Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Вопросы по
«Материалы и специальные покрытия»
1.Типы кузовов, технологии их изготовления и материалы;
В зависимости от конструкции кузова изготовляют каркасными., полукаркасными бескаркасными. Каркасный кузов имеет жесткий пространственный каркас, к которому прикреплены наружная и внутренняя облицовки. В полукаркасном кузове имеются некоторые части каркаса (стойки, дуги, усилители), которые соединяются между собой наружной и внутренней облицовками. В бескаркасном кузове необходимая жесткость обеспечивается за счет усиления его отдельных элементов путем придания им определенной формы и сечения.
Каркасные кузова применяются в автобусах и в некоторых типах спортивных автомобилей. Кузова грузовых; автомобилей имеют полукаркасную конструкцию, кузова легковых автомобилей выполняют бескаркасными.
Кузов легкового автомобиля представляет собой жесткую сварную конструкцию, состоящую из отдельных, предварительно собранных узлов: пола, левой и правой боковин с задними крыльями, крыши и передних крыльев.
Пол кузова обычно выполняют в виде цельноштампованной панели, усиленной по периметру жестким коробчатым профилем. С полом соединены передняя и задняя части кузова. Передняя часть состоит из моторного отсека., переднего щита, панелей и брызговиков, задняя часть состоит из багажного отсека, панелей и брызговиков. В передней части кузова имеется подмоторная рама, которая служит для крепления двигателя, радиатора и поперечной балки передней подвески Боковины выполняют цельноштампованными или сварными из отдельных детален (стоек, порогов, задних крыльев). Б боковинах имеются проемы для дверей. Крыша кузова цельноштампованная, ее выполняют вместе с проемами для ветрового и заднего окон. Неотъемлемыми частями кузова являются также капот, крышка багажника, двери, бамперы, облицовка радиатора, декоративные накладки и т.д.
Основными технологическими процессами, применяемыми в кузовостроении яеляются обработка давлением, сварка, а также технологии, применяемые для защиты кузовов от коррозионного разрушения, и технологии, связанные с внешней и внутренней декоративной отделкой кузова.
Основными материалами, применяемыми в кузовостроении являются конструкционные стали. Для защитно-декоративной отделки кузовов применяются различные виды материалов, и в первую очередь – лакокрасочные, а для отделки салона и изготовления его элементов – интерьерные и отделочные материалы.
Большинство кузовных деталей изготавливают путем холодной «лампочки из листовых сталей. Эти стали выпускают в виде собственно листов, рулонов, полос и лент. По толщине различают а) особотонколистовую сталь (жесть) толщиной до 0,4 мм, б)тонколистовую — 0,4—4,0 мм. в)толстолистовую — свыше 4,0 мм. В кузовостроении обычно применяют тонколистовую (0,6—1,5 мм) холоднокатаную качественную сталь всех видов раскисления с содержанием углерода 0,08—0,25%. Сталь поставляют в виде листов и рулонов, ее подвергают рекристаллизационному отжигу при 650—690°С. Важной характеристикой этих сталей является штампуемость.
Штампуемость — способность стали или другого сплава пластически деформироваться до заданных степеней деформации, приобретая требуемую форму и не разрушаясь при этом. Одной из характеристик штампуемости является способность стали к вытяжке. В этой связи различают: ВОСВ — весьма особо сложная вытяжка, ОСВ — особо сложная вытяжке, СВ — сложная вытяжка, ВГ — весьма глубокая вытяжка. На штампуем ость влияют качество поверхности листовой стали, толщина листа, химический состав стали и ее структура. По качеству поверхности различают: а) листовые стали с глянцевой поверхностью, шероховатость которой соответствует значению Ra<0,6mkm: б) листовые стали с матовой поверхностью. (Ra = 0,8— 1,6 мкм), б) листовые стали с шероховатой поверхностью (Ra> 1,6 мкм). Чем выше качество поверхности, тем лучше штампуемость.
Свариваемость — способность стали к образованию при сварке соединения, равнопрочного с основным металлом и не имеющего дефектов в виде холодных и горячих трещин, пор, т.н. «непровара» и т.д. Свариваемость стали зависит от содержания в ней углерода, чем меньше углерода, тем лучше свариваемость. Углерод оказывает определяющее влияние на возможность образования горячих и холодных трещин. С увеличением содержания углерода опасность образования горячих трещин возрастает. Холодные трещины возникают при мартенситном превращении в результате местной закалки при сварке. Углерод увеличивает объемный эффект мартенситного превращения и тем самым способствует образованию холодных трещин. Поэтому для сварных конструкций рекомендуют малоуглеродистые (≤ 0,25%) стали.
Углерод оказывает сильное влияние на штампуеместь. При увеличении количества углерода возрастает прочность и снижается пластичность стали, штампуемость при этом ухудшается. Поэтому для случаев особо сложной вытяжки содержание углевода в стали не должно превышать 0,1%, а для неглубокой вытяжки и гибки содержание углерода может достигать 0,15—0,2% и более (до 0,3%).
Сера, фосфор и кремний являются вредными примесями. Эти примеси, растворяясь в феррите, упрочняют его, что снижает пластичность стали. Особенно сильное упрочняющее влияние оказывает кремний. Поэтому его содержание в сталях для холодной штамповки — 0,01—0,03%, содержание серы ≤ 0,04%, фосфора ≤ 0.02%.
