Thùng xe được làm bằng gì

Khi phát triển một mẫu ô tô mới, mỗi nhà sản xuất đều tìm cách tăng tính năng động cho sản phẩm của mình, nhưng đồng thời không tước đi sự an toàn của xe. Mặc dù hiệu suất động phần lớn phụ thuộc vào loại động cơ, nhưng thân xe đóng một vai trò quan trọng. Càng nặng, động cơ đốt trong càng phải nỗ lực để tăng tốc vận chuyển. Nhưng nếu xe quá nhẹ thường sẽ ảnh hưởng không tốt đến lực xuống.

Bằng cách làm cho sản phẩm của họ nhẹ hơn, các nhà sản xuất đang cố gắng cải thiện các đặc tính khí động học của thân xe (khí động học là gì, được mô tả trong một đánh giá khác). Việc giảm trọng lượng của xe không chỉ được thực hiện thông qua việc lắp đặt các bộ phận làm bằng vật liệu hợp kim nhẹ mà còn nhờ vào các bộ phận thân xe nhẹ. Hãy cùng tìm hiểu những vật liệu được sử dụng để làm thùng xe, cũng như ưu nhược điểm của từng loại vật liệu đó.

Tiền sử của xác xe hơi

Cơ thể của một chiếc xe hiện đại được chú ý không kém các cơ chế của nó. Dưới đây là các thông số mà nó phải đáp ứng:

1. Bền vững. Khi xảy ra va chạm, không được gây thương tích cho người ngồi trong khoang hành khách. Độ cứng xoắn đảm bảo xe vẫn giữ nguyên hình dạng khi lái xe trên địa hình không bằng phẳng. Thông số này càng nhỏ thì khung xe càng dễ bị biến dạng, vận chuyển không phù hợp để vận hành sau này. Đặc biệt chú ý đến sức mạnh của mặt trước của mái nhà. Bài kiểm tra được gọi là "con nai sừng tấm" giúp nhà sản xuất ô tô xác định mức độ an toàn của chiếc xe khi va vào một động vật cao, chẳng hạn như hươu hoặc nai sừng tấm (toàn bộ khối lượng của thân thịt rơi vào kính chắn gió và sợi vải phía trên của mui xe).
2. Thiết kế hiện đại. Trước hết, những người chơi xe sành sỏi chú ý đến hình dáng của thân xe, và không chỉ chú ý đến phần kỹ thuật của xe.
3. Sự an toàn. Mọi người trong xe phải được bảo vệ khỏi các tác động bên ngoài, kể cả va chạm bên hông.
4. Tính linh hoạt. Vật liệu làm thùng xe phải chịu được các điều kiện thời tiết khác nhau. Ngoài tính thẩm mỹ, sơn được sử dụng để bảo vệ các vật liệu sợ độ ẩm xâm thực.
5. Độ bền. Không có gì lạ khi người sáng tạo đã tiết kiệm vật liệu làm thân xe, đó là lý do khiến chiếc xe trở nên không thể sử dụng được chỉ sau vài năm hoạt động.
6. Khả năng bảo trì. Để sau một tai nạn nhỏ, bạn không phải vứt bỏ chiếc xe, việc sản xuất các loại thân xe hiện đại có nghĩa là lắp ráp mô-đun. Điều này có nghĩa là bộ phận bị hư hỏng có thể được thay thế bằng một bộ phận mới tương tự.
7. Giá cả phải chăng. Nếu thùng xe được làm bằng vật liệu đắt tiền, một số lượng lớn các mẫu xe không có người nhận sẽ tích tụ tại các địa điểm của các hãng xe. Điều này thường xảy ra không phải do chất lượng kém mà do giá thành xe quá cao.

Để một mô hình cơ thể đáp ứng tất cả các thông số này, các nhà sản xuất phải tính đến các đặc tính của vật liệu làm khung và các tấm thân bên ngoài.

Để việc sản xuất một chiếc ô tô không đòi hỏi nhiều nguồn lực, các kỹ sư của các công ty đã phát triển những mẫu thân xe như vậy cho phép kết hợp chức năng chính của chúng với những chiếc phụ. Ví dụ, các đơn vị chính và các bộ phận nội thất được gắn vào cấu trúc ô tô.

