитие технологий сварки, сокращающее зону ослабленого сплава
Если этой проблемы кому-то мало, есть и иная. Это необходимость соединять в целостный монолит по крайней мере три слоя различных материалов. Тонких, прочных, упругих, имеющих сложный профиль и несущих полную ответственность за жизнь и здоровье пассажиров при боковом ударе. Читайте тут: в случае низкокачественного ремонта эта ответственность может легко оказаться на плечах, а точнее, на бюджете, кузовного центра. И оказывается! Пока чаще всего - в Европе, но и отечественные страховые компании внимательно изучают все возможности сокращения своих затрат. Так что - клейте, клепайте, варите с неизбывным страхом перед не слишком порой оправданными и трудно опровергаемыми обвинениями.
Или примите как данность необходимость один раз оплатить ускорение процесса ремонта и свой финансовый покой, приобщившись к числу пользователей аппарата четвёртого поколения. Того самого, досье на который мы предложили в начале этой статьи.
Он, по сути, уже не имитирует заводские технологии, а реализует их в полном объёме, позволяя получить соединение, идентичное промышленному. И не только получить, но и иметь полную информацию по реальной оценке качества каждой точки. Ведь аппарат тестирует свою работу и сохраняет отчёт. Полный, являющийся достаточным доказательством для страховой компании. И основанием для начальника цеха или смены принимать автомобиль, не опасаясь подвоха со стороны нового или утомлённого за смену мастера.
Технология
На рисунке (вверху на этой странице) вы видите пример того, что может наблюдать пользователь нового аппарата. Это график. Он демонстрирует нам материалы, соединяемые в данном случае. И проводимый постоянно аппаратом контроль их существенных для работы параметров - изменения сопротивления, например. Для каждого материала имеются статистика и алгоритм, позволяющие не только определить точку плавления, но и «сместить» её во времени. Так, чтобы для всех трех материалов этот процесс начинался фактически одномоментно. То есть, с одной стороны, срок воздействия высоких температур свёлся к минимуму, а с другой - сварка оказалась наиболее успешной и надёжной. До сих пор такое было фактически недостижимо.
Но и это - не всё. Как уже сказано в «досье», аппарат самостоятельно тестирует качество каждой «линзы» и оценивает его в баллах, сохраняя полную информацию в файле отчёта. То есть создает достоверную и объективную картину качества проведённого ремонта и его соответствия заводским стандартам. Именно заводским, - ведь аппарат омо-логирован ведущими автопроизводителями и имеет встроенную ОЕМ-програм-му, позволяющую ремонтнику использовать из базы данных аппарата полную информацию по материалам в зоне сварки конкретной марки и модели автомобиля.
Это даёт возможность работать с полноценной технической поддержкой. Компания «Интерколор» - это единственный сертифицированный дистрибьютор Wielander + Schill на территории России. Интерколор проводит обучение работе на данном типе оборудования и осуществляет техническое обслуживание и при необходимости ремонт.
На фотографии рядом с графиками представлен типичный пример работы InvertaSpot GT. Это одна из стоек - передняя, средняя или задняя. Два слоя стали «узи-бор», и третий - более стандартная высокопрочная сталь. Толщина тоже типична, порядка 1,5 мм. Сварить их между собой достаточно трудно, ведь необходимо обеспечить монолитное соединение для различных составов сплава и условий прогрева.
Центральный слой будет получать совершенно иное воздействие, нежели крайние.
Как добиться высоко качества «линзы», то есть зоны соединения? Попытаться подобрать силу сжатия материалов, ток и длительность воздействия, наиболее подходящие для данного случая.
В аппаратах с Х-образными клещами проблемы «стартуют» с момента выбора режима. Ведь прижимающая сила в точке сварки заведомо не постоянна и зависит, что очевидно из правил элементарной механики, от плеча, - то есть длины электродов. Да и подаваемый ток не стабилен.
Даже мастер высокой квалификации не может определить качество сварной точки, выполненной сварочным аппаратом в каждом конткретном случае. Усилие на разрыв точки можно определить, только проведя необходимые исследования, а эта возможность отсутсвует у работников кузовных цехов. InvertaSpot GT осуществляет самостоятельный контроль процесса сварки, а соответственно и качественные показатели точки.
А продолжаются сложности в различных случаях по-разному, но одинаково неприятно. Здесь и громоздкий трансформатор, «выдающий» до 60 000 А, расходуемые на пять шестых (!) на потери, и силовые кабели, которые греются и собирают на себя весь металлический сор в помещении. И магнитные поля огромной мощности, далеко не полезные для здоровья людей.
InvertaSpot GT решает большую часть перечисленных проблем. Например, до появления аппарата Meredes допускал для ряда моделей в ремонте наиболее ответственных с точки зрения безопасности зон (стоек) лишь клейку и клёпку. Теперь же ситуация изменилась, разрешена сварка указанным аппаратом.
Более того, ряд производителей сейчас намерен серьёзно пересмотреть требования к оборудованию кузовного участка в сторону их ужесточения, поскольку безопасность и жизнь пассажиров - неоспоримый приоритет для них. С этой точки зрения ремонт, не создающий в дальнейшей эксплуатации потенциальных угроз, - достойная визитная карточка для любой компании, декларирующей стиль уважительного отношения к клиенту.