Кислород оказывает на штампуемость неоднозначное влияние. При выплавке стали кислород связывает кремнии в соединение SiО2, которые переходят в шлак. Поэтому в кипящих (нераскисленных) сталях типа 08 КП содержание кремния минимально, что
вызывают деформационное старение этих сталей, которое приводит к образованию на поверхности кузовных деталей т.н. полос скольжения. Полосы скольжения существенно ухудшают внешний вид деталей даже после нанесения лакокрасочного покрытия Полосы скольжения не образуются, если после рекристаллизационного отжига листовую сталь подвергают дрессировке. Дрессировкой называют холодную прокатку листовой стали с малыми (0,8—1,5%) степенями обжатия.
Введение в состав сталей ванадия (0,02—0,04%), алюминия (0,02—0,07%), титана
(0,01—0,03%) препятствует развитию деформационного старения. Стали, легированные указанными элементами, называют нестареющими Стали с 0,08—0,1% С имеют ферритную структуру с незначительным (< 10%) количеством перлита. В стали с 0,15—0,25% С количество перлита увеличивается, но если перлит зернистый, то отрицательного влияния на штампуемость стали он не оказывает.
Влияние структуры на штампуемость проявляется через размер ферритных зерен и их однородность, а также через вид, количество и размеры неметаллических включений, в том числе и цементита.
Крупнозернистый (< 6-го балла) феррит при штамповке вызывает образование на поверхности деталей грубой шероховатой поверхности. Этот дефект называют «апельсиновой коркой». Помимо ухудшения внешнего вида деталей, дефект может вызвать разрывы металла при глубокой вытяжке. Уменьшение ферритного зерна до значений > 8-го балла вызывает увеличение прочности и уменьшение пластичности стали. Поэтому оптимальным размером ферритных зерен считается размер, соответствующий 6—8 баллам шкалы зернистости при толщине листов 0,6—2,0 мм.
Отрицательно влияет на штампуемость т.н. разнозернистость, сопровождаемая неравномерным распределением цементита, который группируется е участках с мелкозернистой структурой. В такой стали пластическая деформация протекает неравномерно. Участки металла с крупнозернистой структурой деформируются в большей степени, чем участки с мелкозернистой структурой. Из-за неравномерного наклепа возникает неоднородность механических свойств в макрообъеме металла, что отрицательно сказывается на штампуемость.
По виду неметаллических включений различают а) оксиды строчечные и точечные, б) нитриды строчечные и точечные; в) силикаты; г) сульфиды; д) карбиды (цементит) Цементит вызывает разрывы стали по границам ферритных зерен при штамповке. Поэтому
содержание цементита в структуре сталей для глубокой вытяжки должно а соответствовать 1—2 баллам шкалы ГОСТа.
Размеры неметаллических включений колеблются в весьма широком диапазоне значений от 01 до 100 и более мкм. Мелкими включениями считаются оксиды, наиболее крупными - силикаты. По фирме различают сфероидные равноосные и неравноосные
включения.
Неметаллические включения отрицательно влияют на штампуемость, т.к. являются
концентраторами напряжений, инициирующими образование трещин и разрывы стали при штамповке. Наиболее негативно влияют на штампуемость строчечные неметаллические включения, которые могут вызвать при штамповке местное расслоение и растрескивание
металла.
Наличие в структуре единичных мелких включений сферической форм на
штампуемость не влияет.
Эффективным способом снижения массы автомобиля и потребления топлива является применение в кузовостроении. сталей повышенной прочности. Это низкоуглеродистые стали, у которых значение предела текучести Ơ0,2>280 МПа, а значение временного
сопротивления разрыву Ơ6>400 MПа. Вместе с тем пластичность этих сталей должна быть, достаточно высокой (δ≥15-20%) для обеспечения штампуемости. По суммарному содержанию легирующих элементов СПП следует отнести к низколегированным сталям. В состав этих сталей входит марганец, кремний, алюминии, ванадий, ниобий, титан, никель, медь, aзот в незначительных количествах. Сочетание вышеуказанных свойств в СПП достигается упрочнением твердого раствора, дисперсионным твердением и уменьшением размеров зерен. Оптимальный уровень механических свойств обеспечивается при комплексном легировании, когда в состав стали входят несколько легирующих элементов.
При производстве грузовых автомобилей применяют СПП, состав и механические свойства некоторых из них приведены в таблице 2. По структуре эти стали относят к малоперлитным, штампуемость их ниже по сравнению со стандартными кузовными сталями. Эти стали применяют для изготовления деталей кузовов грузовых самосвалов, а также для таких деталей грузовиков, как бамперы, лонжероны, поперечины и другие элементы рам, детали подвески, кожухи заднего и переднего мостов. Стали хорошо свариваются и имеют незначительную склонность к деформационному старению.
Отдельную группу СПП составляют двухфазные, ферритно-мартенситные стали.
Основные преимущества этих сталей заключаются в повышенной (при данной прочности) пластичности и в высоких показателях деформационного упрочнения, микроструктура этих сталей состоит из мелкозернистой ферритной матрицы с регламентированным количеством мартенсита или нижнего бейнита. Такая структура стали формируется в peзультате ускоренного охлаждения стали из межкритического интервала температур после специального нагрева или горячей прокатки. Для этих сталей характерно низкое отношение предела текучести Ơ0.2 к пределу прочности Ơ6 а также способность к упрочнению при незначительных (- 5%) степенях деформации. Изменение объемной доли мартенсита позволяет получить стали с широким интервалом прочности — от 400 до 1000 Мпа.
