Технология, опередившая время. От мягкой до сверхвысокопрочной — эволюция сталей в кузове автомобиля

Кузов первых моделей ВАЗ, так называемой "классической" компоновки, соответствовал требованиям своего времени и представлял собой конструкцию, которая состояла из нескольких крупногабаритных деталей (крыша, капот, панели пола, щиток передка) и большого числа сварных узлов, включающих относительно простые мелкие детали. Конструкция определяла и требования к материалам, и технологиям штамповки и сварки.

Так, основную массу деталей выполняли из холоднокатаного проката стали 08Ю категорий вытяжки СВ, ОСВ, а наиболее простые детали - из сталей 08кп и 08пс категории вытяжки ВГ. Прокат первой группы отделки поверхности, соответствующий категориям вытяжки ОСВ и ВОСВ для лицевых деталей кузова, закупали главным образом за рубежом.

Комплекс сварки кузовов классических моделей (ВАЗ-2101 - ВАЗ-2107) состоял из поточных линий на базе многоточечных сварочных машин и стендов ручной сварки. То есть оборудования, предназначенного для сварки непокрытых сталей. Оно отличалось высокой производительностью, относительной компактностью, надежностью в эксплуатации, хорошей ремонтопригодностью и в то же время - недостаточной гибкостью, что не способствовало изменению конструкции деталей в процессе модернизации автомобиля или смены модельного ряда, имело ограничения по сварке деталей из оцинкованных сталей. В частности, в последнем случае существенно снижало свою производительность из-за необходимости остановок для проведения периодической ручной зачистки электродов контактных машин.

К моменту постановки на производство семейства автомобилей ВАЗ-2108 требования к кузову изменились. Соответственно другими стали и подходы к его проектированию. Например, кузов ВАЗ-2108, в отличие от кузова ВАЗ-2101, не имеет деталей и узлов, устанавливаемых в процессе доварки черного кузова. Он состоит из каркаса и съемных узлов (двери, капот, крылья), а каркас - из пяти основных узлов: пола, правой и левой боковин, рамы ветрового окна и крыши. В результате конструкция стала более технологичной, в ней снизилось число деталей и узлов. К примеру, если кузов автомобиля ВАЗ-21013 состоял из 536 деталей, то кузов ВАЗ-2108 - из 368. Благодаря этому удалось уменьшить и число сборочно-сварочных операций, и число сварочных точек. (К примеру, последних с 7300 до 4300.) При этом доля сварки в автоматических линиях увеличилась с 45 до 96 %. Итог трудоемкость изготовления кузова снизилась с 9,89 до 6,7 нормо-ч, численность рабочих в цехах сварки - на 350 чел.

Автомобили семейства ВАЗ-2108 были первыми среди отечественных АТС, где для повышения коррозионной стойкости кузова стали применять детали из электрооцинкованного проката. Всего таких деталей 16, а их масса составляет ~11 % обшей массы кузова.

Появление нового типа материала серьезно повлияло и на технологию изготовления кузова. Дело в том, что штамповать детали из оцинкованных сталей гораздо сложнее: покрытие существенно влияет на коэффициент трения в зоне контакта заготовки со штампом и, следовательно, на условия течения металла в процессе формовки и вытяжки; поверхностный слой имеет склонность к шелушению и отслоению в условиях пластической деформации металла-основы и контактного воздействия со стороны штампового инструмента, В силу этих особенностей штамповка электрооцинкованного проката требует дополнительных затрат и ужесточения технологической дисциплины. Например, при рубке заготовок, чтобы избежать отслоений покрытия в зоне реза и последующего их переноса с кромок заготовок на зеркало штампа, нужно очень точно выдерживать зазоры в режущем инструменте. Иначе в процессе штамповки, когда контактные давления очень высоки, сдираемые микрочастицы цинка привариваются к поверхности штампа, постепенно коагулируют и накапливаются в виде достаточно крупных металлических наростов, которые травмируют поверхность листа, оставляя на ней дефекты в виде выпуклостей, что совершенно недопустимо для лицевых деталей кузова.

