Iz česar so izdelane karoserije avtomobilov

Vsak proizvajalec skuša pri razvoju novega modela avtomobila povečati dinamiko svojih izdelkov, a hkrati avtomobila ne prikrajšati za varnost. Čeprav so dinamične značilnosti v veliki meri odvisne od vrste motorja, ima karoserija avtomobila pomembno vlogo. Težji je, več si bo prizadeval motor z notranjim zgorevanjem za pospešitev transporta. A če je avto prelahek, bo to pogosto negativno vplivalo na potisno silo.

Z lažjimi izdelki si proizvajalci prizadevajo izboljšati aerodinamične lastnosti karoserije (kaj je aerodinamika, je opisano v še en pregled). Zmanjšanje teže vozila se izvaja ne le zaradi vgradnje enot iz lahkih zlitin, temveč tudi zaradi lahkih delov karoserije. Ugotovimo, iz katerih materialov se izdelujejo karoserije avtomobilov, pa tudi kakšne so prednosti in slabosti vsakega od njih.

Prazgodovina karoserij

Telu sodobnega avtomobila se posveča nič manj pozornosti kot njegovim mehanizmom. Tu so parametri, ki jih mora izpolnjevati:

1. Trajno. V trku ne sme poškodovati ljudi v potniški kabini. Torzijska togost mora zagotoviti, da avtomobil ostane v formi med vožnjo po neravnem terenu. Manjši kot je ta parameter, večja je verjetnost, da je okvir avtomobila deformiran, transport pa neprimeren za nadaljnje delovanje. Posebna pozornost je namenjena trdnosti sprednjega dela strehe. Tako imenovani test "losa" pomaga proizvajalcu avtomobilov ugotoviti, kako varen bo avtomobil pri trčenju visoke živali, na primer jelena ali losa (celotna masa trupa pade na vetrobransko steklo in zgornjo preklado strehe nad njim).
2. Sodoben dizajn. Prefinjeni vozniki so najprej pozorni na obliko karoserije in ne samo na tehnični del avtomobila.
3. Varnost. Vsi v vozilu morajo biti zaščiteni pred zunanjimi vplivi, tudi ob bočnem trku.
4. Vsestranskost. Material, iz katerega je izdelana karoserija avtomobila, mora prenesti različne vremenske razmere. Poleg estetike se barva uporablja za zaščito materialov, ki se bojijo agresivne vlage.
5. Trajnost. Nenavadno je, da ustvarjalec prihrani na materialu karoserije, zato avto po nekaj letih delovanja postane neuporaben.
6. Vzdrževalnost. Da vam po manjši nesreči ni treba zavreči avtomobila, izdelava sodobnih tipov karoserij vključuje modularno sestavljanje. To pomeni, da je poškodovan del mogoče zamenjati s podobnim novim.
7. Ugodna cena. Če je karoserija izdelana iz dragih materialov, se bo na mestih proizvajalcev avtomobilov nabralo ogromno neupravičenih modelov. To se pogosto zgodi ne zaradi slabe kakovosti, ampak zaradi visokih stroškov vozil.

Da bi model karoserije izpolnjeval vse te parametre, morajo proizvajalci upoštevati značilnosti materialov, iz katerih so izdelani okvir in zunanje plošče karoserije.

Tako da proizvodnja avtomobila ne zahteva veliko sredstev, inženirji podjetij razvijajo takšne modele karoserije, ki omogočajo kombiniranje njihove glavne funkcije z dodatnimi. Na primer, glavne enote in notranji deli so pritrjeni na konstrukcijo avtomobila.

Sprva je zasnova avtomobilov temeljila na okvirju, na katerega so bili pritrjeni preostali deli avtomobila. Ta vrsta je še vedno prisotna v nekaterih modelih avtomobilov. Primer tega so polnopravni športni terenci (večina džipov ima preprosto ojačano karoserijsko strukturo, vendar ni nobenega okvirja, ta tip SUV se imenuje križanec) in tovornjaki. Na prvih avtomobilih je bila lahko vsaka plošča, pritrjena na okvirno konstrukcijo, ne le iz kovine, temveč tudi iz lesa.

