Lakiernictwo i blacharstwo

ponad rok temu  28.05.2013, ~ Administrator - ,   Czas czytania 8 minut

Nowe blachy nadwozia
Nowoczesne auta posiadają coraz więcej różnego rodzaju urządzeń, które ułatwiają prowadzenie samochodu, zwiększają komfort jazdy i zwiększają bezpieczeństwo podróżnych. Te wszystkie dodatki mają jednak swoją wagę i po zsumowaniu wszystkich mas okazuje się, że nowoczesny samochód jest o wiele cięższy od swoich poprzedników.

Większy ciężar to wymóg większej mocy silników i większe zużycie paliwa. A klienci oczekują wygodnych i bezpiecznych samochodów, ale zużywających mniej drogiego paliwa i mających coraz większe osiągi. Stąd też pomysł na odchudzanie i obniżanie masy samego nadwozia samochodu, z jednoczesnym poprawianiem sztywności kabiny pasażerskiej, dokładniejszym określaniem i budowaniem stref zgniotu kontrolowanego, co w konsekwencji zapewni większe bezpieczeństwo.
<1xxx.jpg>
Rys. 1

Materiałem lżejszym od stali jest aluminium, dlatego też w tym kierunku na początku lat 90. ubiegłego stulecia poszli konstruktorzy samochodów. Pierwszym samochodem produkowanym seryjnie ze stopów aluminium było Audi A8, produkowane zresztą do dzisiaj, choć już w nowocześniejszej oprawie. Audi A8 jest wykonane na bazie przestrzennej ramy (ASF-Audi Space Frame). Rama jest wykonana z elementów odlewanych i wytłaczanych. Jest lekka, sztywna i bardzo stabilna. Wprowadzenie aluminium do budowy nadwozia wynikało tylko z jednej przesłanki – zmniejszenie masy samochodu. Zainteresowanie nadwoziami z aluminium było tak duże, że budowę nadwozia z aluminium wprowadzono także przy produkcji modelu A2. Powodzenie zastosowania stopów aluminium w budowie nadwozia zaniepokoiło producentów stali. Stąd w połowie lat 90. nastąpił szybki rozwój nadwozi wykonywanych z blach stalowych. Do produkcji nadwozi samochodów zaczęto stosować stal o podwyższonej i wysokiej wytrzymałości, co pozwoliło na zmniejszenie masy przez stosowanie cieńszych blach. Poza tym opracowane zostały nowoczesne technologie wykonywania poszczególnych elementów nadwozia: TB, TEB, TRB czy IHU, jak również zastosowano termoplastyczne tworzywa sztuczne wzmacniane włóknem szklanym oraz blachy magnezowe.
<2xxx.jpg>
Rys. 2

Nowoczesne technologie pozwalają na zastosowanie do budowy nowoczesnych nadwozi materiałów o odmiennych właściwościach chemicznych i zmiennych grubościach. Podstawą są oczywiście w dalszym ciągu stal i aluminium, ale w różnych kombinacjach, połączeniach, stopach, rodzajach i postaciach. Nie ma już podziału na nadwozia czysto stalowe i aluminiowe. Nowoczesne konstrukcje samochodów “idą” w kierunku mieszanek materiałowych.
Dzięki zastosowaniu takich mieszanek można zwiększyć wytrzymałość poszczególnych elementów nadwozia bez zwiększania ilości różnego rodzaju wzmocnień, a co za tym idzie bez zwiększania masy nadwozia. Można także obniżać masę niektórych elementów.
<3axxx.jpg>
<3xxx.jpg>
Rys. 3