Вторая группа особенностей оцинкованных сталей - их худшая, по сравнению с непокрытым металлом, свариваемость и повышенный износ сварочных электродов. Потому, что цинковое покрытие увеличивает контактные электросопротивления в парах "электрод - деталь" и "деталь - деталь". Следовательно, уменьшает сварочный ток и количество теплоты в зоне свариваемого соединения. Чтобы компенсировать это явление, сварочный ток приходится увеличивать, в зависимости от типа покрытия, на 5-15 %. Но в условиях высоких токов, температур и давления материал электрода начинает активно взаимодействовать с цинком, образуя легкоплавкие эвтектики (латуни). В итоге электрод по микронеровностям очень "охотно" приваривается к поверхности листа, а при размыкании контакта вызывает повышенную эрозию контактной поверхности. При этом масса данного участка поверхности возрастает, значит, снижаются плотность тока в контакте и диаметр ядра сварочной точки. Кроме того, постепенно образующийся слой латуни на контактной поверхности электрода повышает его электрическое сопротивление и соответственно снижает количество теплоты, выделяющейся в сварном соединении, что также уменьшает диаметр ядра сварной точки.

Было очевидно, что решить перечисленные проблемы можно только одним способом - перейти на оборудование, способное автоматически регулировать величины сварочного тока и периодически зачищать рабочую поверхность электродов. Что и сделали: ВАЗ перешел на автоматические линии и посты, оснащенные робототехническими комплексами, созданными в сотрудничестве с фирмами "Сиаки" и "Кука".

Следующим этапом эволюции кузова стали разработка и постановка на производство автомобилей семейства ВАЗ-2110. Данный этап во многом перенял лучшие технические решения, опробованные на семействе ВАЗ-2108. Например, общее число деталей кузова, несмотря на более сложную конструкцию, снизилось, по сравнению с ВАЗ-2108, на 20 шт., а число сварочных точек возросло лишь на 478 (10 %). Однако необходимость обеспечения современных требований экономики заставила улучшать аэродинамику автомобиля и, как следствие, усложнять форму деталей. Что повлекло за собой увеличение объемов применения высокотехнологичных штампуемых сталей, еще большее ужесточение требований к оборудованию и штамповой оснастке. Поэтому под проект пришлось закупить и смонтировать пять новых автоматических вырубных и штамповочных линий, в том числе уникальный для России шестипозиционный пресс-автомат усилием 32 тыс. кН с гидравлической маркетной подушкой на первой позиции, выпускаемый немецкой фирмой "Эрфурт" и предназначенный для штамповки крупногабаритных деталей. Кроме того, под техническим руководством ВАЗа отечественными металлургическими комбинатами ОАО "НЛМК" (Липецк), "Северсталь" (Череповец), "ММК" (Магнитогорск), "АО ЛМЗ" (Лысьва) совместно с ЦНИИЧМ имени Бардина (Москва) было освоено производство современных автолистовых сталей, в том числе с цинковыми покрытиями, что позволило полностью обеспечить нынешнюю потребность отечественной автомобильной промышленности в качественном металлопрокате. В том числе практически всю потребность ВАЗа в холоднокатаном листе первой группы отделки поверхности (-155 тыс. т в год, из них 41 тыс. т - оцинкованный прокат), в горячеоцинкованной (-9 тыс. т в год) и электрооцинкованной (-76 тыс. т в год) сталях.

В настоящее время с целью повышения качества штампуемых деталей проводятся работы с металлургическими комбинатами по использованию нового поколения консервационно-технологических смазок для листового проката, внедрению специальных моечных машин для особо ответственных лицевых деталей кузова. Нарабатываются мероприятия по исключению попадания дополнительных загрязнений на поверхность проката в процессах переработки (резка заготовок, хранение, транспортировка и штамповка).