Издание: ПРАВИЛЬНЫЙ АВТОСЕРВИС
Оксана ДЕМЧЕНКО
К атегория:
Автомобильные эксплуатационные материалы
-
Основные марки сталей и чугунов, применяемых при производстве и ремонте автомобилей
Все стали в зависимости от химического состава разделяют на углеродистые и легированные. К углеродистым относят те, в которых основным элементом, влияющим на свойства, является углерод. Легированные стали содержат добавки различных цветных металлов и неметаллических веществ (кремний, бор), которые изменяют свойства стали в нужном направлении, придавая ей специальные свойства.
Г1о назначению стали подразделяются на конструкционные, инструментальные и специальные. При производстве и ремонте автомобилей применяют стали углеродистые и легированные всех трех групп, причем сортамент их включает более 250 марок: углеродистые конструкционные обыкновенного качества, углеродистые конструкционные качественные, литейные углеродистые, низколегированные и легированные конструкционные, автоматные, рессорно-пружинные, высоколегированные корро-зионностойкие, жаростойкие и жаропрочные, инструментальные стали и др.
Для обозначения различных марок стали установлена буквенно-цифровая система маркировки сталей.
-
Углеродистые конструкционные стали обыкновенного качества применяют для автомобильных деталей, изготовленных с помощью сварки и работающих при небольших нагрузках.
В зависимости от гарантируемых характеристик качества стали Делятся на группы А, Б и В. Стали группы А поставляются по механическим свойствам и маркируются СтО, Ст1, Ст2, СтЗ, Ст4, Ст5, Стб. Стали группы Б посталяются по химическому составу и маркируются БСтО - БСтб. Стали группы В поставляются по механическим свойствам и химическому составу и маркируются ВСт1- ВСтб. Во всех марках буквы Ст обозначают «сталь», а цифры - номер стали. Чем выше номер, тем больше в стали углерода и тем выше ее твердость.
Область применения сталей обыкновенного качества: СтО - Lt4 - малонагруженные детали конструкции кузова автомобиля, кРепежа, гнутые профили; Ст5, Стб - средненагруженные оси, малоответственные болты и гайки, клинья, планки, профили и т. д.
При производстве сталей данного назначения получают два рода сталей: полуспокойную и кипящую. Кипящая сталь при застывании в изложнице обильно выделяет газы - кипит. Для отличия этих сталей в марку стали добавляют буквы «кп» или «пс» например, БСт1пс, Ст2кп.
Углеродистые конструкционные сталп качественные идут на изготовление деталей кузовов, двигателей и нормалей. Стали этой группы подразделяются на подгруппы: малоуглеродистые высокой пластичности марок 08-10, малоуглеродистые меньшей пластичности марок 15-25, среднеуглеродистые повышенной прочности марок 30-55, высокой прочности марок 60-80. Цифры в обозначении марок сталей указывают среднее содержание углерода в сотых долях процента.
Стали марок 08-10 (содержание углерода от 0,08 до 1%) хорошо деформируются в холодном состоянии, поэтому применяются для штамповки кузовных облицовочных деталей, панелей крыши и дверей. Стали марок 15-25 хуже деформируются, но хорошо свариваются и подвергаются химико-термической обработке. Они применяются для деталей, изготовляемых штамповкой, высадкой и протяжкой (поперечины, распорки, усилители, рычаги, кронштейны, вал рулевого механизма, тяги, шкивы, крепеж и т. д.).
Сталп марок 30-55 идут на изготовление методом горячей штамповки различных деталей широкого применения: валов, зубчатых колес, полуосей и т. д. Для них используют все виды термической обработки, значительно повышающие эксплуатационные и прочностные свойства деталей.
Сталп марок 60-80 обладают высокой прочностью и упругими свойствами, приобретаемыми после закалки и отпуска. Их примениют для деталей, работающих при больших статических и динамических нагрузках: крестовин карданных шарниров, дисков сцепления, гибких валов, пружин и т. д.
Стали литейные углеродистые применяют для изготовления литых автомобильных деталей различными методами литья, в том числе точного для фасонных деталей с минимальным объемом последующей механической обработки.
Марки сталей этой группы обозначают двухзначным числом с добавлением буквы Л, например: 15Л, 20Л, 25Л. Из литейных сталей получают отливки различных корпусных деталей, ступиц колес, дисков, зубчатых колес, муфт, маховиков и т. д.
Низколегированные и легированные стали дороже качественных углеродистых сталей, но по свойствам их существенно превосходят. Ио сравнению с углеродистыми эти стали обладают более высоким пределом прочности, лучшей пластичностью и вязкостью, пониженной хладоломкостью, лучшей коррозионной стойкостью. Легированные стали позволяют обеспечить оптимальные механические свойства валов и других ответственных деталей.
Все положительные свойства легированным сталям придают легирующие добавки элементов: хрома (X), марганца, (Г), никеля (И), кремния (С), молибдена (М), вольфрама (В) и др.
