Характеристики материалов, используемых при изготовлении автомобиля

Введение

Оценка возможности принятия альтернативного решения при выборе материалов для изготовления автомобилей является наиболее актуальной при решении проблемы минимизации противоречий между необходимостью снижения веса автомобиля и повышением его безопасности
Автомобильные детали изготовляются из конструкционных сталей, чугунов и цветных сплавов, получаемых на различной основе. Выбор технологии восстановления деталей определяется физико-механическими свойствами и эксплуатационными характеристиками тех материалов, из которых они изготовлены.
Цель данной работы – рассмотреть физические характеристики материалов, используемых при изготовлении автомобиля.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1. Дать общую характеристику материалов, используемых при изготовлении автомобиля.
2. Изучить материалы современного автомобиля.
3. Выявить требования, предъявляемые к материалам автомобиля.
1. Общая характеристика материалов, используемых при изготовлении автомобиляМатериалы для кузовов автомобилей разнообразны, эти материалы используют с целью получения преимуществ, качеств или особенностей, которые может предложить каждый из них. Поэтому часто встречаются компоненты, структуры или кузова автомобиля, в которых сочетаются элементы различного характера.
266703728720Как правило, основными причинами, которые обусловливают существование различных материалов при изготовлении кузова — это цели добиться уменьшения веса и увеличения прочности и безопасности сбора за счет применения более легких, но прочных материалов.
2. Материалы современного автомобиляПодавляющее большинство кузовов современных автомобилей, изготавливаются из того же материала, который Генри Форд использовал для производства своих легендарных Model T.
Рассмотрим некоторые основные современные материалы, на примере создания спортивного автомобиля.
В автомобилестроении самый передовой с технологической точки зрения из используемых сегодня материалов — карбон. Название этого композитного материала в переводе с латинского carbonis означает «уголь». Основу карбона составляют нити углерода, обладающие выдающимися возможностями: характеристики сопротивления растяжению-сжатию, как у стали, при этом плотность, а соответственно и масса, меньше, чем у алюминия (для сравнения при одной и той же прочности карбон на 40% легче стали и на 20% — алюминия), к тому же, карбон обладает минимальным расширением при нагреве, высокой износостойкостью и устойчивостью к химическим воздействиям. Но, естественно, карбон не может быть идеальным и его нити рассчитаны только на растяжение, в связи с чем используются как армирующий материал. Для применения в кузовах и панелях автомобилей используют сплав, а точнее модифицированное волокно - в нити карбона вплетаются нити резины. Такое карбоновое волокно еще используется для изготовления карбоново-керамических тормозных дисков и дисков сцепления, из-за того, что они гораздо устойчивее к перегреву и имеют возможность сохранять работоспособность при более высоких, чем стальные диски, температурах. Неудивительно, что изначально применять карбон придумали в «Формуле-1» в семидесятых годах (Mercedes McLaren, Porsche Carrera GT).
Второй по популярности материал в производстве суперкаров — алюминий, точнее, его сплавы. Преимущество таких сплавов в том, что они легки и, к тому же, практически не подвергаются коррозии. Алюминиевые сплавы применяются при изготовлении моторных блоков цилиндров, наружных кузовных панелей, самого несущего кузова и некоторых элементов подвески. Почему используют алюминий вместо стали? Из-за его легкости, подобные конструкции гораздо легче таких же, но из стали. Однако и у алюминия есть свой недостаток и связан он с его сваркой: дело в том, что процесс сварки необходимо производить в среде инертных газов, используя специальную присадочную проволоку. Поэтому некоторые автопроизводители (например, Lotus) пытаются искать замену сварке и склеивают алюминиевые детали специальным составом, усиливая места стыков заклепками.
В производстве спортивных машинах широкое использование получил всевозможный пластик. Особо прочный и эластичный пластик применяется для изготовления кузовных панелей, в некоторых моделях (например, Chevrolet Corvette) - всей наружной части кузова. В таком автомобиле несущая конструкция выполняется в виде каркаса, на который навешивается декоративный кузов.
Стекловолокно - это волокно или комплексная нить, которая формируется из стекла. В таком виде стекло проявляет необычные для себя свойства: не бьётся и не ломается, а вместо этого легко гнётся без повреждения. Это позволяет ткать из него стеклоткань, применяемую в автомобильной промышленности.
Благодаря тому, что ткань из стекла имеет может принять любую форму, ее используют прежде всего при создании аэродинамических обвесов. С помощью макета стеклоткани придается необходимая форма (каркас), а для его фиксации используются смолы. Таким образом получается легкий и прочный каркас обвеса спортивного автомобиля.
3. Требования, предъявляемые к материалам автомобиляПри выборе материала учитываются требования прочности и жесткости деталей, а также технологичность изготовления деталей.
Деталь, изготовление которой возможно наименее трудоемкими и производительными процессами (ковкой, отливкой), считается технологичной.
Требования к деталям:
прочность;
жесткость;
износостойкость;
технологичность;
применение не дефицитного материала;
низкая стоимость;
малый вес и габариты;
соответствие ГОСТу;
безопасность.
Прочность — это способность детали под действием внешних приложенных сил не допускать поломки и остаточных деформаций.
Жесткость — это способность детали под действием внешних приложенных сил допускать упругие деформации только в установленных пределах.
Материалы, используемые для изготовления рабочих камер, должны быть нейтральными к продуктам и моющим средствам, не подвергаться коррозии, не оказывать вредного действия на продукты и хорошо очищаться от них.
Все материалы, контактирующие с пищевыми продуктами, должны быть антикоррозийными, легко поддаваться чистке, мытью, обеззараживанию и просушиванию, и не вступать в реакцию с продуктами и моющими средствами.
При проектировании кузова производитель учитывает  целый ряд факторов: размер и тип двигателя, габариты ведущих мостов, пространство необходимое для установки колес, объем и местоположение топливного бака, аэродинамические характеристики, дорожный просвет, обзорность, комфорт и безопасность при эксплуатации, технологичность изготовления, ремонтопригодность и многое другое. Полученная в итоге конструкция должна иметь как можно большую жесткость при кручении и изгибе, низкую частоту колебаний, хорошо поглощать кинетическую энергию удара во время аварии, а также быть стойкой к воздействию постоянных напряжений, которые могут привести к возникновению трещин и разрушению сварных швов. 

Заключение

Таким образом, использование различных материалов для кузовов автомобилей удовлетворяет потребность производителей адаптироваться к определенным функциям каждой детали автомобиля.
С другой стороны, строгие нормативные требования по защите окружающей среды, обязывают снизить вес транспортного средства, поэтому растет и количество новых металлических сплавов и синтетических материалов, которые применяются в автомобилестроении.

Список использованной литературы

1. Лобанов С. CAFE: новые стандарты экономичности [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http: // www.offroadclub.ru / faq / ecology /cafe__novye_standarty_ekonomichnosti.html (дата обращения: 08.10.2020).
2. Применяемые при изготовлении кузова материалы [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http: // ustroistvo-avtomobilya.ru / kuzov / primenyaemye-pri-izgotovlenii-kuzovamaterialy/ (дата обращения: 08.10.2020).
3. Современные тенденции металлургии в автомобилестроении [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.metaljournal.com.ua/new-tendensions-in-cars-production/ (дата обращения: 08.10.2020).
4. Савельев, И.В. Курс физики, т.т. 1-5 / И.В. .Савельев. - М.: Наука, 2016. -155 с.
5. Толмачев, Ю.А. Курс физики: Учебное пособие / Ю.А. Толмачев, В.Ю. Дубок. - СПб.: Лань П, 2016. - 448 c.