Prvi model z nosilno konstrukcijo brez okvirja je bil Lancia Lambda, ki je leta 1921 zapeljal s tekoče linije. Evropski model Citroen B10, ki je bil v prodaji leta 1924, je prejel enodelno jekleno karoserijo.

lancia lambda

Citroen b10

Ta razvoj se je izkazal za tako priljubljenega, da je večina takratnih proizvajalcev le redko opustila koncept ohišja iz monokoka v celoti. Ti stroji so bili varni. Nekatera podjetja so jeklo zavrnila iz dveh razlogov. Prvič, tega gradiva ni bilo na voljo v vseh državah, zlasti v vojnih letih. Drugič, jekleno telo je zelo težko, zato so nekateri, da bi vgradili motor z notranjim zgorevanjem z manjšo močjo, ogroženi na materialih karoserije.

Med drugo svetovno vojno je jekla po vsem svetu primanjkovalo, saj je bila ta kovina v celoti uporabljena za vojaške potrebe. Nekatera podjetja so se iz želje, da bi ostali na površju, odločila, da bodo svoje modele karoserij izdelala iz alternativnih materialov. Torej, v teh letih so se avtomobili prvič pojavili z aluminijastim ohišjem. Primer takšnih modelov je Land Rover 1-Series (karoserija je bila sestavljena iz aluminijastih plošč).

Druga možnost je leseni okvir. Primer takšnih avtomobilov je modifikacija Woodieja Willys Jeep Stations Wagon Woodie.

Ker leseno ohišje ni trpežno in je bilo za to treba resno skrbeti, so to idejo kmalu opustili, toda kar zadeva aluminijaste konstrukcije, so proizvajalci resno razmišljali o uvedbi te tehnologije v sodobno proizvodnjo. Čeprav je glavni očitni razlog pomanjkanje jekla, to v resnici ni bila gonilna sila, za katero so proizvajalci avtomobilov začeli iskati alternative.

1. Od svetovne krize z gorivom je večina avtomobilskih znamk morala ponovno razmisliti o svoji proizvodni tehnologiji. Najprej se je občinstvo, ki zahteva močne in obsežne motorje, močno zmanjšalo zaradi visokih stroškov goriva. Avtomobilisti so začeli iskati manj požrešne avtomobile. In da je bil transport z manjšim motorjem dovolj dinamičen, je bil potreben lahkoten, a hkrati dovolj močan material.
2. Po vsem svetu so sčasoma okoljski standardi za emisije vozil postali strožji. Iz tega razloga se je začela uvajati tehnologija za zmanjšanje porabe goriva, izboljšanje kakovosti zgorevanja mešanice zrak-gorivo in povečanje učinkovitosti pogonske enote. Če želite to narediti, morate zmanjšati težo celotnega avtomobila.

Sčasoma se je pojavil razvoj kompozitnih materialov, ki je omogočil nadaljnje zmanjšanje teže vozil. Poglejmo, v čem je posebnost vsakega materiala, ki se uporablja za izdelavo avtomobilskih karoserij.

Jekleno telo: prednosti in slabosti

Večina karoserijskih elementov sodobnega avtomobila je izdelana iz valjanega jekla. Debelina kovine v nekaterih odsekih doseže 2.5 milimetra. Poleg tega se v nosilnem delu uporablja predvsem nizkoogljični pločevinasti material. Zahvaljujoč temu je avto precej lahek in hkrati trpežen.

Danes jekla ne primanjkuje. Ta kovina ima visoko trdnost, na njej se lahko odtisnejo elementi različnih oblik, deli pa se enostavno pritrdijo s točkovnim varjenjem. Pri izdelavi avtomobila so inženirji pozorni na pasivno varnost, tehnologi pa na enostavnost obdelave materiala, tako da so stroški prevoza čim nižji.

In za metalurgijo je najtežja naloga ugajati tako inženirjem kot tehnologom. Ob upoštevanju želenih lastnosti je bil razvit poseben razred jekla, ki ponuja idealno kombinacijo vlečenja in zadostne trdnosti v končnem izdelku. To poenostavi izdelavo karoserijskih plošč in poveča zanesljivost okvirja avtomobila.