Маркировка легированной стали состоит из двух цифр и последующих букв: цифры обозначают содержание углерода в сотых долях процента, буквы - условное обозначение легирующего элемен-
Если после буквы идет цифра, то она указывает на содержание ТцРИрующего элемента в процентах. Отсутствие цифры после буквы бозначает содержание легирующего элемента в пределах менее 1%. Например, 18ХН2М - хромоникельмолибденовая сталь для рычагов привода клапанов, содержащая 0,18% углерода (С), до 1 % хрома /X), 2% никеля (Н2) и до 1% молибдена (М).
Легированные стали применяются в основном на автомобилях для изготовления наиболее ответственных деталей: поршневых пальцев, толкателей, клапанов, шатунов, осей, валов переключения передач, шестерней, сателлитов, полуосей, высокоточных деталей системы питания дизелей и др.
Низколегированные стали применяют для металлоемких несущих элементов конструкции автомобиля, таких, как грузовая платформа, рама, балка моста и др.
Сталь автоматная применяется главным образом для изготовления крепежных автомобильных деталей (болтов, гаек, шпилек) на быстроходных автоматных станках. Для достижения повышенной обрабатываемости она содержит до 0,3% серы и до 1,5% фосфора и поставляется в холоднотянутом состоянии в виде путков. Марка стали перед цифровым обозначением содержания углерода в сотых долях процента имеет букву А - автоматная (А20, А40 - с легирующей добавкой марганца).
Сталь рессорно-пр ужинная подразделяется на качественную, высококачественную и коррозионностойкую и характеризуется высокими значениями предела текучести и выносливости. Наибольшее применение для пружин общего назначения, подвески, рессорных листов и торсионов находят углеродистые качественные стали марок 65, 70, 75, 85, а также стали с таким же содержанием углерода и добавками марганца (60Г, 65Г, 70Г), кремния (60С2, 70СЗ) и др.
Сталь высоколегированная корозионно-стойкая жаростойкая и жаропрочная предназначена для работы в агрессивных средах и при высоких температурах. В зависимости от основного назначения стали этой группы Делятся на подгруппы: I - коррозионностойкую против всех видов коррозии (20X13, 17Х18Н9 и др.); II - жаростойкую до 500 °С (40Х9С2 и др.); III - жаропрочную до 1000 °С (36Х18Н25С2 и др.).
Из сталей указанных подгрупп изготовляют детали систем питания двигателей, запорную иглу карбюратора, пружины, детали форсунок, клапаны, глушители и т. п.
Стали для изготовления инструмента и технологической оснастки отличаются повышенной твердостью и теплостойкостью. Они содержат углерод и различные легирующие добавки. В обозначении марки стали содержание углерода указывается в десятых долях процента, а легирующие элементы обозначаются по аналогии с углеродистыми легированными сталями. Например: 4ХС – 0,4% С, 1% хрома, 1% кремния.
Особую группу инструментальных сталей составляют быстро-Режущие Сталн, которые предназначены для изготовления режущего инструмента быстроходных станков. Они имеют в обозначении марки стали букву «Р» (режущая) и число - процент содержания вольфрама. Например, Р9 - быстрорежущая, 9% - содержание вольфрама, а содержание углерода превышает 0,7%.
Чугуны, применяемые для автомобилей, классифицируются по состоянию углерода в сплаве (микроструктуре) на следующие основные виды: серый чугун (СЧ), белый чугун, ковки чугун (КЧ).
В сером чугуне весь углерод находится в свободном состоянии р. виде пластинчатого или шаровидного графита. Ковкий чугун представляет собой то же, что и серый чугун, но форма включений графита хлопьевидная.
В белом чугуне весь углерод связан в химическое соединение - цементит, вследствие чего он обладает повышенной твердостью.
Серый чугун маркируют буквенно-цифровыми обозначениями. Буквы СЧ обозначают серый чугун, а цифры, написанные через тире - предел прочности при растяжении (первая группа) и при изгибе (вторая группа). Например, СЧ18-36 означает, что серый чугун данной марки имеет предел прочности при растяжении 18 кгс/мм2, при изгибе - 36 кгс/мм2.
Ковкий чугун маркируют так же, как и серый, но вторая группа цифр здесь обозначает относительное удлинение в процентах. Например, КЧ35-10 означает: ковкий чугун с пределом прочности на растяжение 35 кгс/мм2 и относительным удлинением 10%.
Чугуны находят широкое применение при изготовлении автомобильных деталей. Из серого чугуна изготавливают блоки цилиндров двигателей ЗИЛ , ЯМЗ , ГАЗ , головки цилиндров, гильзы блоков цилиндров, картера сцеплений, коробок передач, маховики, тормозные цилиндры, барабаны и др.
Ковкий чугун идет на изготовление деталей повышенной прочнее-; ти и вязкости: картеров редукторов, коробок передач, кронштейнов рессор, коробок сателлитов и др.
Белый чугун применяется для изготовления деталей повышенной усталостной прочности: коленчатых и распределительных валов, седел клапанов, шестерен масляного насоса, суппортов дискового тормоза ВАЗ и др.
