Wyzwanie dla warsztatu blacharskiego 2008.03.11
Wyzwanie dla warsztatu
blacharskiego - nowoczesne nadwozie
Dotychczasowa wiedza o konstrukcji samochodu wskazuje że karoseria samochodu osobowego wykonana jest z blachy stalowej o różnej grubości. Prawdą jest również, iż znaczna część produkowanych karoserii samochodowych w procesie produkcji poddawana jest obróbce galwanicznej zwiększającej jej odporność na korozję. Od pewnego czasu jednak następują systematyczne zmiany technologii budowy współczesnego nadwozia samochodowego. Ogromny postęp w konstrukcji nadwozi nowoczesnych samochodów spowodowany jest głównie poprzez walkę konkurencyjną, w której bronią jest bezpieczeństwo użytkowników oraz coraz bogatsze wyposażenie pojazdów.
Wiedza musi podlegać ciągłej weryfikacji ponieważ wymagania rozwijającego się rynku samochodowego spowodowały, że na przestrzeni ostatnich lat producenci samochodów dążąc do zmniejszenia masy karoserii i wzrostu bezpieczeństwa biernego wprowadzili nowoczesne rozwiązania konstrukcyjne. Jedną z głównych zmian jakie dokonały się w tym okresie jest wprowadzenie różnorodnych materiałów konstrukcyjnych czego wynikiem jest powstanie nadwozia hybrydowego. Niczym zaskakującym jest zastosowanie we współczesnej karoserii tradycyjnych elementów stalowych, aluminiowych oraz stopów stalowych z uszlachetniającymi domieszkami (np. magnez, bor). Głównym powodem zmiany podejścia do konstrukcji nadwozia jest konieczność znacznego zmniejszenia jej masy. Wynika to z tego, iż współcześnie w samochodach montuje się coraz więcej urządzeń dodatkowych typu: ABS, EBD, ESP, ASR, układ wspomagające utrzymanie trakcji i toru jazdy elektryczne szyby, wzmocnienia drzwiowe oraz wiele innych. Aby masa pojazdów nie wzrosła nadmiernie pozostaje szukać oszczędności w konstrukcji nadwozia.
Już na początku lat dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku firma AUDI zrewolucjonizowała podejście do konstrukcji karoserii samochodowej poprzez wprowadzenie elementów wykonanych ze stopów aluminium do seryjnie produkowanego modelu A8. Wprowadzenie aluminium do konstrukcji nadwozia samochodowego wiązało się ze zmianą jego konstrukcji. Firma AUDI opracowała unikalną konstrukcję ramy nośnej nazwaną ASF (AUDI SPACE FRAME). Zastosowanie aluminium do seryjnej produkcji karoserii samochodowych mogło być jednym z powodów zintensyfikowania prac producentów stali nad nowymi materiałami mogącymi spełnić oczekiwania konstruktorów oraz producentów samochodów.
Na czym polega problem?
Zmniejszenie masy to głównie mniej materiału konstrukcyjnego. Problem polega na tym, aby zmniejszając ilość materiału (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 oferowanych 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. Konkretnym i bardzo znaczącym przykładem zastosowania nowoczesnych blach do budowy nadwozi samochodowych jest zamiana dotychczas stosowanych gatunków stali St10 - 14 i St52 blachą wykonaną ze stali IF. Ma ona głównie zastosowanie do wykonywania płyt podłogowych, błotników oraz poszycia zewnętrznego drzwi. Utworzono w Europie konsorcjum zrzeszające najlepsze i największe przedsiębiorstwa zajmujące się przetwórstwem i wyrobem stali. Konsorcjum nazwano ULSAB-AVC.
Skrót ten oznacza ULTRA LIGHT STEEL AUTO BODY-ADVANCED VEHICLE CONCEPTS. Projekt ULSAB narodził się w Stanach Zjednoczonych i stanowi podstawę do tworzenia nowoczesnych konstrukcji nadwozi samochodowych. Pierwszą firmą europejską, która zainteresowała się projektem ULSAB była firma PORSHE. Porshe Engeeniring Group rozpoczęło realizację zamówienia na wykonanie koncepcji samochodu z wykorzystaniem najnowszych osiągnięć w dziedzinie ultralekkich stali wysokogatunkowych o podwyższonej wytrzymałości. Pomimo tego, że powstała ultralekka konstrukcja o znacznie mniejszej masie to całkowicie spełniła ona wszystkie normy testów zderzeniowych wymaganych przez EURONCAP.
Poza zastosowaniem nowoczesnych gatunków stali wprowadzono również nowe technologie wykonywania elementów karoserii samochodowych. Najbardziej znaną, a zarazem znaczącą jest TAILORED BLANK oraz TAILOR ROLED BLANKS (Rys. 1). Najlepszy efekt zredukowania masy nadwozia przy jednoczesnym polepszeniem jego własności mechanicznych dotyczących zarówno bezpieczeństwa biernego jak i własności użytkowych daje połączenie technologii TB, TRB oraz podobnych z zastosowaniem nowoczesnych gatunków stali.