Низкое значение отношения Ơ0.2/Ơ6 в исходном состоянии благоприятно сказывается на штампуемости этих сталей. Она характеризуется такими категориями вытяжки, как ОСВ (особо сложная вытяжка), СВ (сложная вытяжка), ВГ (глубокая вытяжка). Химический состав к механические свойства некоторых двухфазных сталей в исходном состоянии приведены в таблице 4. В ней также приведены для сравнения механические свойства стали 08 КП.
Двухфазные стали выпускают в виде листов, рулонов, лент толщиной 0,7—2,0 мм. Они хорошо свариваются, сопротивление коррозии на уровне стали O8 КП, поэтому на детали из этих сталей необходимо нанесение защитных лакокрасочных покрытий. Стойкость двухфазных сталей на 35—40% выше, чем у обычных листовых сталей.
Композиционными называют материалы, полученные искусственным путем за счет соединения разнородных компонентов, отличающихся по своим механическим, физическим и химическим свойствам
Любой композиционный материал состоит из матрицы и наполнителей:
К М = матрица + наполнитель 2 …
В качестве наполнителя применяют более прочный компонент, и качестве матрицы -более пластичный, вязкий. Наполнитель равномерно распределен в матрице, которая
связывает отдельные элементы наполнителя в единый материал. Механическая нагрузка, приложенная к композиционному материалу, воспринимается матрицей, и через поверхность контакта матрицы с наполнителем передается на элементы наполнителя.
Композиционные материалы различают по типу матрицы или по типу наполнителя (рис 2). В зависимости от типа матрицы КМ подразделяют на следующие виды:
композиты с металлической матрицей (металлокомпозиты);
композиты с полимерной матрицей (полимерокомпозиты);
композиты с углеродной матрицей;
композиты с керамической матрицей.
В композитах применяют наполнители в виде волокон или зерен (частиц). В соответствии с этим различают:
композиты с волокнистым наполнителем (волокниты);
композиты с зернистым (дисперсным) наполнителем (дисперсно армированны
9. Свойства КМ, их достоинства и недостатки как кузовных материалов;
Свойства композитов в основном зависят от физико-механических свойств матрицы и наполнителя, а также от прочности связи между ними. Кроме этого на свойства КМ влияют
количество (объемная доли) наполнителя, его размеры и форма, а также схема армирования, и композита, особенно если в качестве наполнителя используют непрерывные волокна.
Удельные, прочность и жесткость КМ зависят от схемы армирования и 6удут наибольшими для КМ с одноосным армированием, если рабочие нагрузки приложены вдоль волокон. В этом случае свойства волокон реализуются наиболее полно.
При усложнении схемы армирования коэффициент реализации прочности волокон снижается, и удельные показатели будут иметь меньшие знамения. Кроме того, недостатком многослойных КМ является низкая межслоевая прочность.
Объемная доля наполнителя в композитах может изменяться в достаточно широком интервале — от 1—5% до нескольких десятков (70%) процентов. В одном композите может содержаться несколько типов наполнителей, такие композиты называются пол маркированными (гибридными).
В некоторых композитах (например, боралюминии) с наполнителем из непрерывных волокон при количестве наполнителя > 50% прочность снижается. Это объясняется уменьшением способности матрицы равномерно распределять рабочие нагрузки между волокнами и повышением хрупкости КМ.
Из приведенной таблицы видно, что сталь по удельным характеристикам уступает полимерокомпозитам, по удельной жесткости примерно равна AI- и Ti-сплавам, но заметно уступает им по удельной прочности.
Помимо высоких удельных характеристик, композиты обладают еще рядом полезных возможностей:
а) возможность сочетания в КМ материалов, плохо сочетаемых в обычных сплавах. В
качестве примера можно привести металлокомпозит, в котором матрицей является
Al-сплав, а наполнителем стальная проволока (см. таблицу 4);
б) возможность локального упрочнения наиболее нагруженных участков деталей за
счет изменения объема и типа наполнения;
в) возможность повышения работоспособности конструкции за счет расположения
элементов наполнителя, например — волокон, вдоль действия наибольших
нагрузок,
г) высокая коррозионная и химическая стойкость композитов, что снижает затраты на
защиту конструкции от коррозионного разрушения.
К недостаткам композитов следует отнести их более высокую стоимость по сравнению со сталями, что объясняется применением в КМ дорогостоящих компонентов. Кроме того, серьезную проблему представляют утилизация и переработка композитов.
Ввиду значительного различия в свойствах волокон и матрицы в композитах с одноосным армированием имеет место высокая анизотропия механических и физических
свойств. Удельные показатели и предел прочности достигают наибольший значений в направлении вдоль волокон, и наименьших - в поперечном направлении. Невысока
прочность таких композитов при поперечном сдвиге. Анизотропия объясняется тем, что при действии нагрузки вдоль ее воспринимают высокопрочные волокна: например, Ơ6 стальной проволоки достигает -500 MПa. При поперечном приложении нагрузки ее воспринимает малопрочная матрица, и прочность композита лимитируется прочностью матрицы.
Анизотропия уменьшается при двухосном армировании с взаимно перпендикулярным расположением волокон. Однако по сравнению с одноосным армированием прочность композита снижается примерно вдвое. Остаются низкими значения прочности при сдвиге Влияние схемы армирования и направления приложения нагрузки на прочность и деформативность КМ с углеродными волокнами показано на рисунке 3.
Рис 3.
