|
Материалы, используемые для изготовления кузова
Наряду с классической кузовной сталью в производстве автомобильных кузовов применяются и другие материалы, например пластмасса и алюминий. Относительно недавно разработаны материалы, позволяющие существенно облегчить конструкцию кузова и улучшить его антикоррозионные свойства. К таким материалам относятся высокопрочный стальной лист, алюминиевые сплавы, кевлар, который способен выдерживать очень высокие механические нагрузки, оцинкованный стальной лист.
Высокопрочная кузовная сталь
В качестве кузовной стали до недавнего времени использовали обычные марки St-12, St-13 и St-14, то есть углеродистые сорта листовой стали, обладающие оптимальной штампуемостью. Что означает термин «высокопрочный стальной лист»? Прочностные характеристики стального листа – предел прочности при растяжении, сопротивление разрушению, предел упругости обычно зависят от марки стали. Главным отличительным признаком высокопрочного стального листа является повышенный предел текучести при растяжении по сравнению с обычными марками. Судить о способе обеспечения высокого предела текучести данной стали можно по обозначению, которое часто бывает производным от английского или немецкого термина. HSLA – “High Strength Low Alloy” (высокопрочная сталь с легирующими добавками – англ.). HSS – “High Strength Steel” (высокопрочная сталь – англ.) MHZ – “Mikrolegierte Höherfeste Ziehgute” (легированная высокопрочная прокатанная сталь – нем.). Легированная сталь. Сталь, содержащая очень малые количества (сотые доли процента) легирующих добавок: ниобия (NB) и титана (Ti). Рефосфатированная сталь. При ее изготовлении сначала полностью извлекают фосфор, который обычно ухудшает свариваемость, а затем повышают уровень прочностных свойств за счет введения минимального (до 0,1 %) количества фосфора. Двухфазная сталь (DP). Повышение прочности за счет образования мартенсита может быть реализовано в два этапа, первый из которых состоит в затвердении смешанного кристалла в результате принудительного растворения атомов углерода. На втором этапе отверждение достигается благодаря дефекту кристаллической решетки, возникающему в процессе мартенситного превращения. “Bake Hardening Steel” (термическое упрочнение стали – англ.) Эффект упрочнения (повышения предела текучести при растяжении) стального листа, насыщенного углеродом, достигается благодаря повторному нагреванию при 170 ۫С около 30 мин. Термическая обработка осуществляется в процессе отверждения краски при горячей сушке окрашенной поверхности кузова. Упрочнение за счет формования. Необходимое упрочнение стального листа обеспечивается вальцеванием материала. Любое деформирование стали, каковым является и формование на валках, вызывает упрочнение материала. Однако чем выше качество проката листовой стали, тем более хрупкой она становится, в связи с чем для упрочнения кузовной стали данный способ применения не находит.
Восстановление кузовов из высокопрочной стали
В академии DEKRA («Союз работников технического надзора за автомобильным транспортом ФРГ») были проведены исследования, цель которых состояла в сравнении особенностей восстановления кузова, изготовленного из высокопрочной и обычной листовой стали.
Правка панелей кузова из высокопрочной стали
Проводимые исследования предусматривали оценку времени, необходимого для устранения дефектов, и качества восстановления. Кроме того, проводили сравнительный анализ объема повреждений обычной и высокопрочной кузовной стали. В качестве объекта исследования использовали новые двери, которые подвергали деформированию практически в одинаковых условиях, в результате чего они получали следующие повреждения: небольшие вмятины (лунки), вдавленные места и углубления в виде полос. Результаты измерений заносились в протокол. Толщина кузовной стали составляла 0,7 и 0,8 мм. Измерение параметров всех образцов проводили до и после деформирования. Наибольшая разница в поведении разных марок стали обнаружена в результате обмера углублений в виде полос: отклонение от первоначальной конфигурации для обычной кузовной стали толщиной 0,8 мм составляло около 10 мм, в то время как для панели из высокопрочного листового металла аналогичной толщины оно не превышало 2,0 мм. Причиной столь существенной разницы следует считать низкую способность к деформации использованной в опытах высокопрочной, рефосфатированной, термически упрочненной стали с пределом текучести при растяжении, достигающим 260 Н/мм². Дефекты устраняли, используя обычные инструменты: молотки, контропоры, рихтовочные подложки, чеканы и т.д. Сначала производили грубую правку(вытягивание и выстукивание наиболее глубоких дефектов), затем тонкую рихтовку посредством молотка с остроконечной рабочей поверхностью, контропоры обтекаемой формы с насечкой и алюминиевого разглаживающего молотка, а в заключение осуществляли окончательную отделку с помощью напильников и шлифовальной машинки. Работа считалась законченной, если поверхность была окончательно подготовлена к окрашиванию. Время, необходимое для восстановления двери из высокопрочного листового материала толщиной 0,8 мм, составляло не более 55% от средней продолжительности восстановления аналогичной двери с панелью из обычной стали. При снижении толщины листовой стали до 0,7 мм этот показатель возрастал до 80%. Сокращение времени восстановления следует объяснить меньшей глубиной дефектов дверей с панелью из высокопрочного материала. Преимущество высокопрочной стали в меньшей степени проявляется при более сильном повреждении дверей, то есть в этом случае для исправления дефекта требуется приложить более значительное усилие, вследствие чего может произойти разрушение материала. Кроме того, возрастает упругая отдача, в связи с чем правка листа требует нанесения более сильных и точных ударов рихтовочного молотка.
