Magia technologii

Zmiany w konstrukcji pojazdów widoczne są w zasadzie we wszystkich elementach i zespołach pojazdów. Napędy się Zmieniają i coraz częściej do głosu dochodzą silniki elektryczne oraz hybrydy systemów spalinowych z elektrycznymi lub gazowe z elektrycznymi. Trudno uwierzyć, ze celem tych właśnie zmian jest dbałość o przyszłość klimatu na Ziemi, a nie chęć opanowania jak największej części szybko rosnącego rynku takich pojazdów.

Najtańsze w produkcji, z punktu widzenia producenta, są elektroniczne systemy wspomagania jazdy ponieważ wymagają one tak naprawdę opracowania, a pozostałe koszty są znikome porównując do całkowitego wartości pojazdu. Osobnym segmentem zmian są ciągłe modyfikacje w konstrukcji karoserii, które wymagają bardzo dużo nakładu pracy podczas ich tworzenia i wdrażania. Mają one również bezpośredni wpływ na opłacalność budowy pojazdu, ale w tym przypadku zmiany te raczej przynoszą korzyść koncernom produkujących samochody. Celem bowiem jest nieustanne dążenie do obniżania masy przy jednoczesnej poprawie bezpieczeństwa biernego znajdujących się w pojeździe osób.

Konstrukcja

Nie tylko w materiałach można zobaczyć jaki jest postęp, ale i pozostała konstrukcja musi nadążać za trendami. Codziennością stało się stosowanie rozwiązań hybrydowych, czyli łączenie ze sobą wielu materiałów i kilku koncepcji ich wykonywania, w budowie jednego zespołu pojazdu. Niczym zaskakującym jest zastosowanie we współczesnej karoserii tradycyjnych elementów stalowych, aluminiowych oraz stopów stalowych z uszlachetniającymi domieszkami takimi np. jak magnez czy bor. Głównym powodem zmiany podejścia do konstrukcji nadwozia jest konieczność znacznego zmniejszenia jej masy.

Fot. Volkswagen

Materiały

Największym zmianom uległy stopy stalowe stosowane w budowie karoserii samochodowej. Są to precyzyjnie dobrane stopy z wieloma domieszkami, które dodatkowo poddawane są skomplikowanemu procesowi obróbki. Blachy o zmiennej grubości pozwalają na znaczne obniżenie masy ponieważ podczas projektowania oraz symulacji komputerowych optymalizowany jest kształt elementów karoserii. Zmniejszenie masy to głównie mniej materiału konstrukcyjnego. Problem polega na tym, aby zmniejszając ilość materiału, co odbywa się zwykle poprzez zmniejszanie grubości blach, nie wpływać negatywnie na własności mechaniczne całej konstrukcji. Producenci oraz konstruktorzy samochodów postawili sobie jeszcze bardziej ambitne zadanie: nie tyle nie obniżać bezpieczeństwa, a wręcz je podnieść. Ewolucja blach przeznaczonych do produkcji nowoczesnych nadwozi spowodowała niespotykany dotąd postęp technologiczny. Przy jednoczesnym zmniejszeniu grubości stosowanych blach stalowych, zwiększono ich sprężystość oraz inne własności mechaniczne.

Fot. VW

W ostatnich latach wielu producentów wprowadziło materiały hybrydowe składające się z kilku warstw o różnym składzie. Płaty blachy stalowej o niewielkiej grubości przedzielone są i niejako sklejone są cienką warstwą tworzyw polimerowych. Grubość warstw z tworzywa nie przekracza zwykle 50 μm. Jedną z bardziej istotnych zalet zastosowania blach wielowarstwowych jest możliwość ich głębokiego tłoczenia podczas produkcji elementów co zmniejsza ilość segmentów składowych w budowie nadwozia. Skutkuje to bezpośrednio znacznym zmniejszeniem ilości połączeń, zwiększając tym samym sztywność całej konstrukcji. Własności mechaniczne karoserii skonstruowanej w tej technologii są lepsze nawet o połowę. Przykładem może być element wykonany w technologii CFK, który firma Volkswagen wprowadziła do stosowania w samochodzie Audi A8. Jest to element wykonany z włókna węglowego i specjalnego tworzywa sztucznego.

