A karosszéria gyártás anyagai

Átírás

1 A karosszéria gyártás anyagai Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg a járműfejlesztés jellemző trendjeit Az autó-mobilizmus dinamikus fejlődése szinte az egész huszadik század egyik meghatározó műszaki fejlődés- és gazdasági konjunktúra befolyásoló tényezője volt. Trend a járműfejlesztésben 1. ábra Trend a járműfejlesztésben Tegnap Ma Holnap > keretstruktúra > robbanómotor > alternatív meghajtás > csekély darabszám > nagy darabszám > variációk sokfélesége > fa, vas > AHSS, alumínium > multifunkcionális anyagok > helyi gyártás > globális gyártás > rugalmas globális gyártás Az autóépítés kezdetén a járművek karosszériájának szerkezeti kialakítása a lovas kocsik formavilágából építkezett, és döntően annak anyagát acélt, fát használt. Még a második világháború idején is a fa felépítmény gyakran használt megoldás volt. ( Lásd DKV karosszéria 2. ábra.) 2. ábra DKW fa karosszéria Csak később fejlesztették ki a növekvő iparosodás folyamán a költségelőnyös sorozat-gyártási és megmunkálási eljárásokat a karosszéria gyártásban.

2 Olvassa el a bekezdést! Tanulmányozza a 3. ábrát! Gyűjtse ki az autógyártásban alkalmazott anyagok változásának a trendjét! Gyűjtse ki és tanulja meg az autóipari tömeggyártás jellemző anyagait! Az 1995 évből származik a Volkswagentől egy- az autógyártásban akkor használt anyagösszetétel változását mutató jellegábra. 3. ábra 3. ábra A mai autóipari tömeggyártást nem csak a járművek sokfélesége, - lásd. 4. ábra - hanem ezekhez felhasznált anyagok széles választéka is jellemzi; amely elsősorban nagyszilárdságú acél, könnyűfémek alumínium, magnézium valamint termoplasztikus és tartós műanyagokból áll. Jármű osztályok összefoglaló csoportosítása

3 Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg az autóhoz felhasználandó anyagok kiválasztásának a szempontjait! Tanulja meg a különféle anyagok előnyeit és hátrányait! 2.1. Anyagválasztás és építési mód. Ma egy új autó tervezését, egy bizonyos piaci szegmensre pozícionálják, annak várható eladási árat, darabszámát előre meghatározva. Ez alapvetően befolyásolja a felhasználandó anyagok kiválasztását, és így a karosszéria építési módját is. Az anyag optimális kiválasztása több különböző tényezőtől függ, pl. gyártási mód; azaz nagysorozatú tömeg-gyártás, vagy prémium kategóriájú kis szériás-gyártás; - a nagy darabszámhoz az automatizált-, gazdaságilag nagy invesztíciót igénylő beruházással szemben, a járművek építéséhez felhasznált anyag- és alkatrész acél, amely termelékenyen gyártható olcsóbb megoldása párosul; - az alumínium magasabb előállítási anyag költségeit, a kisebb előállítási szériák miatt, a gyártó berendezések kisebb beruházási költségigényével kompenzálják. - az újabb járműmodelleknél a könnyűépítési követelmények miatt egyre gyakrabban lehet találkozni un. kevert karosszéria szerkezetű építési módokkal is, ahol az alumínium elő lap elemek és az acél karosszéria elemek együtt kerülnek összeépítésre. Az alumínium- és acélkarosszériák gazdaságossági összehasonlításának jelleg ábráját mutatja a 4. ábra. 4. ábra. Alumínium és acélkarosszériák gazdaságossági összehasonlítása. Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg az anyagok kiválasztásával kapcsolatos konstruktőri célokat és ezek hatását! A következő táblázat áttekintést nyújt a karosszériakoncepció anyag kiválasztásánál felmerülő cél-konfliktusokra;