Восстановление формы кузова из высокопрочной листовой стали
Восстановление формы поврежденного кузова из высокопрочной стали, обладающего повышенной деформационной жесткостью, вызывает необходимость создания большего, чем для обычной стали, усилия гидравлического пресса, чтобы перевести восстанавливаемую деталь из этого материала в желаемое положение. Внимание! Если сильно растянуть кузовной металл, его длина скачкообразно возрастет и станет большей, чем требуется. Необходимость более сильного растягивания металла кузова означает создание более высокого усилия. Вследствие этого переходные места стыков деталей из обычного материала к высокопрочному также подвергаются более высоким напряжениям. Может случиться, что обычный стальной лист в таком месте потеряет прочность, прежде чем деталь из высокопрочного материала примет желаемую форму. В таких случаях потребуется создать дополнительное крепление в неповрежденной зоне детали из высокопрочного материала перед переходным местом. При восстановлении формы сильно поврежденного кузова очень велик соблазн облегчить работу за счет разогрева металла. Внимание! Некоторые марки высокопрочного стального листа уже при температуре около 400۫С настолько существенно утрачивают прочность, что теряют жесткую форму, характерную для обычной стали. Проконтролировать температуру по цвету разогретого металла в данном случае не удастся, поскольку в критической температурной области возникает лишь слабая голубоватая окраска. Справедливо следующее правило: восстановление формы деталей из высокопрочной кузовной стали следует производить в холодном состоянии! Если это не удалось сделать безукоризненно, деформированную деталь лучше заменить. Предписываемое «холодное» восстановление формы справедливо и для обычной кузовной стали. Хотя температура, при которой в этом случае начинаются структурные превращения, и составляет около 740۫С, тем не менее визуальное определение цветов побежалости затруднительно. По соображениям безопасности нагревание не допускается и для восстановления формы кузова из обычной листовой стали.
Особенности ремонта кузова из высокопрочной листовой стали
Некоторые автомобилестроители используют высокопрочный стальной лист для изготовления наружной панели капота и дверей. При ремонте этих деталей можно столкнуться с неприятным сюрпризом. Если ради ускорения процесса окрашивания лакокрасочное покрытие высушить с помощью инфракрасного нагревателя, на наружной поверхности обнаружится множество маленьких вмятин(лунок), как после «бомбардировки» мелким градом. В чем же причина этого? Поясним на примере капота. Он состоит из жесткой рамной профилированной конструкции, к которой в нескольких точках приварена наружная панель. При одностороннем резком нагревании тонкого листового металла произойдет его растяжение и он будет стремиться выгнуться наружу, однако места сварки будут препятствовать полному выгибанию. Быстрое нагревание инфракрасным устройством для сушки с подачей большого количества тепла в короткое время вызовет очень сильное растяжение листовой стали в краевых зонах точек сварки (пики местных напряжений). Затем произойдет внезапное натяжение материала, однако небольшие углубления в местах сварки сохранятся. По охлаждении панели она в целом вернется в первоначальное положение, однако это не коснется указанных краевых зон: они останутся в деформированном состоянии и будут выглядеть как вмятины, оставленные градом. Какой должна быть последовательность лакокрасочного покрытия, чтобы избежать описанного явления? · Инфракрасный нагреватель мощностью 3,2 кВт следует держать на расстоянии не менее 400 мм от поверхности кузова. Если мощность выше – минимальное расстояние 450 мм. · Поверхность кузова следует нагревать равномерно, медленно повышая мощность потребляемой нагревателем электроэнергии. Скорость нагрева не должна превышать 10۫С/мин. · Сушка отдельного элемента кузова, не вызывающая его деформирования, может быть реализована в сушильной камере при температуре около 60۫С. Возможное незначительное деформирование исчезнет при охлаждении.