Wbrew powszechnej opinii, technologie TB (tailored blank) oraz TRB (tailor rolled blanks) nie są wytworem ostatnich lat. Początki zastosowania tych technologii to koniec lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku, choć do powszechnego stosowania wprowadzono je w późnych latach osiemdziesiątych. Oto jak wyglądało wprowadzanie nowoczesnych technologii w różnych rejonach świata:
EUROPA
Prekursorem zastosowania technologii TAILORED BLANK oraz TAILOR ROLLED BLANKS była szwedzka firma VOLVO. Pierwsze seryjnie produkowane karoserie w tej technologii opuściły linie produkcyjne w roku 1979. Innymi europejskimi producentami samochodów używającymi TB i TRB są VOLKSWAGEN i SEAT. Stosują one technologie łączenia elementów metodą liniowego zgrzewania oporowego oraz spawania laserowego. W roku 1985 firma Thyssen AG (Niemcy) opracowała dla firmy AUDI technologię laserowego łączenia elementów składowych TB i TRB. Technologia laserowego spawania elementów została pierwotnie wykorzystana do produkcji przestrzennych płyt podłogowych. Jedną z ważniejszych zalet odróżniających spawanie laserowe od tradycyjnego zgrzewania oporowego jest długość jednorodnej spoiny. Przy tradycyjnej technologii wynosi ona maksymalnie 1000mm natomiast przy spawaniu laserowym nawet do 1960mm.
JAPONIA
Przykładem korzystania z technologii TB w szerokim zakresie przy zastosowaniu laserowego spawania elementów jest firma TOYOTA. Od roku 1989 do produkcji karoserii samochodów tej marki w zasadzie nie stosuje się zgrzewania oporowego. Spawanie tradycyjne stosuje się jedynie przy wykonywaniu konstrukcji ram nośnych oraz innych wewnętrznych elementów konstrukcyjnych.
AMERYKA PÓŁNOCNA
Zastosowanie technologii TB do produkcji strukturalnych elementów karoserii samochodowej takich jak słupki środkowe, ramy nośne, elementy komory silnika rozpoczęto już w roku 1968. Tak jak w innych rejonach świata punktowe zgrzewanie oporowe wyparte zostało w znacznym stopniu przez technologie spawania laserowego oraz zgrzewanie liniowe. W szczególnych przypadkach stosuje się inne technologie spawania. W USA popularna jest również technologia o nazwie LTS (Light Truck System). Stosowana jest przy konstruowaniu nadwozi samochodów typu SUV.
Podczas naprawy elementów nowoczesnego nadwozia samochodowego wymaga nowego podejścia technologicznego oraz zastosowania nowoczesnej wiedzy i specjalistycznych urządzeń. Należy przede wszystkim pamiętać, iż podczas procesu naprawy blacharskiej można napotkać różne rodzaje materiałów konstrukcyjnych,
a co się z tym wiąże, zachodzi konieczność zmiany technologii naprawczej. W wyniku zastosowania różnych materiałów niektóre elementy podlegają naprawom blacharskim (w tradycyjnym rozumieniu), niektóre wymagają zastosowania nowoczesnej technologii (np. łączenia), natomiast pewne elementy podlegają wyłącznie wymianie. Wymianie podlegają zwykle profilowane elementy wykonane ze stali o podwyższonej wytrzymałości oraz stopów metali lekkich (np. aluminium) oraz bezwzględnie wszystkie elementy, których podstawowym zadaniem jest pochłanianie energii uderzenia. Bardzo poważnym błędem popełnianym podczas napraw blacharskich elementów wykonanych z blach o podwyższonej wytrzymałości jest obróbka poprzez ich podgrzewanie. W wyniku intensywnego podgrzewania blacha o podwyższonej wytrzymałości traci bezpowrotnie własności uzyskane w starannym procesie produkcji, a co za tym idzie zmienia na niekorzyść założone parametry wytrzymałościowe elementu. Dlatego też elementy takie mogą jedynie być poddawane procesowi prostowania na zimno, a ich łączenie można prowadzić jedynie poprzez lutowanie (tzw. lutospawanie) twarde niskotemperaturowe lub klejenie (Fot. 2 i 3). Przez pojęcie lutospawania należy rozumieć proces lutowania twardego, które jest wy-
konywane podobnie do procesu topliwego spawania materiałów (Fot.3). Zasadniczą różnicą między spawaniem a lutospawaniem korozję. Współczesna naprawa blacharska niewiele przypomina technologie stosowane przed wielu laty. Wzrosły również wymagania dotyczące wiedzy blacharskiej szczególnie dotyczącej znajomości budowy nowoczesnego nadwozia jak i niezbędnej znajomości nowoczesnych technologii naprawczych. Jakość naprawy blacharskiej ma przecież bezpośredni wpływ na bezpieczeństwo bierne użytkowników samochodów. Nowoczesne technologie naprawcze stają się coraz bardziej dostępne dla nowoczesnych pragnących rozwijać się serwisów blacharskich. Przykładem mogą być nowoczesne „spottery” umożliwiające między innymi naprawę elementów karoserii wykonanych jako profile zamknięte bez konieczności pracochłonnego demontażu tapicerki jak i całych elementów.
Osobnym problemem dla współczesnego warsztatu blacharskiego jest naprawa elementów karoserii wykonanych z ze stopów aluminium. Naprawa tych elementów wymaga zupełnie innego podejścia technologicznego oraz specjalnych narzędzi.
W prawidłowym procesie naprawy karoserii aluminiowej należy zastosować inne narzędzia pozornie identyczne jak do karoserii stalowej. Inne są nawet młotki oraz elementy ścierne. Do spawania niezbędne jest zastosowania specjalistycznych urządzeń (np. DUOMIG Auto). Do napraw panelowych niezbędne jest zastosowanie specjalnego spottera do aluminium (np. ALUSPOT) Fot. 4.
Odbieramy wiele sygnałów o rosnącym zainteresowaniu problematyką napraw ele-
mentów karoserii wykonanych ze stopów metali lekkich. Naprawom elementów aluminiowych poświecony zostanie osobny ar-
tykuł w jednym z kolejnych numerów pisma.
Bogusław Raatz