Obok zwykłych blach głębokotłocznych (granica plastyczności do 220 MPa) i blach o podwyższonej wytrzymałości (od 220 do 300 MPa), stosowane są blachy o wysokiej (od 300 do 550 MPa) i najwyższej (od 550 do 1400 MPa) wytrzymałości.
Np. nadwozie samochodu Audi A6 składa się w 48 proc. ze stali o podwyższonej i wysokiej wytrzymałości. Stale tego rodzaju są stosowane w miejscach szczególnie ważnych dla sztywności nadwozia. Pozostałe elementy są wykonane z materiałów lekkich: aluminium oraz zredukowanych wagowo wytłoczek wykonanych z blach stalowych głębokotłocznych. Takie surowe, kompletne nadwozie waży tylko 434 kg. Coraz częściej z aluminium są wykonywane elementy wzmacniające i usztywniające, a nie tylko elementy poszycia zewnętrznego:
- wzmocnienia i usztywnienia wewnętrzne progów są wykonane z grubych i sztywnych, ale bardzo lekkich aluminiowych elementów ciągnionych. Profile aluminiowe są stosowane często nie tylko ze względu na niską wagę, ale także ze względu na możliwość absorbowania przez nie dużych ilości energii podczas deformacji;
- elementy tłoczone o dużych powierzchniach wykonuje się także z aluminium, ponieważ takie same elementy, o takiej samej sztywności i wytrzymałości, ale wykonane ze stali byłyby cięższe. W szczególnie ważnych, dla sztywności nadwozia, punktach są stosowane elementy wykonane ze stali szlachetnej o najwyższej wytrzymałości. Są to przeważnie elementy o skomplikowanej geometrii, które podczas wypadku muszą przenieść duże ilości energii bez ich uszkodzenia. Np. w Audi są wykonane ze stali szlachetnej: zamocowanie amortyzatorów przednich, dolna poprzeczka nadkola przedniego, belka wzmacniająca ścianę przednią oraz wzmocnienie zamocowań tylnego zawieszenia w celu zwiększenia stabilizacji ich połączenia z nadwoziem.
<4axxx.jpg>
<4bxxx.jpg>
Rys. 4

Nie tylko poszczególne elementy nadwozia są wykonywane z różnych rodzajów blach. Także w jednym elemencie mogą znaleźć się blachy o różnej wytrzymałości i o różnej grubości. Są to elementy typu Tailored Blanks (TB) – (rys. 1), co w dowolnym tłumaczeniu oznacza: “krawiecka mieszanka” lub “pasowane kawałki materiału”. W praktyce wygląda to tak, że arkusz blachy przygotowany do tłoczenia danego elementu nadwozia składa się z kilku kawałków blach o różnej grubości i o różnych właściwościach, jak również o różnych powłokach antykorozyjnych. Te różne kawałki zostają ze sobą połączone technologią spawania laserowego lub zgrzewania liniowego. Np. belka przednia w samochodach VW Golf IV tłoczona jest z arkusza blachy wykonanego techniką TB. Część środkowa z blachy o grubości 2,5 mm i części skrajne z blachy o grubości 1,5 mm, połączone są spoiną laserową (rys. 2)
<5xxx.jpg>
<33xxx.jpg>
<5bxxx.jpg>
<5cxxx.jpg>
<5dxxx.jpg>
Rys. 5

Elementy Tailored Blanks są zawsze przycinane dokładnie na wymiar elementu finalnego. Stosowane są tam, gdzie dany element musi mieć w pewnych obszarach dobre właściwości formowania, a w innych wysoką wytrzymałość. Taki element składa się zatem z blachy miękkiej w miejscach, gdzie przewidziana jest obróbka plastyczna o wysokim stopniu zgniotu, a w miejscach, gdzie wymagana jest wysoka wytrzymałość z blachy o podwyższonej granicy plastyczności. Inna możliwość to stosowanie blach o różnych grubościach. Dzięki odpowiedniemu przygotowaniu krawędzi i spawaniu laserowemu można otrzymać wykroje o zróżnicowanej grubości. Spoiny laserowe są bardzo wytrzymałe, nie ulegają uszkodzeniom podczas tłoczenia gotowych elementów. Dalszy rozwój w branży metalurgicznej to Tailor Rolled Blanks (TRB) – (rys. 3), czyli blachy nadwozia o różnych grubościach, wykonane techniką walcowania. Blacha o określonych właściwościach, czyli stosowana do ściśle określonych miejsc, walcowana jest na całej swojej długości, tak aby miała różne grubości. Blacha może następnie być obrabiana cieplnie (w celu zmiany parametrów wytrzymałościowych) i powlekana powłokami antykorozyjnymi (np. cynkowana). Z blachy są wycinane arkusze o długości końcowego elementu, a z nich cięte są elementy do ostatecznego tłoczenia elementu końcowego. Taki element może mieć na całej swojej długości różną grubość w zależności od potrzeb wytrzymałości i sztywności. Na takich elementach nie ma śladów łączenia, nawet po spawaniu laserowym. Są to elementy jednorodne, a przejścia grubości są łagodne. Takie rozwiązanie skraca proces produkcji elementu składającego się z blach o różnej grubości. Elementy wykonane techniką TRB mają następujące zalety:
- optymalne dopasowanie grubości blachy do warunków obciążenia elementu z jednoczesną redukcją ciężaru elementu,
- przez te celowe zmiany przebiegu zmian grubości można zoptymalizować funkcje i kształtowanie produkowanych elementów.
Różnice pomiędzy elementami wykonanymi techniką TB i TRB pokazuje rys. 4.
Następnym krokiem w rozwoju blach nadwozi samochodów jest technologia produkcji elementów typu Tailored Tubs (TT). Chodzi tu o przygotowanie półfabrykatów w postaci rur, które są wykonane z blach o różnej grubości i różnych właściwościach, czyli technologią TB. Te “dziwne” rury są produktem wyjściowym do produkowania różnego rodzaju elementów wzmacniających nadwozia o przekroju zamkniętym. Do ostatecznego profilowania elementu jest stosowana następnie nowa technologia o nazwie IHU – Innenhochdruck-Umformung (rys. 5), czyli formowaniem wysokim ciśnieniem od wewnątrz.