Объем применения оцинкованных сталей в кузове ВАЗ-2110 достиг 52 %его массы. Что в сочетании с дополнительной обработкой опасных зон специальными защитными составами и высококачественным лакокрасочным покрытием гарантирует защиту его деталей от сквозной коррозии на срок до шести лет. Однако рост числа деталей, выполняемых из оцинкованных сталей, еще более обострил проблему обеспечения качества штамповки. В частности, чтобы уменьшить налипание цинка, необходима дополнительная операция ручной периодической очистки зеркала штампа. Что, безусловно, сказывается на трудоемкости изготовления деталей и производительности оборудования. Поэтому ВАЗ проводит подготовительные работы по закупке лицензии и освоению технологии хромирования формообразующих поверхностей штампов, которое, как известно, позволяет решить проблему на современном уровне.

Широкое применение оцинкованных сталей потребовало принятия новых решений и в отношении всего сварочного комплекса, в том числе значительного усложнения, как механики, так и систем управления сварочных линий: теперь общее число используемых сварочных роботов достигло 220 шт. В состав автоматических линий, кроме традиционных постов сварки, вошли посты промазки кузова мастиками перед сваркой и нанесения высокопрочного клея на стыке капота перед его зафланцовкой. В линиях сварки впервые в нашей стране в больших (~50 шт./кузов) объемах применена полуавтоматическая и автоматическая дугоконтактная приварка болтов, заменившая собой традиционную рельефную сварку, требующую пробивки отверстий в листовой детали.

Автомобиль ВАЗ-1118 - очередной шаг на пути повышения безопасности и коррозионной стойкости кузова. И хотя объем применения оцинкованных сталей здесь остался на уровне кузова автомобиля ВАЗ-2110, существенно изменилась структура этого объема: значительно увеличилась доля горячеоцинкованного проката, а доля электрооцинкованного, наоборот, снизилась, что позволило существенно увеличить поверхность деталей, защищенных цинковым покрытием. Так, если у кузова ВАЗ-2110 оцинкованная поверхность составляла 29 %, то у ВАЗ-2118 - уже 52 %.

Переход на горячеоцинкованный прокат выгоден и в экономическом отношении: технологическая себестоимость изготовления данного проката на 10-15 % ниже, чем проката электрооцинкованного. Кроме того, он более технологичен с точки зрения штамповки. Во-первых, в качестве его основы используются высокопластичные стали со сверхнизким содержанием углерода (IF-стали); во-вторых, покрытие из более мягкого металла оказывает то же влияние, что и твердая смазка, т. е. в определенной степени облегчает процесс штамповки, улучшая условия течения металла.

Проблема обеспечения свариваемости горячеоцинкованного проката решается за счет использования сварочных роботов с современными системами управления циклом сварки и автоматической зачисткой электродов. Для снижения затрат на электродные материалы применяются электроды колпачкового типа с внутренним посадочным конусом.

Вторая особенность кузова ВАЗ-1118 - более широкое, чем на ВАЗ-2110, применение низколегированных и двухфазных (ферритно-мартенситных) сталей повышенной прочности, освоенных отечественной металлургической промышленностью (НЛМК и ЧерМК). Такой переход, во-первых, увеличивает прочность и уровень пассивной безопасности кузова, во-вторых, снижает его материалоемкость (собственную массу) и положительно сказывается на динамических характеристиках, топливной экономичности и других потребительских свойствах автомобиля.