Ban đầu, thiết kế của những chiếc ô tô dựa trên một khung, nơi các bộ phận còn lại của ô tô được gắn vào. Loại này vẫn hiện diện trong một số mẫu xe hơi. Một ví dụ về trường hợp này là những chiếc SUV chính thức (hầu hết những chiếc xe jeep chỉ đơn giản là có cấu trúc thân xe được gia cố, nhưng không có khung, loại SUV này được gọi là sự giao nhau) và xe tải. Trên những chiếc xe đầu tiên, mỗi tấm gắn vào cấu trúc khung có thể được làm không chỉ bằng kim loại mà còn bằng gỗ.

Mẫu đầu tiên có cấu trúc chịu lực không khung là Lancia Lambda, được tung ra khỏi dây chuyền lắp ráp vào năm 1921. Mẫu xe châu Âu Citroen B10, được bán vào năm 1924, có cấu trúc thân xe bằng thép nguyên khối.

lancia lambda

Citroen b10

Sự phát triển này đã trở nên phổ biến đến nỗi hầu hết các nhà sản xuất thời đó hiếm khi từ bỏ khái niệm về thân xe nguyên khối hoàn toàn bằng thép. Những chiếc máy này an toàn. Một số công ty đã từ chối thép vì hai lý do. Đầu tiên, vật liệu này không có sẵn ở tất cả các quốc gia, đặc biệt là trong những năm chiến tranh. Thứ hai, thân xe bằng thép rất nặng, vì vậy một số, để lắp động cơ đốt trong có công suất thấp hơn, vật liệu thân xe đã bị ảnh hưởng.

Trong Chiến tranh thế giới thứ hai, thép thiếu hụt trên toàn thế giới, vì kim loại này hoàn toàn được sử dụng cho nhu cầu quân sự. Vì mong muốn tồn tại nổi, một số công ty đã quyết định sản xuất mô hình cơ thể của họ từ các vật liệu thay thế. Vì vậy, vào những năm đó, lần đầu tiên những chiếc xe có thân bằng nhôm đã xuất hiện. Một ví dụ về những mẫu xe như vậy là Land Rover 1-Series (thân xe bao gồm các tấm nhôm).

Một giải pháp thay thế khác là khung gỗ. Một ví dụ về những chiếc xe như vậy là bản sửa đổi Willys Jeep Stations Wagon Woodie.

Vì thân gỗ không bền và cần được chăm sóc nghiêm túc nên ý tưởng này sớm bị bỏ rơi, nhưng đối với kết cấu nhôm, các nhà sản xuất đã nghiêm túc suy nghĩ về việc đưa công nghệ này vào sản xuất hiện đại. Trong khi lý do rõ ràng chính là thiếu thép, đây không thực sự là động lực khiến các nhà sản xuất ô tô bắt đầu tìm kiếm các giải pháp thay thế.

1. Kể từ cuộc khủng hoảng nhiên liệu toàn cầu, hầu hết các thương hiệu xe hơi đã phải suy nghĩ lại về công nghệ sản xuất của họ. Trước hết, đối tượng yêu cầu động cơ mạnh mẽ và lớn đã giảm mạnh do chi phí nhiên liệu cao. Những người lái xe bắt đầu tìm kiếm những chiếc xe ít phàm ăn hơn. Và để vận chuyển với động cơ nhỏ hơn đủ năng động, cần phải có vật liệu nhẹ nhưng đồng thời cũng đủ bền.
2. Trên toàn thế giới, theo thời gian, các tiêu chuẩn môi trường đối với khí thải của phương tiện giao thông đã trở nên nghiêm ngặt hơn. Vì lý do này, một công nghệ đã bắt đầu ra đời nhằm giảm tiêu hao nhiên liệu, cải thiện chất lượng đốt cháy hỗn hợp nhiên liệu không khí và tăng hiệu suất của tổ máy điện. Để làm được điều này, bạn cần giảm trọng lượng của toàn bộ xe.

Theo thời gian, sự phát triển xuất hiện từ vật liệu composite, giúp giảm trọng lượng xe hơn nữa. Chúng ta hãy xem xét tính đặc thù của từng vật liệu được sử dụng để sản xuất thân xe ô tô là gì.