Поэтому при изготовлении деталей из композитов с волокнистым наполнителем ориентация волокон должна обеспечивать максимальную реализацию их свойств с учетом направления действующих нагрузок.
Значительное влияние на свойства композитов оказывает прочность связи матрицы и наполнителя. Для композитов с полимерной матрицей характерна адгезионная связь компонентов Прочность материала зависит от площади контактной поверхности на границе раздела наполнителя и матрицы Чем больше площадь контактной поверхности тем прочнее сам материал. Следует учитывать также, что при количестве наполнителя сверх оптимального значения прочность материала снижается.
1 О. Применение КМ для изготовления кузовных деталей;
При использовании в конструкции металлических сплавов задачей конструктора является выбор (чаще всего пи справочнику) наиболее подходящего по технологическим и механическим свойствам сплава. При конструировании с использованием КМ следует также определиться с типом материала для данной конструкции, будет ли это металлокомпозит или полимерокомпозит, и какой тип наполнителя будет в этом материале. Затем следует определиться с технологией изготовления детали, и здесь следует учесть особенности композитных технологий. Во многих случаях деталь и материал создаются одновременно, композит вне детали как бы не существует. Так, к примеру, изготавливают трубы карданных валов методом мокрой намотки. В то же время широко применяются технологии, где используют композитные полуфабрикаты. Известен, к примеру, метод штамповки деталей из листовых препрегов.
Опыт мирового и отечественного автомобилестроения указывает на целесообразности использования б качестве кузовных материалов композитов на полимерной матрице. Из большой группы этих КМ следует выделить два вида:
1) армированные пластики;
2) дисперсно армированные пластмассы.
Из первой группы материалов целесообразно использование стеклопластиков для изготовления кузовных деталей .
Стеклопластики — это композиты, состоящие из связующей смолы и стекловолокнистого наполнителя. Кроме, этого, в состав входят отвердители, ускорители отверждения, красители, стабилизаторы и т.д.
Следует выделить два типа стеклопластиков, в достаточной степени уже опробованных в качестве кузовных материалов. Эти стеклопластики контактного формования и препреги.
При использовании стеклопластиков контактного формования материал и деталь создаются одновременно, путем послойной пропитки и укладки наполнителя в форму. В качестве наполнителя применяют стеклоткани, стекломаты. ровинговые ткани. Количество наполнителя от 30—35 до 45—50%. В качестве связующего вещества используют синтетические смолы с различными добавками. Послойную укладку и уплотнение ведут до получения требуемой толщины изделия, затем изделие покрывают полиэтиленовой пленкой и прикатывают валиком Отверждение стеклопластика происходит при температуре ≥ 18°С, в течении 24 часок, после чего изделие извлекают из формы.
Главное достоинство этого метода возможность получения крупногабаритных кузовных детален на простой оснастке без применения значительных давлении. Недостатком является большая трудоемкость и малая производительность, поэтому метол контактного формования применяют в малосерийном и штучном производстве.
Препреги представляют собой рулонные или листовые полуфабрикаты, предварительно пропитанные смолой и защищенные с обеих сторон пленкой, В состав материала входят стекловолокнистый наполнитель, ускоритель отверждения, красители и другие компонент
Принципиальным преимуществом композитных технологий перед традиционным» является их низкая энергоемкость. Это позволяет изготовлять композитные детали без применения мощного энергоемкого оборудования в условиях сравнительно небольших технологических участков.
К важным технологическим преимуществам композитов относится также невысокий процент отходов, снижение трудоемкости, возможность получения изделий без дополнительной механической обработки и отделки.
Распространенным является метод получения горизонтальных, кузовных панелей из листовых препрегов горячим прессованием. На первом этапе производят раскрои и дозировку заготовки Раскрой производят специальными ножами по шаблону в соответствии с картой раскроя. Дозируют материалы взвешиванием. Масса заготовки равна массе готовой детали ± 1,5%.
На втором этапе на прессформу наносят слой разделительного материала и снимают с заготовки предохранительную пленку. Затем загружают заготовку в стационарную металлическую прессформу с хромированной рабочей поверхностью.
На третьем этапе производят прессование с подогревом заготовки. Время изготовления определяют из расчета 40—60 сек на 1 мм толщины детали. В таблице 7 приведены параметры прессования кузовных панелей из отечественных препрегов.
Для придания декоративного вида кузовным деталям из препрегов производится их окраска. Применяют два способа окрашивания:
1. Введение красителей в связующую смолу на стадии получения препрега;
2. Окраска уже отпрессованной детали. Этот способ обеспечивает наиболее высокое качество окраски Окрашивание детали из композита производят совместно с
металлическими кузовными панелями, с выполнением всех операций, производящихся при нанесении на кузов лакокрасочных покрытий.
Последовательность, операций следующая:
1. Шлифовка поверхности детали;
2. Обезжиривание парами трихлорэтана в воде (t=90°С);
3. Предварительное грунтование пневмораспылением и сушка при t =80°C
4. Шпатлевание для выравнивания неровностей с. последующей шлифовкой;
5. Полирование и удаление пыли,
6. Антистатическая обработка,
7. Нанесение лакокрасочного покрытия и сушка при t=80—100°С.
Кроме горячего прессования используют ннжекционное прессование, а также RIM-процесс (Reaction Injection Moulding). При ннжекцнонном прессовании детали получают, помещая в форму наполнитель (например, стеклоткань), а затем впрыскивают в нее связующее. Предварительно на пресс-форму наносят актиадгезнонное покрытие (смесь, кремнийорганического воска и поливинилового спирта), а затем уже укладывают наполнитель После впрыскивания конфигурации детали с хорошим качеством поверхности.