4 Konstruktőr célok Ideális anyagok bevezetése Magas szilárdság és torziós merevség A kialakítás multifunkcionalitása Könnyűszerkezetes építés Darabszámtól függő dizájn tervezés Az anyag recycling lehetősége Célkonfliktusok Költség, korróziós problémák megoldása, kötések megoldása, újrahasznosítás lehetősége A merevséget biztosító kialakításra törekvés egy bizonyos határon túl, szemben áll a karosszéria összsúly/hasznos súlyarány elvárásaival. pl. vázszerkezet keresztmetszet vastagságának növelése igénye Anyagtulajdonságok és azok gyárthatósága Akusztikus kihatások Megfelelő anyag kiválasztásához a gyártási folyamat ennek megfelelő limitálási lehetősége Költségek A megfelelő anyag optimális kiválasztását nemcsak műszaki -, hanem - természetesen - gazdasági szempontok is alapvetően meghatározzák! Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg a karosszéria anyagokkal szembeni követelményeket meghatározó szempontokat! 2.2. A karosszéria anyagokkal szemben támasztott követelmények és kritériumok. A karosszéria anyagok követelményei elsősorban a jármű funkcionális tulajdonságaiból, valamint annak előállításánál az egész gyártási folyamat lánc adottságaiból; pl. sajtolás, karosszéria elemeinek kötése, szerelési folyamat, stb. adódnak. Pl: sajtolásnál figyelembe kell venni a lemez alakítási viselkedését, a vissza-rúgózás okozta méretpontosság biztosításának problematikáját. Mint ahogy a különböző anyagú karosszéria elemek acél- alu egymással való illesztési- és kötési eljárásainak lehetőségét. Elvárásként mindenekelőtt az aktív és passzív biztonság-, további növelése a karosszéria torziós merevsége-, fokozott korrózióvédelme-, recycling lehetőségének megnövelt normák szerinti teljesítése fogalmazódik meg. Az új dizájn az esztétikus megjelenés mellett mindenek előtt a kocsi cv <0,3 - légellenállás csökkentését várják el. Természetesen a kategória legjobb komfort lehetőségének biztosításával, kedvező áron! A fejlesztés, elsődlegesen az új anyagokra és technológiákra alapozhatók.

5 5. ábra Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg a karosszéria anyagok kiválasztását meghatározó szilárdsági és alakíthatósági tulajdonságokat, ezek jelölését! Az anyagkiválasztásnál az anyag szilárdsági- és alakíthatósági tulajdonságai a döntőek: - Folyáshatár: R p, R 0,02 - Szakítószilárdság: R m - Képlékenységi anizotrópia: r - Keményedési kitevő: n - Szakadási nyúlás: A 80 - Rugalmassági modul: E 0 0 ln b ln b b r b b s 0 x ln S ln L b S L b r0 2 r45 r90 r 4 n k A f x ábra Átlagos r a képlékegységi anizotrópia értelmezése Miután kiválasztják az anyagokat, illetve meghatározzák az illesztési eljárásokat velük elvégzik a karosszéria szilárdsági ellenőrzését végeselem szimulációját, ütközési tesztjet és ciklikus terhelésnek vetik alá.

6 Olvassa el a bekezdést! Tanulja meg a karosszériaépítés meghatározó anyagát és alkalmazásának legfontosabb okait! 2.3. Acél anyagok A legfontosabb anyag a karosszériaépítésében ma is az acél, ami lemezek vagy zárt profilok formájában félkész termékként áll rendelkezésre. Ennek okaként egyszerűen a mechanikai- tulajdonságai-, jó feldolgozhatósága és korlátlan recycling újrahasznosíthatósága emelhető ki. Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg a normál mélyhúzott acélok jellemző tulajdonságait, jelölésüket! A finomacél lemezek legnagyobb hányadát ma is a lágy húzott és mélyhúzott acélok teszik ki, amelyeket a DIN 1623/2-es tartalmaz. A karosszéria lemezek egy nagy hányada besorolhatók a normál mélyhúzott lemezek közzé. Ezen lemezek széntartalma kisebb mint 0,1%, elfogadható szakítószilárdsága mellett, magas szakadási nyúlás jellemzi. (Lásd 1 sz. táblázat.) Anyag Werkstoff R p R m A 80 Nr. [N/mm 2 ] [N/mm 2 ] % r a Δr a r max β max St >28 St < >32 1, St < > ,6 2,2 2,25 St 15 < > ,7 2,4 2,3 1. táblázat Acélfajták Olvassa el a bekezdést! Tanulmányozza a 7. ábrát! Gyűjtse ki és tanulja meg a finomacéllemez gyártás és nemesítés folyamatának lépéseit! Tanulja meg a fém- és az organikus bevonatok szerepét! Felület nemesített finomacél lemezek. A 7. ábrán a finomacél- és felületnemesített lemezek különböző gyártási módjainak áttekintése látható. Ezen finomlemezek nagyobb hányadát ma felület nemesített formában hozzák forgalomba. A felületnemesített finomacél lemezek rendelkeznek a hidegen hengerelt lemezek minden felhasználás szempontjából kedvező tulajdonságával; mint a szilárdság, felület simaság - R a < 0,6 sima finomlemez, R a < 1,8 matt finomlemez - képlékeny alakíthatóság és hegeszthetőség. A fémbevonatok védik a finomacél lemezt a korróziótól, az organikus bevonatok pedig tovább növelik azt, még dekoratív külsőt is kölcsönöznek neki.