Tu je še nekaj prednosti jeklenega telesa:

• Popravilo jeklenih izdelkov je najlažje - samo kupite nov element, na primer krilo, in ga zamenjajte;
• Recikliranje je enostavno - jeklo je zelo primerno za recikliranje, zato ima proizvajalec vedno možnost dobiti poceni surovine;
• Tehnologija izdelave valjanega jekla je enostavnejša od obdelave analogov iz lahkih zlitin, zato je surovina cenejša.

Kljub tem prednostim imajo jekleni izdelki več pomembnih slabosti:

1. Končni izdelki so najtežji;
2. Rja se hitro pojavi na nezaščitenih delih. Če element ni zaščiten z lakom, bo telo hitro postalo neuporabno;
3. Da ima pločevina večjo togost, mora biti del večkrat odtisnjen;
4. Vir jeklenih izdelkov je najmanjši v primerjavi z neželeznimi kovinami.

Danes se lastnost jekla poveča tako, da sestavi nekaterih kemičnih elementov, ki povečajo njegovo trdnost, odpornost na oksidacijo in lastnosti plastičnosti (TWIP jeklo se lahko raztegne do 70%, največji kazalnik njegove trdnosti pa je 1300 MPa).

Aluminijasto ohišje: prednosti in slabosti

Prej so aluminij uporabljali le za izdelavo plošč, ki so bile pritrjene na jekleno konstrukcijo. Sodobni razvoj v proizvodnji aluminija omogoča uporabo materiala tudi za ustvarjanje elementov okvirja.

Čeprav je ta kovina manj občutljiva na vlago kot jeklo, ima manj trdnosti in mehanske elastičnosti. Zaradi tega se za zmanjšanje teže avtomobila ta kovina uporablja za ustvarjanje vrat, prtljažnikov, pokrovov motornih vozil. Za uporabo aluminija v okvirju mora proizvajalec povečati debelino izdelkov, kar pogosto preprečuje lažji transport.

Gostota aluminijevih zlitin je veliko manjša kot pri jeklu, zato je zvočna izolacija v avtomobilu s takšno karoserijo precej slabša. Za zagotovitev, da notranjost takšnega avtomobila prejme najmanj zunanjega hrupa, proizvajalec uporablja posebne tehnologije za zatiranje hrupa, zaradi česar je avto dražji od podobne možnosti z jeklenim ohišjem.

Izdelava aluminijastega telesa v zgodnjih fazah je podobna postopku ustvarjanja jeklenih konstrukcij. Surovine se lomijo na liste, nato pa se žigosajo po želeni zasnovi. Deli so sestavljeni v skupno zasnovo. Argonsko varjenje se uporablja samo za to. Dražji modeli uporabljajo lasersko točkovno varjenje, posebno lepilo ali zakovice.

Argumenti v prid aluminijastega telesa:

• Pločevine je lažje žigosati, zato je v postopku izdelave plošč potrebna manj zmogljiva oprema kot za žigosanje iz jekla;
• V primerjavi z jeklenimi telesi bo enaka oblika iz aluminija lažja, medtem ko bo trdnost ostala na isti ravni;
• Deli so enostavno obdelani in reciklirani;
• Material je bolj trpežen kot jeklo - ne boji se vlage;
• Stroški proizvodnega procesa so nižji v primerjavi s prejšnjo različico.

Vsi avtomobilisti se ne strinjajo z nakupom avtomobila z aluminijastim ohišjem. Razlog je v tem, da bodo tudi ob manjši nesreči popravila avtomobilov draga. Sama surovina stane več kot jeklo, in če bo treba del spremeniti, bo moral lastnik avtomobila poiskati strokovnjaka, ki ima posebno opremo za kakovostno povezavo elementov.

Plastično ohišje: prednosti in slabosti

Drugo polovico dvajsetega stoletja je zaznamoval videz plastike. Priljubljenost takšnega materiala je posledica dejstva, da je iz njega mogoče izdelati katero koli strukturo, ki bo veliko lažja od celo aluminija.

Plastika ne potrebuje lakov. Dovolj je, da surovinam dodamo potrebna barvila, in izdelek dobi želeno senco. Poleg tega ob praskanju ne zbledi in ga ni treba prebarvati. V primerjavi s kovino je plastika bolj trpežna, sploh ne reagira z vodo, zato ne rja.