Для получения ряда кузовных деталей используют реакционно-инжекцнонное прессование (RIM-процесс). В герметичную форму, имеющую конфигурацию детали, через форсунку впрыскивают исходные компоненты и инициатор вспенивания. Реакция между компонентами и вспенивание происходит в форме, зе счет вспенивания увеличивается объем материала и происходит заполнение им формы. Материал приобретает конфигурацию детали
Применение алюминиевых сплавов объясняется их удельной прочностью и коррозионной стойкостью, удовлетворительными технологическими свойствами. При этом возможно снижение массы конструкции при сохранении требуемого уровня прочности, повышение экономичности автомобиля, его динамики в сочетании с легкостью управления
В автомобилестроении применяют дна типа алюминиевых сплавов - деформируемые и литейные. Деформируемые сплавы (таблица 9) являются перспективными для применения
их в качестве кузовных материалов
Листы из указанных сплавов изготавливаются следующих размеров: толщина — 0,5—12,0 мм; ширина— 600—2000 мм, длина — 2000—7000 мм. Плиты поставляются толщиной 11-200 мм, шириной — 1200—2000 мм; длиной 2000- 8000 мм.
Прессованные профили из аллюминиевых сплавов широко применяют для элементов рам, стоек, поперечин, пола лонжеронов На рис. 4 показаны некоторые типы профилей
Рис 4.
1 —профили для поперечин высотой 100—165,мм при толщине 4—6 мм.
2 — профили для стоек, 3 — профили для пола, 4 — профили для лонжеронов; 5 — элемент крыши с водостоком.
Для наружных кузовных деталей возможно применение листовых сплавов АМг и АМц с толщиной листа 0,8—1.2 мм, v состоянии после отжига.
Прессованные профили из сплава Д1 после закалки и старения применяют для элементов рам. Высота профилей до 220—280 мм, ширина полок 60—70 мм, толщина стенки 8—10 мм и толщина полки 18—28 мм.
Сплавы типа АМr и АД применяют в конструкциях автомобилей большой грузоподъемности, что дает весьма значительный эффект снижения массы конструкции Кузова большегрузный самосвалов из алюминиевых сплавов весят вдвое меньше, чем стальные Эти кузова сваривают из листов сплавов АМrЗ и АМr5. Толщина листов на бортах — 9—12 мм, пола 12—18 мм. Сплавы Д1, АДЗЗ применяют для кузовов прицепов, масса кузова снижается из 30%.
Из сплавов типа АМr изготавливают различные декоративные детали — бамперы, решетки радиаторов, эмблемы. Эти детали анодируют или лакируют.
Применение алюминиевых деформируемых сплавов для наружных панелей отечественных легковых автомобилей пока ограничено. Это объясняется несколькими
причинами.
1) Более высокой стоимостью алюминиевых сплавов по сравнению со сталями;
2) Технология штамповки кузовных панелей из листовых алюминиевых сплавов не обеспечивает высокого качества деталей. Отмечаются надрывы, трещины, налипание металла на штамповую оснастку, что отрицательно сказывается на
качестве деталей.
3) Штампованные. кузовные элементы из листовых алюминиевых сплавов могут иметь недостаточную жесткость и упругость, что снижает сопротивление образованно
вмятин.
В производстве легковых автомобилей за рубежом тенденция постепенного увеличения использования в конструкции алюминиевых сплавов не вызывает сомнения. При этом растет удельный вес не только литейных сплавов (чти отмечается и у нас), но и деформируемых.
Треть массы (~ 410 кг) автомобиля HONDA NSX, выпускаемого с 1989 г. приходятся на узлы и агрегаты из Аl-сплавов. Это кузов весом 210кг, который на 200 кг легче стального, блок цилиндров, картеры трансмиссии и детали подвески. Панели кузова изготавливались штамповкой из Al-Mg сплава.
Наружные кузовные панели (капот, двери, крылья, крышка багажника) из алюминиевых сплавов применяются в серийных моделях Town Car (Ford), Silver Spirit (Rolls-Royce), Mazda. Нa мелкосерийном автомобиле Jaguar XJ220 применяется для пола алюминиевая панель типа «сэндвич» сотовой конструкции.
Фирма ALCOA совместно с Audi разработала технологию, по которой алюминиевые панели крепятся на пространственный каркас кузова, сваренный из полых экструдированных элементов из алюминиевого сплава. При этом масса автомобиля снизилась на 30% без уменьшения габаритов салона, ухудшения комфортабельности и снижения прочности конструкции.
Следует отметить, что крупносерийное производство кузовных панелей из алюминиевых сплавов стало возможным в результате совершенствования штампового инструмента и технологии штамповки.
Анализ тенденций применения, алюминиевых сплавов в автомобилестроении показывает, что в последние годы заметно выросло и будет продолжать расти применение литых деталей из алюминиевых сплавов. Применение деталей из деформируемых сплавов в ближайшие годы возрастет незначительно и предполагается, что эта тенденция сохранится до 2000 г.
