Кузовные материалы

Кузов легкового  автомобиля сегодня в основе своей выполняет две функции:

• практическую – кузов является рамой. В современных авто на него крепятся все узлы и агрегаты автомобиля, за исключением внедорожников. В кузове при движении автомобиля находимся мы – автовладелец, пассажиры, и грузы;
• эстетическую – т.е. по внешнему состоянию кузова можно легко судить о владельце автомобиля и о его отношении к своему авто.

 

 

 

Критерии массы  материалов кузовов

Оперируя материалами с разной плотностью и разными механическими свойствами, довольно трудно интуитивно почувствовать, какой материал будет наиболее выгодным в отношении массы. Чтобы облегчить эту задачу, можно воспользоваться аналитическими зависимостями.

Подставив значения F₁ и F₂, получим более удобную, связанную с механическими свойствами зависимость:

Например, два стержня (рис. 46) нагружены растягивающими силами P₁ = P₂ кгс и имеют плотность γ₁ и γ₂ г/см³, а пределы прочности на разрыв R_R1 и R_R2 кгс/см².Сечения стержней F₁ и F₂ см². Отношение масс стержней, называемое критерием массы, составит:

Рис. 46. Схема работы на растяжение двух стержней из разных материалов с идентичными параметрами.

Рис. 47. Отношение  сечений F₁ и F₂ стержней, работающих на сжатие.

Аналогичный критерий массы  в случае сжатия имеет вид:

Где R_S — предел прочности на сжатие, кгс/см².

Если сжимаемые элементы являются упругими и деформируются  в границах, определяемых уравнениями  Эйлера, то из равенства обеих критических  сил P₁ и Р₂ имеем

Где J — момент инерции, см⁴; E — модуль Юнга, кгс/см². Критерий массы деформированных элементов составит:

A FJF_Z можно представить, используя подобие сечений (рис. 47):

Используя теперь зависимость  моментов инерции и модулей Юнга и равнозначности критических сил, имеем:

Таким образом получаем критерий массы a_W в виде:

В кузовных конструкциях часто  встречаются панели, работающие на сжатие. Известно, что показателями, определяющими размеры тонкостенной панели, являются критические напряжения местной утраты статичности при  сжатии панели, выражающиеся в общем  виде:

Где K — коэффициент заделки; δ — толщина панели.

Рассматриваемые панели воспринимают одинаковую нагрузку на 1 см ширины b, т. е. равнозначность сил P₁ и P₂:

Что после упрощения дает зависимость:

Критерий массы а_Р панелей, работающих на сжатие:

Где а — длина панели; b — ширина.

Подставив значение соотношения  толщин, полученного из равновесия критических сил, имеем при одинаковых размерах a и b:

Сравнение стальных и алюминиевых  листов, а также листов из стеклопластика (табл. 3), сделано относительно стальных листов средней штампуемости.

Таблица 3. Механические свойства и критерии массы.

Значения а > 1 означают, что материал, сравниваемый со стальным листом, более экономичен в отношении массы, тогда как при а < 1 более экономичным является стальной лист.

Кузовные материалы: Клеи и Ткани

Клеи

Для склеивания резины используют клеи, полученные в результате растворения  натурального каучука. В качестве вулканизирующей  добавки используется сера, как ускоритель вулканизации — окись магния или  олово, растворителем служит бензол или бензин.

Соединение резины с металлом холодным способом осуществляют самовулканизирующим клеем с весовым составом: каучук натуральный 20%,смола цинковая 13%, окись магния 1%, окись алюминия 3%, окись кальция 1,2%, растворитель 61,2%.

Для склеивания бакелитов и аминопластов применяют чаще всего «Crystal—cement», оргстекла — полиметакрилат бутила или

Полиацетол «Butvar», дерева — феноло-формальдегидные клеи AG, ABC или мочевино-формальдегидные. Для холодного склеивания кожи, тканей и т. п. служит «Araldit 101» (или 102). Затвердевание при комнатной температуре продолжается 24 ч, но его можно свести до 30 мин путем выдерживания при температуре 100° С.