Model Hadi ima plastično ohišje

Stroški izdelave plastičnih plošč so precej nižji, saj močne stiskalnice za vtiskovanje niso potrebne. Ogrevane surovine so tekoče, zaradi česar je oblika delov telesa lahko popolnoma vsaka, kar je težko doseči pri uporabi kovine.

Kljub tem očitnim prednostim ima plastika zelo veliko pomanjkljivost - njena trdnost je neposredno povezana z delovnimi pogoji. Torej, če temperatura zunanjega zraka pade pod ničlo, deli postanejo krhki. Že majhna obremenitev lahko povzroči, da material poči ali poleti na koščke. Po drugi strani pa se s povišanjem temperature poveča njena elastičnost. Nekatere vrste plastike se pri segrevanju na soncu deformirajo.

Iz drugih razlogov so plastična telesa manj praktična:

• Poškodovane dele je mogoče reciklirati, vendar ta postopek zahteva posebno drago opremo. Enako velja za industrijo plastike.
• Med izdelavo izdelkov iz plastičnih mas se v ozračje izpusti velika količina škodljivih snovi;
• Nosilni deli telesa ne morejo biti iz plastike, saj tudi velik kos materiala ni tako močan kot tanka kovina;
• Če je plastična plošča poškodovana, jo je mogoče enostavno in hitro zamenjati z novo, vendar je veliko dražja od varjenja kovinske zaplate na kovino.

Čeprav se danes pojavljajo različni dogodki, ki odpravljajo večino naštetih težav, tehnologije še ni bilo mogoče pripeljati do popolnosti. Iz tega razloga so odbijači, okrasni vložki, letve in le pri nekaterih modelih avtomobilov - krila v glavnem izdelani iz plastike.

Sestavljeno telo: prednosti in slabosti

Kompozit pomeni material, ki vsebuje več kot dve komponenti. V procesu ustvarjanja materiala kompozit dobi homogeno strukturo, zaradi česar bo imel končni izdelek lastnosti dveh (ali več) snovi, ki tvorijo surovino.

Kompozit pogosto dobimo z lepljenjem ali sintranjem slojev različnih materialov. Pogosto je za povečanje trdnosti dela vsak ločen sloj ojačan, tako da se material med obratovanjem ne odlepi.

Monokočno telo

Najpogostejši kompozit, ki se uporablja v avtomobilski industriji, je steklena vlakna. Material dobimo z dodajanjem polimernega polnila v steklena vlakna. Zunanji elementi karoserije so izdelani iz takega materiala, na primer odbijači, rešetke hladilnika, včasih tudi optika glave (pogosteje so iz stekla, lahke različice pa iz polipropilena). Namestitev takšnih delov proizvajalcu omogoča uporabo jekla v strukturi nosilnih delov telesa, hkrati pa ohranja model dovolj lahek.

Poleg zgoraj naštetih prednosti polimerni material zavzema vredno mesto v avtomobilski industriji še iz naslednjih razlogov:

• Najmanjša teža delov, hkrati pa imajo dostojno trdnost;
• Končni izdelek se ne boji agresivnih učinkov vlage in sonca;
• Zaradi elastičnosti v fazi surovin lahko proizvajalec ustvari popolnoma različne oblike delov, vključno z najbolj zapletenimi;
• Končni izdelki izgledajo estetsko;
• Ustvarite lahko ogromne dele telesa, v nekaterih primerih celo celo telo, kot pri kitovih (več o takšnih avtomobilih preberite v ločen pregled).

Vendar pa inovativna tehnologija ne more biti popolna alternativa kovini. Razlogov za to je več:

1. Stroški polimernih polnil so zelo visoki;
2. Oblika za izdelavo dela mora biti popolna. V nasprotnem primeru se bo element izkazal za grdega;
3. Med proizvodnim postopkom je izjemno pomembno, da je delovno mesto čisto;
4. Ustvarjanje trpežnih plošč je dolgotrajno, saj se kompozit dolgo suši, nekateri deli telesa pa so večplastni. Trdna telesa so pogosto narejena iz tega materiala. Za njihovo oznako se uporablja krilati izraz "monocoque". Tehnologija ustvarjanja monokočnih tipov postave je naslednja. Plast ogljikovih vlaken je lepljena s polimerom. Na njej je položen še en sloj materiala, le tako, da se vlakna nahajajo v drugačni smeri, najpogosteje pod pravim kotom. Ko je izdelek pripravljen, ga damo v posebno peč in nekaj časa hranimo pri visoki temperaturi, tako da se material zapeče in dobi monolitno obliko;
5. Ko se del iz kompozitnega materiala pokvari, ga je izredno težko popraviti (opisan je primer popravila avtomobilskih odbijačev tukaj);
6. Sestavljeni deli se ne reciklirajo, ampak se le uničijo.