Thân thép: ưu nhược điểm

Hầu hết các yếu tố thân vỏ của một chiếc xe hơi hiện đại được làm bằng thép cuộn. Độ dày của kim loại ở một số phần đạt tới 2.5 mm. Hơn nữa, vật liệu tấm carbon thấp chủ yếu được sử dụng trong phần chịu lực. Nhờ đó, xe khá nhẹ và bền cùng thời gian.

Ngày nay thép không thiếu. Kim loại này có độ bền cao, các phần tử có hình dạng khác nhau có thể được dập từ nó và các bộ phận có thể dễ dàng gắn chặt với nhau bằng cách sử dụng hàn điểm. Khi sản xuất ô tô, các kỹ sư chú ý đến an toàn bị động, và các nhà công nghệ chú ý đến sự dễ dàng trong quá trình gia công vật liệu để chi phí vận chuyển càng thấp càng tốt.

Và đối với luyện kim, nhiệm vụ khó khăn nhất là làm hài lòng cả kỹ sư và công nghệ. Với các đặc tính mong muốn, một loại thép đặc biệt đã được phát triển có sự kết hợp lý tưởng giữa khả năng kéo và đủ độ bền trong thành phẩm. Điều này giúp đơn giản hóa việc sản xuất các tấm thân xe và tăng độ tin cậy của khung xe.

Dưới đây là một số lợi ích khác của thân thép:

• Việc sửa chữa các sản phẩm bằng thép là dễ dàng nhất - chỉ cần mua một bộ phận mới, chẳng hạn như cánh và thay thế nó;
• Nó rất dễ tái chế - thép có khả năng tái chế cao, vì vậy nhà sản xuất luôn có cơ hội có được nguyên liệu thô rẻ;
• Công nghệ sản xuất thép cuộn đơn giản hơn so với chế biến các hợp kim nhẹ tương tự, do đó nguyên liệu thô rẻ hơn.

Bất chấp những ưu điểm này, các sản phẩm thép có một số nhược điểm đáng kể:

1. Thành phẩm là nặng nhất;
2. Rỉ sét nhanh chóng xuất hiện trên các bộ phận không được bảo vệ. Nếu phần tử không được lớp sơn bảo vệ, hư hỏng sẽ nhanh chóng khiến phần thân không thể sử dụng được;
3. Để thép tấm có độ cứng tăng lên, chi tiết phải được dập nhiều lần;
4. Tài nguyên của sản phẩm thép là nhỏ nhất so với kim loại màu.

Ngày nay, đặc tính của thép được tăng lên bằng cách thêm một số nguyên tố hóa học vào thành phần, làm tăng độ bền, khả năng chống oxy hóa và các đặc tính dẻo (thép TWIP có khả năng kéo dài đến 70% và chỉ số độ bền tối đa của nó là 1300MPa).

Thân nhôm: ưu nhược điểm

Trước đây, nhôm chỉ được sử dụng để làm các tấm được neo vào kết cấu thép. Sự phát triển hiện đại trong sản xuất nhôm làm cho nó có thể sử dụng vật liệu này để tạo ra các bộ phận khung.

Mặc dù kim loại này ít bị ẩm hơn thép, nhưng nó có độ bền và độ đàn hồi cơ học kém hơn. Vì lý do này, để giảm trọng lượng của ô tô, người ta dùng kim loại này để tạo ra cửa, giá để hành lý, mui xe. Để sử dụng nhôm trong khung, nhà sản xuất phải tăng độ dày của sản phẩm, điều này thường có tác dụng chống vận chuyển dễ dàng hơn.

Mật độ của hợp kim nhôm thấp hơn nhiều so với thép, vì vậy khả năng cách âm của một chiếc xe với thân xe như vậy kém hơn nhiều. Để đảm bảo rằng nội thất của một chiếc xe như vậy nhận được tối thiểu tiếng ồn bên ngoài, nhà sản xuất sử dụng các công nghệ chống ồn đặc biệt, điều này sẽ khiến chiếc xe đắt hơn so với một tùy chọn tương tự với thân xe bằng thép.