Факторами, которые способствуют увеличению использования алюминиевых сплавов в конструкции автомобилей, являются:
а) ужесточение норм расхода топлива. Экономия топлива достигается снижением массы автомобиля, улучшением его аэродинамики, а также за счет применения бортовых компьютеров, управляющих работой двигателя. Снижение массы автомобиля может быть достигнуто путем применения в конструкции материалов с меньшей, чем у стали плотностью. Это композиты и алюминиевые сплавы
б) применение композитов порождает некоторые проблемы, и в первую очередь — проблему утилизации кузовов. До окончательного решения этой проблемы еще
достаточно далеко. В тоже время алюминиевые кузовные детали утилизуются в значительной степени. Энергетические затраты для получений одного килограмма алюминиевого сплава из твердого сплава (вторсырья) составляют около 4% от затрат энергии при получении 1 кг алюминиевого сплава из глинозема.
в) экономия расхода топлива и расчете на один автомобиль приводит к сокращению количества выбрасываемых в атмосферу токсичных газов, что улучшает экологическую ситуацию. Известно, что основную лепту в загрязнение атмосферы вносят автомобили.
Возможно, что применение деформируемых алюминиевых сплавов в качестве кузовных материалов пока еще только перспектива для отечественных легковых автомобилей. Но применение этих сплавов для кузовов и кабин грузовых автомобилей и специальных автомобилей, прицепов, автоцистерн реально уже сегодня.
При производстве кузовов автомобилей значительное внимание уделяется их защите от коррозии. Это объясняется несколькими факторами
1) Увеличением общего агрессивного воздействия окружающей среды на металлические конструкции, и в частности, на кузова автомобилей,
2) Кузов является наиболее коррозионно-уязвимым структурным элементом автомобиля;
3) Кузов самая, дорогостоящая и труднозаменимая часть автомобиля. Долговечность автомобиля во многом определяется сроком службы кузова.
Одной из причин коррозионной уязвимости кузова является низкая коррозионная стойкость листовых сталей, из которых изготавливают кузовы. Применение тонколистовых
(≤ 0,7 мм) сталей повышенной прочности позволяет уменьшить массу кузова, но одновременно с этим делает кузов более уязвимым для коррозионного разрушения из-за меньшей толщины листа.
Кузов имеет большую поверхность, непосредственно контактирующую с окружающей средой, поэтому вероятность возникновения коррозии при нарушении сплошности защитного покрытия весьма велика. Кроме того, в кузовах имеется достаточно большое количество т н. «скрытых» полостей. Это детали коробчатого сечения, щели и зазоры в сварных, клепаных и зафланцованных соединениях. При попадании в эти полости влаги грязи возникают благоприятные условия для развития коррозии. Нередко коррозионное
воздействие сочетается с механическим, что приводит к коррозионно-механическому
разрушению материала кузова.
Причиной, вызывающей коррозионное разрушение кузова, является aтмосферная
коррозия.
Различают два вида атмосферной коррозии - сухую и влажную. Сухая атмосферная коррозия вызывает потускнение поверхности металла, не вызывая его разрушения. При увеличении влажности атмосферы сухая корразия переходит на влажную, которая протекает по электрохимическому типу. При этом на поверхности металла под пленкой влага образуется множество постоянно работающих гальванических пар «катод—анод» В процессе работы этих микрогальванических пар происходит разрушение анодных участков поверхности.
Увеличение влажности воздуха и повышение температуры приводит к интенсификации атмосферной коррозии. Она усиливается также различными примесями, которыми загрязнен воздух, а также пылью и грязью на поверхности металла. Пыль проникает в полости, щели, зазоры и накапливается там, а при последующем увлажнении образуется коррозионно-активная среда. Ускоряют коррозию также различные химические средства борьбы с обледенением дорог.
Металлические листовые материалы с защитными полимерными покрытиями называют металлопластами. Это могут быть листовые стали, листовые титановые или алюминиевые сплавы толщиной от 0,5 до 1,2 мм с одно - или двухсторонним пластмассовым покрытием толщиной от 0,05 до 1 мм. Покрытия получают различными методами, в том числе погружением в ванну с расплавленным полимером, плакированием, напылением порошкообразного полимера, наклеиванием пленки. Применяемые для покрытий материалы и их характеристики приведены в таблице 10.
При использовании металлопластов в качестве кузовных материалов следует учитывать возможность разрушения покрытия при штамповке. Поэтому представляется целесообразным получение покрытия на уже отштампованных деталях. Наиболее часто эти покрытия наносят методом напыления. Чаше других видов применяют вихревое и газопламенное напыление. При вихревом напылении деталь предварительно нагревают в печи до температуры на 100—150°С выше температуры плавления полимера, а затем окунают во взвешенный слой полимерного порошка. Взвешенное состояние порошка достигается с помощью газа, пропускаемого через резервуар, в который засыпается порошок. Частицы порошка, соприкасаясь с разогретой металлической поверхностью, оплавляются и образуют сплошное равномерное покрытие на поверхности детали. Время нанесения покрытия составляет 10—20 сек., затем деталь обдувают сжатым воздухом для удаления избытка порошка и вновь помещают в печь для завершения процесса получения покрытия. Вихревое напыление применяют для детален простой конфигурации, размер напыленных деталей определяется величиной рабочего пространства резервуара.
Газопламенный способ напыления заключается в том, что частицы порошка расплавляют, пропуская через пламя газовой горелки и наносят па подогретую поверхность изделия. Установка для газопламенного напыления соединяет элементы газосварочного
аппарата в установке для пневматического распыления. Газопламенное напыление применяют для получения покрытий на крупногабаритных изделиях и этот способ напыления представляется приемлемым для получения антикоррозионного покрытия на кузовных деталях. Кроме того этот способ рекомендуют для шпатлевания сварных швов и поверхностных кузовных неровностей.