Правда, данные стали, обладают несколько меньшей, чем традиционные, пластичностью и, как следствие, ограниченными возможностями по вытяжке, повышенным пружинением, развивают большую нагрузку на штамповую оснастку и т. д. Все это учитывалось при разработке как конструкции кузова автомобиля ВАЗ-2118, так и технологии его изготовления. Например, основу технологии составляют робототехнические комплексы, изначально рассчитанные на значительное увеличение объемов применения именно горячеоцинкованной стали. Причем число роботов возросло до 360, т. е., по сравнению с комплексом сварки автомобиля ВАЗ-2110, на 64 %. При этом существенно изменился подход к построению самих автоматических линий. Роботы нового поколения грузоподъемностью 150/200/300 кг позволили перейти к технологической схеме так называемого "сада роботов", где автоматы не только выполняют операции сварки, но и манипулируют узлами в процессе доварки кузова на стационарных клещах, а также передают его с поста на пост. Что дало возможность отказаться от сложных традиционных линейных транспортеров, существенно повысить технологическую гибкость оборудования при последующих модернизациях автомобилей. А главное - применять современные специализированные пакеты компьютерного моделирования для оптимизации пропускной способности линий и емкости накопителей, проектирования, изготовления и аттестации всей технологической оснастки сварочных линий, используя математические модели деталей кузова. В конечном итоге - обеспечить собираемость кузовов и оптимальную геометрию кузова. Причем оптимизация сборочно-сварочных операций, оценка технологичности конструкции кузова на предмет доступа сварочных клещей к месту сварки выполняются еще на этапе проектирования сварочной оснастки, что значительно снижает затраты и сокращает сроки подготовки производства.

Автомобилестроение является одним из крупнейших потребителей конструкционных материалов в мире. При этом рост требований к ресурсам формирует конкуренцию между производителями различных материалов, стимулирует прогресс в разработке их новых видов и повышение качества.

Несмотря на увеличение использования в автомобилестроении новых конструкционных материалов, ведущую роль в производстве продолжает играть стальной прокат. Так, в среднем на российский легковой автомобиль приходится 75% готового проката, метизов и стальных труб, а 25% составляют литейный чугун, цветные металлы, пластмасса, резина, стекло и прочие материалы. Уступая пластмассам и легким металлам по удельному весу, стальные изделия обеспечивают более высокую прочность и, соответственно, надежность и безопасность.
Во времена СССР потребление стали в отрасли было гораздо выше при сравнимых объемах выпуска автомобилей из-за использования более ресурсоемких технологий. Так, в 1990 г. при объеме производства автомобилей на уровне 1,82 млн. ед. потребление всех видов проката черных металлов составляло 3,64 млн. т, а в 2008 г., при сравнимом объеме производства (1,8 млн. ед.), потребление достигло лишь 2,5 млн. т.
Требования автомобилестроителей к стали являются составным элементом общих требований к современному автомобилю. С течением времени они претерпевают определенные изменения. Прежде всего, это связано с ростом требований к весу автомобиля: чем он меньше, тем экономичнее расходуется горючее, снижается нагрузка на окружающую среду, и появляется возможность добавлять больше опций и оборудования. Второе направление - повышение норм безопасности, выполнение которых требует максимального упрочнения силового каркаса кузова для защиты людей и деформируемости внешних элементов для поглощения удара. Третьим направлением является стоимость производства, последующего обслуживания и утилизации. Именно этот фактор обеспечивает сохранение лидирующих позиций стали в сравнении с другими материалами, поскольку сталь подвержена многократному рециклингу: старые транспортные средства можно утилизировать, и уже бывшую в эксплуатации сталь использовать для производства нового автомобиля.