Tạo thân nhôm trong giai đoạn đầu tương tự như quá trình tạo kết cấu thép. Nguyên liệu được bẻ thành tấm, sau đó được dập theo mẫu mã mong muốn. Các bộ phận được lắp ráp thành một thiết kế chung. Chỉ cho điều này là hàn argon được sử dụng. Các mẫu đắt tiền hơn sử dụng phương pháp hàn điểm bằng laser, keo đặc biệt hoặc đinh tán.

Lập luận ủng hộ thân nhôm:

• Vật liệu tấm dễ dập hơn, do đó, trong quá trình sản xuất tấm, cần thiết bị ít mạnh hơn so với dập từ thép;
• So với thân thép, hình dạng giống hệt nhau làm bằng nhôm sẽ nhẹ hơn, trong khi độ bền vẫn ở mức tương đương;
• Các bộ phận dễ dàng được xử lý và tái chế;
• Vật liệu bền hơn thép - không sợ ẩm;
• Chi phí của quá trình sản xuất thấp hơn so với phiên bản trước.

Không phải tất cả những người lái xe đều đồng ý mua một chiếc xe có thân bằng nhôm. Lý do là ngay cả với một tai nạn nhỏ, việc sửa chữa xe sẽ rất tốn kém. Bản thân vật liệu thô có giá cao hơn thép, và nếu bộ phận cần thay đổi, chủ xe sẽ phải tìm một chuyên gia có thiết bị đặc biệt để kết nối các yếu tố chất lượng cao.

Thân nhựa: ưu nhược điểm

Nửa sau của thế kỷ XX được đánh dấu bằng sự xuất hiện của nhựa. Sự phổ biến của vật liệu như vậy là do bất kỳ cấu trúc nào cũng có thể được làm từ nó, vật liệu này sẽ nhẹ hơn nhiều so với thậm chí cả nhôm.

Nhựa không cần sơn. Chỉ cần thêm thuốc nhuộm cần thiết vào nguyên liệu thô là đủ và sản phẩm có được độ bóng như mong muốn. Ngoài ra, nó không bị phai màu và không cần sơn lại khi bị trầy xước. So với kim loại thì nhựa bền hơn, hoàn toàn không phản ứng với nước nên không bị gỉ.

Mô hình Hadi có thân bằng nhựa

Chi phí sản xuất tấm nhựa thấp hơn nhiều, vì không cần máy ép mạnh để dập nổi. Các nguyên liệu thô được nung nóng là chất lỏng, do đó hình dạng của các bộ phận cơ thể có thể hoàn toàn giống nhau, điều này khó đạt được khi sử dụng kim loại.

Bất chấp những ưu điểm rõ ràng này, nhựa có một nhược điểm rất lớn - sức mạnh của nó liên quan trực tiếp đến điều kiện hoạt động. Vì vậy, nếu nhiệt độ không khí bên ngoài giảm xuống dưới XNUMX, các bộ phận trở nên dễ vỡ. Ngay cả một tải trọng nhỏ cũng có thể khiến vật liệu vỡ ra hoặc bay thành từng mảnh. Mặt khác, khi nhiệt độ tăng, tính đàn hồi của nó tăng lên. Một số loại chất dẻo bị biến dạng khi nung dưới ánh nắng mặt trời.

Vì những lý do khác, thân nhựa ít thực tế hơn:

• Các bộ phận bị hư hỏng có thể tái chế, nhưng quá trình này đòi hỏi thiết bị đặc biệt đắt tiền. Đối với ngành nhựa cũng vậy.
• Trong quá trình sản xuất các sản phẩm nhựa, một lượng lớn các chất độc hại được thải vào khí quyển;
• Các bộ phận chịu lực của cơ thể không được làm bằng nhựa, vì ngay cả một mảnh vật liệu lớn cũng không bền bằng kim loại mỏng;
• Nếu bảng điều khiển bằng nhựa bị hư hỏng, có thể dễ dàng và nhanh chóng thay thế bằng một tấm mới, nhưng nó đắt hơn nhiều so với việc hàn một miếng kim loại vào kim loại.

Mặc dù ngày nay có nhiều sự phát triển khác nhau giúp loại bỏ hầu hết các vấn đề được liệt kê, nhưng vẫn chưa thể đưa công nghệ đến mức hoàn thiện. Vì lý do này, cản, trang trí chèn, đường gờ, và chỉ trong một số mẫu xe - chắn bùn chủ yếu được làm bằng nhựa.