При точечной сварке детали соединяются в отдельных точках, сплошного сварного шва нет. Сварка может вестись к нескольких точках одновременно Перед сваркой места соединений зачищают и обезжиривают, затем свариваемые детали зажимают между неподвижным и подвижным электродами сварочной машины. Поверхность электродов плоская, через электроды передается сварочное давление. Место контакта двух деталей
является участком, где проходящий в цепи ток испытывает большое сопротивление. В
результате выделяется большое количество тепла, часть металла расплавляется и образуется ядро расплавленного металла. После выключении тока и сдавливания жидкий металл затвердевает и образуется сварное соединение (сварная точка).
Задачей конструктора является выбор диаметра сварных точек и шага точечного шва. Диаметр сварной точки зависит от толщины свариваемых деталей и определяется из формулы:
dт = 2δ+3 мм; δ — толщина одного листа, мм
Сварные точки должны находиться друг от друга на расстоянии В~2,5 dт. При B<2,5 dт происходит шунтирование тока, при этом ток идет не через место контакта под электродами, а через соседнюю сварную точку, полученную ранее. При B>2,5dт прочность соединения может быть понижена из-за слишком большого расстояния между сварными точками.
Усталостная, прочность сварных точечных соединений по сравнению с прочностью основного металла снижена. Это объясняется влиянием структуры сварного соединения, и в первую очередь влиянием структуры металла в зоне термического влияния. Поэтому в конструкциях, полученных с помощью точечкой сварки следует по возможности уменьшить воздействие на сварные соединения повторяющихся изгибающих нагрузок и крутящих моментов.
Возможность применения лазерной сварки при сборке кузовов продиктована преимуществами этого вида сварки перед другими
1. Значительно меньшая энергоемкость процесса сварки;
2. Пониженное тепловыделение в свариваемых материалах, и, как следствие, минимальная величина зоны термического влияния,
3. Поводка (деформация) сварного соединения незначительна;
4. Высокие качество и прочность сварного соединения;
5. Более высокая скорость сварки.
По типу воздействия на свариваемый материал различают непрерывную и импульсную лазерную сварку. При импульсной сварке, соединение состоит из ряда сварных точек, при непрерывной образуется сплошной шов.
Для импульсной лазерной сварки применяют твердотельные лазеры на рубине и на стекле, активированном неодимом. Так, например, для точечной сварки можно применять
установку «Квант-18» рабочим элементом является активированное неодимом стекло. Скорость сварки характеризуется количеством сварных точек за 1 мин; на установке
«Квант-18» количество сварных точек за 1 мин ≤ 30, максимальная глубина проплавления
1,5 мм.
На прочность сварного соединения при лазерной сварке влияют такие факторы как однородность свариваемых металлов, тип сварного соединения, величина зазора между свариваемыми деталями. При сварке листовых сталей 08 KП прочность сварного соединения вдвое превышает прочность основного металла. Зазор при сварке листовых металлов не должен превышать 0,25S, где S - толщина листа. Следует полностью исключить взаимное перемещение деталей при сварке. Оптимальными типами сварных соединений считают стыковое соединение, а также соединение «внахлест». Глубина проплавления зависит от мощности излучения лазера; чем больше мощность, тем большей будет глубина проплавления.
Применение клеев в автомобилестроении обусловлено рядом преимуществ, которыми обладают клеевые соединения. К таким преимуществам относятся
1. возможность соединять самые разнообразные, отличающиеся по свойствам материалы, соединение которых другими способами либо затруднено, либо невозможно,
2. отсутствие в зоне соединения щелей и зазоров, а также выступающих частей крепежных деталей,
3. применение клеев вместо заклепок, болтов, и других крепежных деталей снижает
массу конструкции, упрощает сборку,
4. прочность клеевых соединений в большинстве случаев является вполне достаточной
для обеспечения прочности склеенной конструкции,
5. клен могут быть герметизирующим барьером, предотвращающим возникновение коррозии в местах соединений.
Из всего многообразия выпускаемых клеев в автомобильной промышленности широко применяют клеи на основе эпоксидных смол (эпоксидные клеи), несколько реже применяют полиуретановые.
Различают эпоксидные клеи холодного и горячего отверждении. Эти клеи обладают хорошей адгезией к металлам и многим неметаллическим материалам, отличаются водо-,
масло- и бензостойкостью. Клеи холодного отверждения используют как основу для композиций, применяемых при ремонтно-восстановительных работах. Эти композиции применяют для заделки трещин, пробоин, а также для восстановления изношенных рабочих поверхностей деталей. При производстве автомобилей используют клеи горячего отверждения, например клеи УП-5-207. Этот клей применяют для соединения наружной и внутренней дверных панелей, проклейки зафланцовок капота и багажника. Отличительной особенностью этого клея является способность склеивать замасленные поверхности. Отверждение клея происходит в сушильных камерах в процессе сушки лакокрасочного покрытия.
Полиуретановые клеи обладают хорошей адгезией к большинству материалов и применяются для склеивания сталей, алюминиевых сплавов между собой и с неметаллическими материалами. Эти клеи отличаются вибростойкостью и ударопрочностью, они стойки к воздействию нефтепродуктов и к резким перепадам температуры.
Лакокрасочные материалы (ЛКМ) — жидкие, пасто- или порошкообразные многокомпонентные составы, которые при нанесении тонким слоем на поверхность, изделия образуют пленку, имеющую прочное сцепление с поверхностью. В кузовостроении ЛКМ применяют для получения на кузовах защитно-декоративных покрытий. Эти покрытия должны обеспечивать защиту кузовов от корразии и соответствовать определенным эстетическим нормам.