7 7. ábra Forrás:Dr. K. Sardemann Tendenzen bei der Entwicklung kaltgewlzter und oberflächenveredelter Stahlbleche Hoesch Ag, Dortmund Olvassa el a bekezdést! Tanulja meg a bevonatolás módszereinek a nevét és technológiáját! A bevonatolásra két fő módszer van, az olvadékba mártás és az elektrolitikus leválasztás. Az organikus sávbevonatok készítésének fő módszerei a sávban lakkozás és széles szalag kasírozása műanyag fóliával. Olvassa el a bekezdést! Hasonlítsa össze a 7. ábra és a 2. táblázat tartalmát! Ipari méretekben a következő bevonatok terjedtek el. 2. táblázat. Módszer Átlagos bevonat összetétele Megnevezés Olvadékba cink Z merítés cink/11% vas-ötvözet ZF cink/ 5%, alumínium elegyfém-ötvözet 55% ZA alumínium 43,4%, cink/szilicium-ötvözet AZ alumínium A alumínium/10%, szilicium ötvözet AS Elektrolitikus cink ZE leválasztás cink/21% nikkel ötvözet ZNE ólom/7% ón ötvözet TE 2. táblázat Finomacél lemezek felületnemesítése fémbevonatokkal. Forrás:Dr. K. Sardemann Tendenzen bei der Entwicklung kaltgewlzter und oberflächenveredelter Stahlbleche Hoesch Ag, Dortmund

8 Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg az olvadékba merítéssel készített bevonatok típusait/anyagait és jellemző tulajdonságaikat! Vesse össze az anyagok jelöléseit a 7. ábrán és a 2. táblázatban megadottakkal! Olvadékba merítéssel készített bevonatok A cink (Z) sokoldalúan felhasználható az autógyártó és különböző berendezéseket gyártó iparban. A hagyományos cinkbevonatok homogén ή- vegyes kristályból állnak, melyek különbözően orientáltak. A bevonat ezekből létrejövő látható cink- kristály, struktúráját cinkoxidnak nevezzük. Kis mennyiségű ( 0,20% ) aluminium adalék nagyon vékony ötvözetréteg kialakulását eredményezi a finomacél lemez és a cinkbevonat között, ez a bevonat a megfelelő tapadását biztosítja. Cink vas ötvözet (ZF) az autóipar számára az un. Galvannealed-finomacél. A gyártás folyamatos módszerrel történik; közvetlenül a horganyzást réteg vastagsága 5-10 μm - követően, célzott lágyító hőkezeléssel, melynek során diffúzió irányításával sor kerül a cinkbevonat teljes átalakulására Fe/Zn- ötvözetfázisba. Felhasználás szempontjából a következő tulajdonságokkal tűnik ki; kiválóan tapad rajta a lakk, jól ponthegeszthető, jól foszfatálható! Hátrányát jelenti a képlékeny alakításnál a viszonylag nagy kopás ( morzsalékonyság). Cink aluminium 5%-elegyfémes- ötvözet ( GALFAN R ). A galfan-olvadékba merítéssel nemesített finomacél lemez a tűzi horganyzottal szemben jobb korrózióvédelmet biztosít és kiváló a képlékeny alakíthatósága hajlításnál és mélyhúzásnál. Alumínium (55%)- cink (43,4%)- szilicium-ötvözet ( GALVANUME R ). A bevonat és a finomacél lemez közötti kb. 2 μm vastag dendritesen kialakuló aluminiumban gazdag γ vegyes kristályok alumíniumot, vasat, sziliciumot és cinket tartalmaz. Rendkívül jó oxidációval szembeni ellenállóság jellemzi, magas hőmérsékleteknél is ( C ig terjedő tartós igénybevételnél sem színeződik el) és nagy a hővisszaverési képessége. Alumínium és alumínium-szilicium ötvözetek (AS) felületnemesített finiomlemezhez, amelyek magas hőmérsékletnek és korróziót okozó közegnek vannak kitéve.( pl: gépjárművek kipufogó berendezéseinél.) Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg az elektronikusan leválasztott fémbevonatok típusait/anyagait és jellemző tulajdonságaikat! Elektronikusan leválasztott fémbevonatok Tiszta cinkbevonat ( ZE ) Az elektronikus horganyzás, rendkívül nagy kohézióval a gondosan megtisztított lemez felületén egyenletesen 2,5-7,5 μm vastagságban két oldali-, 10 μm vastagságban pedig egyoldali galvanizálással történik. A járnűiparban a karosszéria elemekhez való felhasználása acél finomlemezek tekintetében meghatározó jelentőségű. Cink-nikkel (10%)- ötvözet (ZNE). Ez az elsőként a japán autógyártásban felhasznált nemesített finomlemez a következő tulajdonságokkal rendelkezik; o nagy korrózióállóság, főképpen lakkozatlan állapotban. o jól feldolgozható (képlékeny alakítás, ellenállás-ponthegesztés) a bevonat nagy keménysége, a cink-nikkel ötvözet magas olvadáspontja, valamint a bevonat vékonysága miatt. Ólom-ón (7%) ötvözetet (TE) az üzemanyag tartányhoz fejlesztették ki.