Таким образом, автомобильная промышленность предъявляет к стали очень высокие требования, поскольку в первую очередь она должна удовлетворять двум диаметрально противоположным критериям. С одной стороны, требование по снижению массы изделий предполагает использование высокопрочных материалов, с другой - рост требований по технологичности производства предполагает использование высокопластичных материалов.
В зависимости от соотношения показателей прочности и пластичности (штампуемости), в настоящее время выделяют три основных класса холоднокатаных сталей для автопрома.
Во-первых, это мягкие стали (Mild steels), практически не отличающиеся по маркам от тех, что были освоены и выпускались еще во времена СССР, лишь с более жесткими требованиями к химическому составу, и так называемые стали IF (чистые низкоуглеродистые) и IS (изотропные). Они легко штампуются и применяются для изготовления внешних панелей. Категория мягких сталей до сих пор является наиболее распространенной для российской автомобильной промышленности. Мягкие стали используются в дверях, капоте, крыше, где требуется металл очень глубокой вытяжки. Основной недостаток обычных низкоуглеродистых сталей - пониженные показатели прочности: при аварии автомобиль, выполненный из таких сталей, очень сильно деформируется, вероятность получить травмы высока.
Во-вторых, это высокопрочные стали (High-strength steels, HSS). Прочность в них достигается не за счет иного химического состава, а в результате изменений кристаллической решетки металла (фазовых превращений), которые происходят в результате более сложной технологической обработки. В российских автомобилях стали повышенной категории прочности используются в основном для деталей силового каркаса машины, поскольку они должны выдерживать повышенные нагрузки.
С начала XXI века все большее применение в автомобиле находят так называемые особо высокопрочные стали (Advanced-high-strength steel, AHSS). В отличие от высокопрочных сталей, прочность и штампуемость в этом классе достигается наличием двух и более типов кристаллов (фаз) разной твердости. Достигается это еще более сложной механической и температурной обработкой.
В последнее время выделяют еще и четвертый класс - ультравысокопрочные стали (Ultra-high-strength steels, UHSS). К нему относят стали нового поколения, которые по сравнению с первыми тремя классами обладают большей прочностью при значительно лучшей штампуемости.

Структура используемых для производства автомобиля материалов в среднем в мире в 2007 г., %

Источник: Ducker Worldwide.

Примером использования высокопрочных и особо высокопрочных сталей в автомобиле может служить модель Audi Q5. Доля стандартных мягких сталей в кузове этого кроссовера составляет 31% (из них изготовлены особо сложные в штамповке элементы, а также внешние детали, поглощающие энергию при ударе), высокопрочных - более 44% (почти весь силовой каркас, защищающий пассажиров), особо высокопрочных - почти 25% (из них при -этом 9,1% ультравысокопрочных сталей нового поколения, которые используются в наиболее ответственных участках).

Применение высокопрочных сталей: Audi Q5

Источник: ММК.

По сравнению с иномарками, в автомобилях российских марок стали повышенных категорий прочности используются не так широко. Все кузовные детали российских автопроизводителей пока изготавливаются из низкоуглеродистых марок сталей. Высокопрочные идут на систему безопасности (внутренние детали). В моделях Lada Samara и Lada Kalina содержится около 5% и 18% деталей из сталей повышенной прочности соответственно. Для сравнения, в Европе, США, Японии в среднем кузов автомобиля содержит 40% деталей из таких сталей. Металл класса AHSS отечественными автозаводами не используется.

Материалы каркаса кузова Lada Kalina, %

Источник: ОАО «АВТОВАЗ».

Причины низкого уровня освоения высокопрочных сталей связаны с финансовыми трудностями автозаводов, заставляющими искать любые способы снижения затрат на материалы и комплектующие, а также невозможностью в одиночку решать технические проблемы, связанные с переходом на новые материалы. Любое значительное изменение структуры потребления осложняется необходимостью поиска средств на сопутствующую модернизацию оборудования и техоснастки.
Для отечественного автомобилестроения увеличение использования высокопрочных сталей является актуальной задачей. На фоне роста конкуренции со стороны зарубежных автопроизводителей АВТОВАЗ и другие производители традиционных российских марок заинтересованы в расширении применения высокопрочных сталей.