Для сталей, легких и цветных металлов, стекла, фарфора и некоторых пластмасс  используют «Araldit 1». Этот клей затвердевает при температуре 130° С в течение 10 ч, а при 200° С — в течение 30 мин.

Ткани

Традиционным материалом для тканей до недавнего времени была хлопчатобумажная пряжа. Однако в связи с малой долговечностью, поглощением пыли и других загрязнений она почти полностью вытеснена искусственными материалами, из которых наибольшее применение получили поливинилхлориды ПВХ, соответствующим образом смягченные, выполненные на хлопчатобумажной основе. И по качеству, и по внешнему виду они не уступают наилучшим кожам, а по прочности даже превосходят их. Разнообразным тиснением наружной поверхности можно получать красивые эффекты, а перфорированием — воздухопроницаемость.

Еще лучше ткани с искусственным  волокном — силоном или полиэфирным. Соответствующим сплетением ткани (крестообразным, извилистым, гладким, полосным и т. п.), а также подбором сочетания красок получают необычайно декоративные ткани и притом очень прочные на истирание и растяжение, гигиеничные и дешевые.

 

Кузовные материалы: Резина и Дерево

Резина

В кузовостроении преимущественно распространена резина из синтетических каучуков, которые по сравнению с натуральными более стойки к действию масла и топлива. Против действия бензола, например, стойки только синтетические каучуки.

Резины, применяемые в кузовах, делятся на пористые и губчатые. Пористые, т. е. имеющие в герметичных ячейках пузырьки воздуха, применяют для уплотнения, так как они не впитывают воду. Губчатые, имеющие соединяющиеся ячейки, применяют для подушек сидений и эластичной обивки.

Твердость резины измеряют в градусах Шора, например 25° Ш — это самая мягкая резина, а 100° Ш — самая твердая, твердость которой равна эбониту. Для уплотнений наиболее приемлемы очень мягкие резины. Часто даже прокладки изготавливают из пористой резины, твердость которой значительно ниже 25° Ш.

Плотность пористой резины зависит  от величины пузырьков воздуха и  колеблется в пределах 0,9—1,5 г/см³.

Дерево

До распространения пластмасс  для элементов отделки использовалось дерево разной твердости: мягкое — сосна и ель — на доски пола и борта грузовых автомобилей; полутвердое — ясень и бук — на каркасы кузовов; твердое — дуб, каштан и т. п. — на элементы сложных форм.

Специальные сорта дерева, такие, как  орех, акация, красное дерево, применяют еще и по сей день для отделки кузовов люкс автомобилей большого класса.

Плиты древесно-волокнистые мягкие (плотность 0,3 г/см³) и твердые (0,9 г/см³), лакированные или ламинированные находят применение главным образом для внутренней обшивки кузова. Фибролитовые плиты и разные слоистые пластики заменяют дерево даже в таких традиционных элементах, как доски пола.

Кузовные материалы: стекло

Для окон кузова применяют неорганическое стекло. В зависимости от требуемой  прозрачности это зеркальное стекло, например, для передних стекол, либо полузеркальное — для окон, менее важных. Плотность стекла составляет 3,5 г/см³.

Стекло, применяемое в кузовостроении, должно быть безопасным, чтобы в случае разрушения не ранило пассажиров. Это необходимое свойство стекла достигается закалкой, в результате которой оно становится значительно прочнее, а в случае разрушения дробится на кусочки с тупыми краями.

Это достоинство является, однако, и недостатком, так как закаленное стекло теряет прозрачность при случайном  ударе. Чтобы избежать этого, определенную область переднего стекла оставляют  незакаленной.

Закаленное стекло не может быть подвергнуто уже никакой обработке, например резанию или сверлению  отверстий. Нарушение равновесия закаленных частиц стекла вызывает немедленное  их рассыпание. Это несовершенство закаленного стекла продиктовало другой способ создания безопасного стекла — не закалкой, а склеиванием. Два или три листа стекла склеивают прозрачной пленкой из полиметилакрилата или полиацетата. Такое склеенное слоями стекло безосколочно и, следовательно, безопасно, а пленка является хорошим и эластичным связующим звеном. В последнее время все чаще применяют органическое стекло из полиметилметакрилата.