7.1. Классификация ЛКМ.
Применяемые в кузовостроении ЛКМ можно условно разделить на основные и вспомогательные. Вспомогательные материалы предназначены для подготовки поверхности перед окраской, разведения ЛКМ до рабочей вязкости, ускорения сушки. Основные материалы служат для получения собственно лакокрасочного покрытия.
К вспомогательным материалам относят растворители, разбавители, обезжиривающие и фосфатирующие составы и т.д. К основным относят следующие материалы:
1. Грунтовки, наносимые непосредственно на металл;
2. Грунт-шпатлевки, используемые для выравнивания мелких неровностей глубиной до 0,1 мм,
3. Шпатлевки и шпатлевочные наполнители для выравнивания неровностей глубиной более 0,1 мм;
4. Краски, лаки и эмали для защитно-декоративной отделки кузовов,
5. Герметики и шумозащитные мастики;
6. Антикоррозионные мастики.
Грунтовки могут служить в качестве самостоятельного защитного покрытия, а также для обеспечения прочного сцепления основного защитно-декоративного покрытия с металлической поверхностью. Шпатлевки применяются для выравнивания микро- и макродефектов поверхности перед их окраской.
Краски, изготовленные на лаках, называют эмалевыми, или просто эмалями, а изготовленные на олифе — масляными.
Лаки служат для получения прозрачных покрытий или нанесения поверхностного слоя по слою эмали для увеличения блеска покрытия.
Герметики и шумозащитные мастики применяют для уплотнения и защиты от коррозии стыков и швов, уменьшения уровня шума и вибрации.
Антикоррозионные мастики (антикоры) применяют для зашиты от коррозии нижних частей кузова - днища, арок, колес, лонжеронов, поперечин, порогом, которые в процессе эксплуатации автомобиля испытывают интенсивное коррозионно- механическое воздействие.
Лакокрасочные материалы делятся на группы к зависимости от назначения и от типа основного пленкообразователя (таблицы 12 и 13).
Пленкообразователи — вещества, входящие в состав ЛКМ, которые при нанесении на поверхность высыхают под воздействием кислорода воздуха, света, тепла и образуют на ней сплошную пленку.
Таблица 12.
|
Группа ЛКМ по назначению |
Индекс |
Группа ЛКМ по назначению |
Индекс |
|
Грунтовки Шпатлевки Атмосферостойкие Ограниченно атмосферостойкие (под навесом и внутри помещения) Консервационные |
0* 00 1 2 3 |
Водостойкие Специальные Маслобензостойкие Химически стойкие Термостойкие Электроизоляционные |
4 5 6 7 8 9 |
* Индексом «0» в маркировке ЛКМ обозначают также гюлуфабрикатные лаки и густотертые краски.
Таблица 13
|
Наименование пленкообразователей |
Обозна -чение |
Наименование пленкообразователей |
Обозна- чение |
|
Канифольные Битумные Глифталевые Фенольные Полиэфирные Полиуретановые Полиакриловые Нитроцеллюлозные Этилцеллюлозные Меламиновые Эпоксидные |
КФ БТ ГФ ФЛ ПЭ УР АК НЦ ЭЦ МЛ ЭП |
Алкидноуретановые Масляные Пентафталевые Фторопластовые Эпоксизфирные Кремний органические Полиамидные Хлорвиниловые Каучуковые Винилацетиленовые Алкидностирольные |
АУ МА ПФ ФП ЭФ КО АД ХВ КУ ВЛ МС |
В маркировку ЛКМ входит название лакокрасочного материала, буквенное обозначение в зависимости от типа пленкообразователя, цифры первая из которых указ .назначение материала, а остальные — его регистрационный номер/ Например эмаль
MЛ-197 — меламиновая эмаль (МЛ), атмосферостойкая (1), регистрационный номер
—97.
Для масляных красок вместо номера ставится цифра, определяющая наименование олифы, на которой изготовлена краска. Под номером 1 — олифа натуральная, 2 — олифа оксоль, 3 — олифа глифталевая, 4 — олифа пентафталевая, 5 — олифа комбинированная. Например краска МА-025 зеленая — масляная краска (МА), густотертая (0), ограниченно атмосферостойкая (2), на комбинированной олифе (5).
Для некоторых ЛКМ в маркировке ставится буквенный индекс, определяющий разновидность материала: В — водоразбавляемый, П — порошковый, Е — применяемый без растворителя, Э — эмульсионный, ПД — пластизольный. Например; краска П-ЭП-134 синяя — краска порошковая (П.), эпоксидная (ЗП). атмосферостойкая (1), регистрационный номер — 34.
Грунтовка В-МЛ-0143 — водоразбавляемая (В), меламиновая (МЛ) грунтовка (0). регистрационный номер 143.
Лак ГФ-050 — глифталевый (ГФ) полуфабрикатный (0) лак с регистрационным номером 50.
Шпатлевка ПФ-002 — пентафталевая (ПФ) шпатлевка (00). 2 — регистрационный номер. Иногда цвет ЛКМ указывается не символом, а буквой (К — красный. КК — краснокоричневый и т.д.) Например: грунтовка ФЛ-03Ж — фенольна.я (ФЛ), грунтовка (0), 3 — номер, Ж — желтая.
PAGE 1