Composite body: ưu nhược điểm

Composite có nghĩa là vật liệu có nhiều hơn hai thành phần. Trong quá trình tạo ra vật liệu, composite có được một cấu trúc đồng nhất, do đó sản phẩm cuối cùng sẽ có các đặc tính của hai (hoặc nhiều) chất tạo nên vật liệu thô.

Thông thường, composite sẽ được tạo ra bằng cách dán hoặc nung các lớp vật liệu khác nhau. Thông thường, để tăng độ bền cho chi tiết, người ta gia cố từng lớp riêng biệt để vật liệu không bị bong tróc trong quá trình hoạt động.

Cơ thể nguyên khối

Loại composite phổ biến nhất được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô là sợi thủy tinh. Vật liệu thu được bằng cách thêm chất độn polyme vào sợi thủy tinh. Các phần tử bên ngoài được làm bằng vật liệu như vậy, chẳng hạn như cản, lưới tản nhiệt, đôi khi là quang học ở đầu (chúng thường được làm bằng thủy tinh và các phiên bản nhẹ được làm bằng polypropylene). Việc lắp đặt các bộ phận như vậy cho phép nhà sản xuất sử dụng thép trong cấu trúc của các bộ phận cơ thể hỗ trợ, nhưng đồng thời giữ cho mô hình đủ nhẹ.

Ngoài những ưu điểm được liệt kê ở trên, vật liệu polyme chiếm một vị trí xứng đáng trong ngành công nghiệp ô tô vì những lý do sau:

• Trọng lượng tối thiểu của các bộ phận, nhưng đồng thời chúng có sức bền tốt;
• Thành phẩm không sợ tác động tích cực của độ ẩm và ánh nắng mặt trời;
• Do tính đàn hồi ở khâu nguyên liệu, nhà sản xuất có thể tạo ra các bộ phận có hình dạng hoàn toàn khác nhau, kể cả phức tạp nhất;
• Sản phẩm hoàn thiện trông rất thẩm mỹ;
• Bạn có thể tạo ra các bộ phận cơ thể khổng lồ, và trong một số trường hợp, thậm chí là toàn bộ cơ thể, như trong trường hợp ô tô cá voi (đọc thêm về những chiếc ô tô như vậy trong đánh giá riêng biệt).

Tuy nhiên, công nghệ tiên tiến không thể thay thế hoàn toàn kim loại. Cái này có một vài nguyên nhân:

1. Giá thành của chất độn polyme rất cao;
2. Hình dạng để chế tạo bộ phận phải hoàn hảo. Nếu không, phần tử sẽ trở nên xấu xí;
3. Trong quá trình sản xuất, việc giữ gìn vệ sinh nơi làm việc là vô cùng quan trọng;
4. Việc tạo ra các tấm bền rất tốn thời gian, vì composite mất nhiều thời gian để khô và một số bộ phận cơ thể có nhiều lớp. Cơ thể rắn thường được làm từ vật liệu này. Để chỉ định của họ, thuật ngữ có cánh "monocoque" được sử dụng. Công nghệ tạo ra các loại thân liền khối như sau. Lớp sợi carbon được dán bằng một loại polymer. Trên đó, một lớp vật liệu khác được đặt để các sợi nằm ở một hướng khác, thường là ở các góc vuông. Sau khi sản phẩm sẵn sàng, nó được đặt trong một lò đặc biệt và giữ trong một thời gian nhất định dưới nhiệt độ cao, để vật liệu được nung và có hình dạng nguyên khối;
5. Khi một bộ phận vật liệu composite bị hỏng, rất khó để sửa chữa nó (ví dụ về cách sửa chữa cản xe ô tô được mô tả đây);
6. Các bộ phận tổng hợp không được tái chế, chỉ bị phá hủy.

Do chi phí sản xuất cao và phức tạp, ô tô đường bộ thông thường có một số bộ phận tối thiểu được làm bằng sợi thủy tinh hoặc các chất tương tự composite khác. Thông thường, các yếu tố như vậy được cài đặt trên siêu xe. Một ví dụ về một chiếc xe như vậy là Ferrari Enzo.