Стойкость фрез для устранения сварных точек различных листовых сталей
В процессе восстановления аварийного кузова необходимо разъединить его детали, соединенные контактно-точечной сваркой, для чего обычно используют фрезу. Если время, необходимое для отделения сварной точки кузова от обычных стальных листов, принять за 100%, то в случае высокопрочных стальных листов продолжительность соответствующей операции возрастет более чем на 40%. Еще более явно различие в свойствах этих металлов иллюстрирует сравнение стойкости режущего инструмента. Так, одной фрезой можно удалить не более 92 сварных точек, если кузов выполнен из высокопрочного материала, тогда как для обычной листовой стали их число достигает 450. Причина заключается в значительно более высокой твердости высокопрочного листового материала в области, окружающей сварную точку. Контроль твердости по Виккерсу в зоне, соответствующей диаметру фрезы 8 мм, показывает, что если для обычной стали она не превышает 120 HV, то для кузова из высокопрочной стали твердость достигает 210 HV. Что касается стоимости, то она возрастает как из-за необходимости использования большего количества фрез, так и вследствие дополнительного времени на более частую замену этого режущего инструмента.
Заключение
«Высокопрочный стальной лист» - общий термин, используемый для обозначения большого количества разных марок листовой стали. Их основная отличительная особенность – высокий предел текучести при растяжении. Прочность, однако, нельзя увеличивать беспредельно, ибо формование деталей кузова из стального листа предполагает достаточную текучесть материала, которая с ростом прочности обычно уменьшается. В зависимости от конфигурации элементов кузова для их изготовления могут использоваться разные марки высокопрочного стального листа. Пониженная деформируемость высокопрочной листовой стали по сравнению с обычными сортами обусловлена более высокой деформационной жесткостью. Чтобы на практике освоить все тонкости обращения с высокопрочным листовым металлом, жестянщику потребуется затратить много усилий и времени. Но узнав все особенности этого материала, наиболее простые операции, связанные с его обработкой, жестянщик будет выполнять без особого труда и затрат лишнего времени. Общая продолжительность работ по восстановлению формы кузова может возрасти в связи с тем, что автомобиль перед началом работ нужно особо тщательно закрепить на стенде для правки. Правка кузова из высокопрочной листовой стали с нагреванием не допускается, поскольку в результате воздействия температуры о 400۫С можно нанести большой ущерб прочностным характеристикам материала кузова. Стойкость фрез, используемых для удаления сварных точек высокопрочного листового материала, значительно ниже, чем при обработке обычной стали. Следует очень осторожно производить нагревание наружной панели кузова при окрашивании. Более тонкие листы высокопрочной стали склонны к возникновению небольших вмятин в области точечных сварных соединений. Дальнейший прогресс в области высокопрочной листовой стали должен отразиться на специфике работ по восстановлению кузовов следующим образом. · Наружные панели кузова из высокопрочной стали можно будет обрабатывать, используя нагрев, аналогично обычному стальному листу (вытягивать, рихтовать и т.п.) · При восстановлении кузова из высокопрочного стального листа, подвергаемого при эксплуатации автомобиля воздействию больших механических нагрузок, все в более широком масштабе будут использоваться холодные способы соединения (клепка, резьбовые соединения и т.д.) · Наличие поверхностного покрытия материала кузова оказывает большое влияние на параметры сварки. Так, сварочный ток для оцинкованного стального листа должен быть на 30% больше по сравнению со сваркой обычного материала. В будущем это может коснуться и высокопрочной стали. · Детали кузова, выполненные из стального листа сверхвысокой прочности, при аварии рвутся раньше, чем детали из обычной стали. Восстановление первоначальной формы и заваривание трещин в подобных случаях не представляется возможным. Такие детали подлежат замене. · Высокопрочный стальной лист можно будет использовать для изготовления деталей кузова со структурой, подобной сэндвичу. Речь идет о двух параллельно расположенных листах, пространство между которыми заполнено пластмассой. Такие «бутерброды» конструируют главным образом как звукопоглащающий материал. Их применение в автомобильной промышленности пока весьма ограничено.
Ремонт автомобильных кузовов. Карл Дамшен www.remont-kuzova.narod.ru
|