Органическое стекло имеет много  достоинств. Одно из важнейших —  вдвое меньшая плотность, чем  у силикатного стекла, что имеет  очень большое значение, особенно при все большем увеличении поверхности остекления. Хорошие механические свойства, такие, как прочность при разрыве 700 кгс/см², при изгибе 1400 кгс/см², сжатии 1150 кгс/см², позволяют применять органическое стекло как элемент несущего корпуса кузова, а для соединений использовать клепку.

Органическое стекло имеет великолепную прозрачность и легко окрашивается в любой цвет. Добавлением соответствующих  компонентов можно также повысить способность стекла задерживать  инфракрасные лучи, оказывающие тепловоевоздействие. Это имеет большое значение в элементах остекления крыши.

Недостатком органического стекла является его податливость царапанию, что, правда, компенсируется возможностью полирования и низкой температурой размягчения, близкой 100° С. Это облегчает, впрочем, формование стекла, которое  проводится при температуре 125° С.

Проблема безопасности автомобиля предъявляет к остеклению кузова все новые и более высокие требования. Показатели эластичности стекла и его механические свойства являются предметом постоянных испытаний и исследовательских работ.

 

 

Лакокрасочные кузовные материалы

Для окраски кузовов применяют  грунтовки, шпаклевки, эмали и лаки. Для сглаживания неровностей  металлических листов кузова применяют  олово или эпидиан.

Прочность лакокрасочных покрытий в значительной степени зависит от тщательности подготовки поверхности металлического листа к окраске. Эта подготовка заключается в очистке от ржавчины и обезжиривании химическим или электролитическим способом, а также мойке и сушке.

Шпаклевки в зависимости от густоты  применяют в виде мастик, предназначенных  для ручного нанесения, или в вязкотекучем состоянии для пульверизации. Они содержат густые минеральные наполнители, антикоррозийные пигменты и вяжущее вещество в виде, например, олифы с добавкой синтетической смолы. Шпаклевка проявляет достаточную адгезию и эластичность, если наложенный слой не превышает по массе 70 г/м², а отдельные неровности не превышают 0,5 мм. После просушки шпаклевки необходима шлифовка поверхности, которая чаще всего проводится предварительно смоченной наждачной бумагой.

Грунтовки содержат антикоррозийные  составляющие, как, например, сурик, мел  и т. п., и пластификаторы, придающие  эластичность, а также летучие  растворители и разбавители. Очень  полезны электропроводящие добавки, такие, как цинковый порошок или  графит, которые позволяют сваривать  загрунтованные детали. Грунтовка —  очень важная составляющая прочности  кузова.

Применяемые ранее нитролаки заменены алкидными лаками, а в настоящее  время — полиуретановыми, полиакриловыми или меламино-формальдегидными. Для окончательной отделки поверхности достаточно двухслойного покрытия пульверизацией и прогрева в печи при температуре 100—130° С. Синтетические лаки не требуют полировки, как нитролаки. Кроме того, они в среднем в 1,5 раза более твердые, в 3 раза более эластичные и в 4 раза более стойкие к ударам, а по массе покрытия почти в 2 раза легче, чем нитролаки.

Полиуретановые лаки с точки  зрения кроющей способности и  адгезии особенно пригодны для больших  поверхностей автобусов и фургонов. Меламино-формальдегидные лаки, применяемые для окраски легковых автомобилей, дороже полиакриловых, но отличаются вдвое большей прочностью.

Интересные цветовые эффекты дает добавление в лаки частиц алюминия. Коррозионная стойкость лаков при  этом увеличивается благодаря физико-химическому  действию алюминия.

Надписи, разделительные линии, обозначения  и т. п., очень трудоемкие в процессе окраски, могут быть нанесены с помощью  липких поливинилхлоридных пленок (например, WI-CAL). Прочность и эстетичность их при этом лучше, чем в традиционном исполнении.

Краски и лаки, применяемые в  процессе ремонта кузова, отличаются более низкой температурой сушки, чем  производственные. Сам процесс сушки  представляет собой уже не испарение, а оксидирование или полимеризацию, требующие температуры около 80°  С. Проводятся дальнейшие работы в направлении  снижения температуры сушки.

Изолирующие кузовные материалы — Часть 1