Ferrari Enzo

Đúng vậy, một số mẫu xe độc ​​quyền của dòng xe dân dụng nhận được các chi tiết tổng thể từ một vật liệu tổng hợp. Một ví dụ về điều này là BMW M3. Chiếc xe này có mái bằng sợi carbon. Vật liệu có độ bền cần thiết, nhưng đồng thời cho phép bạn di chuyển trọng tâm gần mặt đất hơn, giúp tăng lực xuống khi vào các góc cua.

Một giải pháp nguyên bản khác trong việc sử dụng vật liệu nhẹ ở thân xe được nhà sản xuất siêu xe nổi tiếng Corvette thể hiện. Trong gần nửa thế kỷ, công ty đã sử dụng trong mô hình một khung kim loại không gian, trên đó các tấm composite được gắn vào.

Thân carbon: ưu và nhược điểm

Với sự ra đời của một loại vật liệu khác, độ an toàn và đồng thời nhẹ của ô tô đã lên một tầm cao mới. Trên thực tế, carbon là cùng một vật liệu composite, chỉ có một thế hệ thiết bị mới cho phép bạn tạo ra các cấu trúc bền hơn trong sản xuất monocoque. Vật liệu này được sử dụng trong thân của những mẫu xe nổi tiếng như BMW i8 và i3. Nếu như trước đây carbon trên những chiếc xe khác chỉ được dùng để trang trí thì đây là những chiếc xe sản xuất đầu tiên trên thế giới có thân xe được làm hoàn toàn bằng carbon.

Cả hai mẫu đều có thiết kế tương tự nhau: chân đế là một nền tảng mô-đun làm bằng nhôm. Tất cả các đơn vị và cơ chế của chiếc xe được cố định trên đó. Thân xe ô tô gồm hai nửa, đã có sẵn một số chi tiết nội thất. Chúng được kết nối với nhau trong quá trình lắp ráp bằng cách sử dụng kẹp bu lông. Điểm đặc biệt của những mẫu xe này là chúng được chế tạo trên nguyên tắc giống như những chiếc xe đầu tiên - một cấu trúc khung (chỉ càng nhẹ càng tốt), trên đó tất cả các danh hiệu khác đều được cố định.

Trong quá trình sản xuất, các bộ phận được kết nối với nhau bằng cách sử dụng keo đặc biệt. Điều này mô phỏng các bộ phận kim loại hàn. Ưu điểm của vật liệu như vậy là độ bền cao. Khi xe vượt qua những va chạm lớn, độ cứng xoắn của thân xe giúp xe không bị biến dạng.

Một ưu điểm khác của sợi carbon là nó yêu cầu tối thiểu nhân công để sản xuất các bộ phận, vì thiết bị công nghệ cao được điều khiển bằng điện tử. Thân xe carbon được làm từ các bộ phận riêng lẻ được tạo thành các hình dạng đặc biệt. Một loại polymer có thành phần đặc biệt được bơm vào khuôn dưới áp suất cao. Điều này làm cho các tấm bền hơn so với việc bôi trơn các sợi thủ công. Ngoài ra, cần có những lò nhỏ hơn để nướng những món nhỏ.

Nhược điểm của các sản phẩm này chủ yếu bao gồm giá thành cao, do sử dụng thiết bị đắt tiền cần dịch vụ chất lượng cao. Ngoài ra, giá của polyme cao hơn nhiều so với nhôm. Và nếu bộ phận bị hỏng, sau đó không thể tự sửa chữa.

Dưới đây là một đoạn video ngắn - một ví dụ về cách lắp ráp thân xe bằng carbon của BMW i8:

Đây là cách lắp ráp chiếc BMW i8 của bạn. Lắp ráp xe BMW i8 của bạn

Câu hỏi và trả lời:

Thùng xe bao gồm những gì? Thùng xe gồm có: thanh chắn trước, tấm chắn trước, trụ trước, mui xe, trụ B, trụ sau, chắn bùn, ốp cốp và mui xe, thùng xe.

Thùng xe được hỗ trợ trên những gì? Phần thân chính là khung không gian. Đây là một cấu trúc được làm dưới dạng một cái lồng, nằm xung quanh toàn bộ chu vi của cơ thể. Cơ thể được gắn vào cấu trúc hỗ trợ này.