Przygotowana wcześniej rura, technologią TT, jest wstawiana do matrycy, a rolę tłocznika przejmuje woda pod wysokim ciśnieniem wprowadzana do wnętrza rury. Technologia IHU pozwala na otrzymywanie elementów wzmacniających nadwozia, które wykorzystywane są do budowy progów, słupków, ram bocznych i ram szyb. Np. BMW produkuje opisaną technologią wzmocnienia słupka A, jak również górnej poprzeczki ramy szyby samochodów BMW-Cabrio. Podczas napraw nowoczesnych nadwozi należy pamiętać o tym, że nadwozie jest mieszaniną różnych materiałów. Tak naprawdę nie ma widocznych różnic pomiędzy tymi blachami. Mogą być tylko grubsze, sztywniejsze, twardsze bądź bardziej sprężyste. Jednak ze względu na inny skład chemiczny granica plastyczności takich blach jest różna i zmienia się w bardzo dużym zakresie. Oznacza to, że jeżeli uderzymy z taką samą siłą w blachę zwykłą i w blachę o podwyższonej wytrzymałości, to wgłębienie które na nich powstanie będzie mniejsze na materiale o podwyższonej wytrzymałości, a na blachach o wysokiej wytrzymałości takie wgniecenie będzie znikome lub w ogóle niewidoczne. I odwrotnie, jeżeli chcemy wyprostować takie wgniecenie lub załamanie, to musimy użyć większej siły. Przy “klepaniu” blacha może pękać, a przy wyciąganiu musimy działać większą siłą niż na blachy o zwykłej wytrzymałości. Konieczne jest więc stosowanie dodatkowych zamocowań i przeciwciągów, żeby zapobiec pękaniu i rwaniu się blachy oraz jej niepożądanym odkształceniom. Aby dokładnie poznać rozkład blach o różnych właściwościach i grubościach na nadwoziu samochodu, konieczna jest znajomość fabrycznych instrukcji serwisowych. Elementy profilowane z aluminium i ze stali o wysokiej wytrzymałości powinny być po uszkodzeniu wymienione. Szczególnie te, których zadaniem jest akumulowanie jak największej ilości energii podczas zderzenia. Elementy ze stali o podwyższonej i wysokiej wytrzymałości, czyli ulepszane cieplnie nie mogą być poddawane obróbce na gorąco, ponieważ straciłyby swoje właściwości. Mogą być tylko prostowane na zimno lub wymieniane. Jeżeli elementy te mają być łączone ze sobą, to tylko przez zgrzewanie, lutowanie twarde lub klejenie. Lutowanie twarde zapewnia minimalne podgrzewanie blach podczas ich łączenia, w przeciwieństwie do spawania w osłonie gazowej. Dzięki temu struktura krystaliczna materiału pozostaje niezmieniona, zaś sama spoina, ze względu na zawartość miedzi, jest odporna na działanie czynników korozyjnych. Naprawa blacharska nowoczesnego samochodu nie już taka prosta jak dawniej. Wymaga od blacharza znajomości budowy nadwozia, rodzajów materiałów, nowoczesnych technik łączenia, wiedzy o możliwościach naprawy i wymiany poszczególnych elementów, nowoczesnych narzędzi. Z braku odpowiedniej wiedzy i umiejętności można już podczas pierwszej naprawy blacharskiej popsuć najlepsze konstrukcje i materiały. I nie chodzi już tylko o zabezpieczanie antykorozyjne. Stawka jest o wiele wyższa. Bezpieczeństwo bierne samochodu zależy teraz od blacharza o wiele bardziej niż kiedyś. Tak samo jak bezpieczeństwo czynne od mechanika.

Żeby być pewnym jakości swoich usług, blacharz musi się uczyć i doszkalać także z zakresu rodzajów stosowanych materiałów i nowych technik ich łączenia. Uczenie się na nowych modelach samochodów metodą prób i błędów już nie wystarczy.

Wiesław Wielgołaski
B1 - prenumerata NW podstrony

Komentarze (0)

dodaj komentarz
    Nie ma jeszcze komentarzy...
do góry strony