Fot. Audi 

Często stosowanym rozwiązaniem w obniżaniu masy karoserii są elementy wykonane ze stopów lekkich. Aluminium przeznaczone jest zarówno do produkcji elementów karoseryjnych z blachy jak i w formie odlewów ciśnieniowych. Odlewy bardzo upodobała sobie firmie Tesla, gdzie główne węzły płyty podłogowej są wykonywane ta metodą. O ile elementy wyprodukowane z blach aluminiowych możne naprawiać (w określonym zakresie), to już odlewy podlegają jedynie wymianie, co nie jest łatwe, ponieważ wymaga zastosowania metod łączenia z pozostałymi zespołami pojazdu, zbliżonych do fabrycznych. Stopy aluminiowe są w zasadzie odporne na korozję atmosferyczną. Nie są jednak odporne na korozję kontaktową i muszą być odizolowane od elementów wykonanych z innych metali. Elementy mogące mieć kontakt z solą podlegają zabezpieczaniu antykorozyjnemu. Czyste aluminium ma słabe właściwości wytrzymałościowe, dlatego stosuje się jego stopy, które w wyniku obróbki cieplnej stają się kilkukrotnie bardziej wytrzymałe. Stopy lekkie stosowane w przemyśle motoryzacyjnym to zwykle stopy aluminium z magnezem, krzemem, miedzią, cynkiem oraz żelazem. Elementy wykonane z tych materiałów odznaczają się dobrymi parametrami konstrukcyjnymi. Stosunek ich wytrzymałości do ciężaru właściwego, jest większy niż dla stali, a ich udarność nie maleje wraz z obniżaniem temperatury. Jedyną niepożądaną właściwością stopów aluminium jest niska wytrzymałość zmęczeniowa. Z tego powodu często buduje się karoserie hybrydowe, czyli złożone z kilku różnych materiałów. Wykorzystując ich odrębne cechy uzyskuje się lekką i bezpieczną konstrukcję z określoną twardością w danych strefach.

Fot. Audi

Łączenie

Osobnym problemem jest łączenie materiałów hybrydowych. Wymaga ono zastosowania bardzo różnych metod, które zwykle do tej pory nie były stosowane w pojazdach mechanicznych. Niektóre z nich przeniesiono prawie dokładnie z lotnictwa gdzie walka o obniżenie masy samolotów trwa właściwie od czasów braci Wright, a może nawet i Leonarda da Vinci. Najczęściej jest to nitowanie oraz klejenie. Spawanie MAG właściwie pozostało w zastosowaniu podczas napraw starszych pojazdów, a w zamian za to wykonuje się łączenie technologia lutospawania czyli lutowania twardego przy pomocy urządzeń MIG-MAG. Urządzenia do nitowania podczas produkcji karoserii samochodowej są podobne do tych, które stosowane są w warsztatach naprawczych podczas wymiany elementów. Oczywiście w fabryce inne jest ich mocowanie oraz specjalne oprzyrządowanie, pozwalające na możliwie znaczną mechanizację procesu produkcyjnego, lecz sama część robocza jest bardzo podobna. Samo urządzenie nitujące to jeszcze nie wszystko. Konieczne jest stosowanie odpowiedniego oprzyrządowania, które pozwala na obsługę pojazdów wielu marek. Na wyposażeniu podstawowym nitownic zwykle znajduje się wyposażenie uniwersalne, a specjalizowane do poszczególnych marek i modeli trzeba doposażyć. Najbardziej popularne końcówki specjalizowane są przeznaczone do: BMW, VW Group, Mercedesa, Forda, Tesli, Jaguara-Land Rovera. W przypadku tzw. ASO nie ma większego problemu, ponieważ zwykle wystarczy zaopatrzenie się w zestaw do danej marki i ewentualne uzupełnianie w przypadku pojawienia się nowych rodzajów nitowania.

Fot. Gys Academy

Fot. BR

W niektórych przypadkach nitowanie uzupełniane jest klejeniem i powstaje połączenie hybrydowe o oczekiwanej wytrzymałości ale i elastyczności. Elastyczność jest bardzo istotną właściwością ponieważ pojazd podczas użytkowania podlega ogromnej ilości wstrząsów przenoszonych zarówno przez zawieszenie układu jednego jak i pochodzące z zespołów napędowych samochodu. Aktualnie klejenie stosowane jest najczęściej do mocowania dachu, wnęk wlewu paliwa lub jako dodatkowy element mocujący w połączeniach nitowanych. Kleje konstrukcyjne stosuje się również do mocowania elementów ozdobnych oraz wyposażenia pojazdu. Masy klejowe mogą być używane do klejenia, zabezpieczenia antykorozyjnego i uszczelnienia podczas jednego procesu. Stosując klejenie, możliwe jest zastąpienie spawania, czy też zgrzewania. Bardzo ważną zaletą jest łączenie ze sobą różnych materiałów: stali, aluminium, czy też tworzyw sztucznych. Pierwszym klejeniem, masowo stosowanym w produkcji pojazdów było klejenie szyb. Połączenia klejone posiadają dodatkową cechę. Jest nią powstanie powłoki uszczelniającej i antykorozyjnej.

Ciekawe co czeka nas w bliższej i dalszej przyszłości i co jeszcze wymyśla konstruktorzy i producenci pojazdów w celu optymalizacjo zysków. Wydaje się, że tak naprawdę w tym wszystkim głównie chodzi o to właśnie. Obserwując jak na te zmiany reaguje rynek napraw pojazdów, to raczej już teraz sytuacja wygląda raczej słabo. Jeszcze nie wszyscy zaczęli stosować podstawowe technologie naprawcze, a tu nowe wyzwania jedno po drugim pukają do drzwi warsztatów…

Bogusław Raatz

raatz.pl