9 Olvassa el a bekezdést! Tanulmányozza a 3. táblázatot! Gyűjtse ki és tanulja meg az organikus bevonatok típusait és jellemzőit! Organikus bevonatok A finomlemezek organikus bevonására használt anyagok kiválasztása mindig az adott felhasználási célnak megfelelően történik. Így például az építőiparban főként az ibolyántúli sugárzással szembeni ellenállóság követelmény, a háztartási készülék szektorban a lúgosság és kopásállóság, máshol a struktúrált dekoráció sokszínűsége. A bevonatot képező rétegek lehetséges felépítése szempontjából egyrétegű-, és kétrétegű lakkozást, valamint fólia-réteggel történő bevonást különböztetünk meg. A 3. táblázat a fontos bevonatanyagokat sorolja fel, amelyekkel a sokoldalú követelményeknek lehet megfelelni. Bevonat Bevonat Felhasználási területe szerkezete anyaga Építő ipar Háztartási ipar Autóipar 1 rétegű poliuretán - - x lakkozás epoxi (gyanta) - - x cinkporos lakk - - x 2 rétegű poliészter x x - lakkozás poliuretán - x x PVDF x - - (PVC-plastisol) (x) - - fólia PVC fólia (x) x - bevonat PVF fólia x - - (rétegzett) szendvics - (x) x x anyagok 3. táblázat. Finomlemezek nemesítése organikus anyagokból készült bevonatokkal. Forrás:Dr. K. Sardemann Tendenzen bei der Entwicklung kaltgewlzter und oberflächenveredelter Stahlbleche Hoesch Ag, Dortmund Az organikus bevonatokhoz használt alapanyag általában a tűzihorganyzott finomlemez, galfan és galvalume, de elektrolitikusan horganyzott finomlemez is felhasználható. A poliuretán és epoxi gyanta bázisú, tisztán funkcionális jellegű, egyrétegű lakkbevonatokat mint védőbevonatokat vagyis a horganyzott lemez 1 μm vastag vékonyrétegű lakkozását, valamint cinkporos lakkokat főként az autóiparban alkalmazzák a karosszéria gyártásban. A fejlesztéseknek az volt a célja, hogy javítsák a képlékeny alakíthatóságot, nagyobb korrózióvédelmet biztosítsanak kisebb vastagságú fémbevonat mellett. A kőfelverődésekkel szemben fokozott ütésállóságot biztosít. A hangtompítás javítása céljából két acéllemez közé szigetelő műanyagréteget helyeznek el, így egy háromrétegű, plattítozott lemez jön létre. A középső réteg egy viszkoelasztikus műanyag réteg, melynek vastagsága 0,05-0,10 mm között változik.

10 Olvassa el a bekezdést! Gyűjtse ki és tanulja meg az autóipar alapanyagokkal kapcsolatos igényeit! Tanulja meg a merevség és a szilárdság jelentését! Növelt szilárdságú acélok. Az autóipar igénye; csökkenteni a jármű súlyát, a kocsi ütközési Crash aktív biztonságágának növekedése mellett, valamint javuljon a karosszériák merevsége is. Ez állandó kihívást jelent az acélgyártók számára. A karosszéria mechanikai viselkedését a terhelés mellett fellépő erők, illetve feszültségek és az ebből adódó alakváltozások jellemzik. Ennek során különbséget kell tenni rugalmas alakváltozáskor létrejövő merevség és a képlékeny alakváltozáskor ütközéskor létrejövő szilárdság között. Tanulja meg a karosszéria méretezés primer kritériumának a jelentését, a lemezvastagság csökkentés pozitív és negatív hatásait! A karosszéria szempontjából különösen fontos a dinamikus képlékeny alakváltozással jellemezhető ütközés Crash - viselkedés, ami a jármű aktív biztonságának egyik meghatározó elemét adja. Ez a jármű karosszéria méretezésének elsődleges (primer) kritériuma. Ütközés modellezése (Mercedes) Indítsa el a videófelvételt! Figyelje meg a karosszéria deformációját! A video megtekintéséhez lépjen vissza és nézze meg!