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.

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) особо тонколистовую 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.

Основными технологическими процессами, применяемыми в кузовостроении являются 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.

2. Штампуемость сталей

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 R_a<0,6mkm: б) листовые стали с матовой поверхностью. (R_a = 0,8— 1,6 мкм), б) листовые стали с шероховатой поверхностью (R_a> 1,6 мкм). Чем выше качество поверхности, тем лучше штампуемость.

2. Свариваемость сталей

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.

2. Влияние состава и структуры сталей на штампуемость и свариваемость

Углерод оказывает сильное влияние на штампуемость. 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».

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.

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.

2. Применение сталей повышенной прочности (СПП)

Эффективным способом снижения массы автомобиля и потребления топлива является применение в кузовостроении. сталей повышенной прочности. Это низкоуглеродистые стали, у которых значение предела текучести Ơ_0,2>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.

2. Применение двухфазных сталей

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). 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.

2. Композиционные материалы (КМ), общие сведения

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.

2. Классификация КМ

Композиционные материалы различают по типу матрицы или по типу наполнителя. 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 армированные КМ).