Zaradi visokih stroškov in zapletenosti izdelave imajo navadni cestni avtomobili minimalno število delov iz steklenih vlaken ali drugih sestavljenih analogov. Najpogosteje so takšni elementi nameščeni na super avtomobilu. Primer takega avtomobila je Ferrari Enzo.

2002 Ferrari Enzo

Res je, da nekateri ekskluzivni modeli civilne serije prejemajo splošne podrobnosti iz kompozita. Primer tega je BMW M3. Ta avtomobil ima streho iz ogljikovih vlaken. Material ima potrebno trdnost, hkrati pa vam omogoča, da premaknete težišče bližje tlom, kar poveča pritisk pri vstopu v ovinke.

Še eno izvirno rešitev pri uporabi lahkih materialov v karoseriji avtomobila prikazuje proizvajalec slavnega superšportnika Corvette. Podjetje že skoraj pol stoletja uporablja prostorski kovinski okvir, na katerega so pritrjene kompozitne plošče.

Ogljikovo telo: prednosti in slabosti

S prihodom drugega materiala je varnost in hkrati lahkotnost avtomobilov dosegla novo raven. Pravzaprav je ogljik isti kompozitni material, le nova generacija opreme vam omogoča ustvarjanje trajnejših struktur kot pri izdelavi monokokov. Ta material se uporablja v karoserijah znanih modelov, kot sta BMW i8 in i3. Če so ogljik v drugih avtomobilih prej uporabljali le kot okras, so to prvi serijski avtomobili na svetu, katerih karoserija je v celoti izdelana iz ogljika.

Oba modela imata podobno zasnovo: osnova je modularna platforma iz aluminija. Na njem so pritrjene vse enote in mehanizmi avtomobila. Karoserija avtomobilov je sestavljena iz dveh polovic, ki že imajo nekaj notranjih podrobnosti. Med montažo so povezani s pomočjo vijačnih objemk. Posebnost teh modelov je, da so zgrajeni po enakem principu kot prvi avtomobili - okvirna konstrukcija (le čim lažja), na kateri so pritrjene vse druge odlikovanja.

V proizvodnem procesu so deli med seboj povezani s posebnim lepilom. To simulira varjenje kovinskih delov. Prednost takega materiala je njegova visoka trdnost. Ko avto premaga velike neravnine, torzijska togost karoserije preprečuje njegovo deformacijo.

Druga prednost ogljikovih vlaken je, da za izdelavo delov zahteva najmanj delavcev, saj visokotehnološko opremo nadzira elektronika. Ogljikovo telo je narejeno iz posameznih delov, ki so oblikovani v posebnih oblikah. V kalup se pod visokim pritiskom črpa poseben polimer. Zaradi tega so plošče bolj trpežne kot ročno mazanje vlaken. Poleg tega so za peko manjših predmetov potrebne manjše pečice.

Pomanjkljivosti takšnih izdelkov so predvsem visoki stroški, ker se uporablja draga oprema, ki potrebuje visokokakovostne storitve. Tudi cena polimerov je veliko višja kot cena aluminija. In če je del pokvarjen, ga je nemogoče popraviti sami.

Tu je kratek video - primer, kako so sestavljena ogljikova telesa BMW i8:

Tako je sestavljen vaš BMW i8. Sestavljanje vašega avtomobila BMW i8

Vprašanja in odgovori:

Kaj je vključeno v karoserijo avtomobila? Karoserija avtomobila je sestavljena iz: sprednjega nosilca, sprednjega ščita, sprednjega stebrička, strehe, B-stebrička, zadnjega stebrička, blatnikov, plošče prtljažnika in pokrova, dna.

Kaj drži karoserija avtomobila? Glavno telo je vesoljski okvir. To je struktura, izdelana v obliki kletke, ki se nahaja po celotnem obodu telesa. Telo je pritrjeno na to nosilno konstrukcijo.