Поставщики стали для автопрома

Автомобильная промышленность потребляет следующие виды стальной продукции: листовой прокат без покрытий, сортовой прокат, оцинкованный прокат, трубы.
Листовой прокат подразделяется на холоднокатаный (70% в структуре потребления стали автомобильной промышленностью), из которого изготавливаются кузовные детали автомобилей, и горячекатаный травленый, предназначенный для производства деталей рамы, основания и днища автомобиля.
Основными поставщиками листового проката для автомобильной промышленности являются два металлокомбината: ОАО «ММК» и ОАО «Северсталь». Их доли в общем объеме поставок в российский автопром за январь-август 2010 г. составили 29% и 28% соответственно. Наравне с этими комбинатами ранее стратегическим поставщиком для автомобильной промышленности был ОАО «Новолипецкий металлокомбинат» (НЛМК). Однако в последние годы доля его поставок в российский автопром существенно -- сократилась. Если за период 2006-2010 гг. она составила 8,94 %, то за январь-август 2010 г. уменьшилась до 1,54%. Причиной значительного сокращения поставок НЛМК для предприятий автомобильной отрасли России стали высокие цены на продукцию - на 13-15% выше общероссийских.

Источник: Металлургический бюллетень, анализ Russian Automotive Market Research (НАПИ).

По данным за первые 8 месяцев 2010 г., поставки на АВТОВАЗ, предприятия Группы ГАЗ, КАМАЗ и «Соллерс» в структуре всех поставок в автопром России составили 89,27%.
Компания «Северсталь» отгрузила на Волжский автомобильный завод 156,4 тыс. т металлопроката (42% потребностей АВТОВАЗа), на предприятии Группы ГАЗ - 65,6 тыс. т (29,8%), на «Соллерс» 29,9 тыс. т (60,3%).
ММК за первые 8 месяцев 2010 г. осуществил поставки на АВТОВАЗ в размере 137 тыс. т (37,3% потребности завода), на КАМАЗ в размере 58,8 тыс. т (33,1%), на заводы Группы ГАЗ - 48,2 тыс. т (21,9%).

Прямые железнодорожные поставки на основные автомобильные заводы России 2006-2010 гг., т

Источник: Металлургический бюллетень.

Одним из крупнейших поставщиков сортового проката для автопрома является Группа компаний «Мечел». Сортовой прокат поставляется на производство деталей ходовой части, двигателей, трансмиссии, рулевого управления и других деталей, работающих в условиях повышенных знакопеременных нагрузок, агрессивных средах и жестких условиях. В структуре группы на поставках в автомобильную промышленность специализируются ОАО «Челябинский металлургический комбинат» (ЧМК) и ОАО «Ижсталь». За первые 8 месяцев 2010 г. объемы их поставок в автомобильную промышленность составили 14141 т и 23541 т металлопроката соответственно.
Клиентами ЧМК являются АВТОВАЗ, Группа ГАЗ, УАЗ, КАМАЗ, УралАЗ, а также производители автобусов и автокомпонентов. Кроме того, ведутся поставки металлопроката в Республику Беларусь - на МАЗ и БелАЗ.
ЧМК оснащен современным оборудованием для внепечной обработки и разливки металла. Идет постоянная модернизация оборудования сталеплавильных цехов, вводятся в строй новые агрегаты вакуумирования и внепечной обработки металла для достижения качественных показателей стали мирового уровня.

Использование оцинкованного металла для производства автомобилей в России

Объем применения оцинкованного проката в производстве кузовных деталей мировых автопроизводителей в среднем уже превысил 90% от веса всего кузова автомобиля. В России оцинкованную сталь обычно используют для изготовления наиболее подверженных коррозии деталей автомобиля: днища и нижних кузовных деталей.
В настоящее время существует два основных вида нанесения покрытий, используемых в автомобилестроительной промышленности, - электролитическое цинкование (с односторонним и двусторонним покрытием) и метод горячего погружения (включая железоцинковое покрытие).
В странах Европы до 2000 г. преимущественно использовался электролитически оцинкованный (ЭЦ) металл. Однако уже с середины 90-х гг. XX в. началось его вытеснение горячеоцинкованной (ГЦ) сталью, и в 2008 г. ГЦ-сталь стала занимать уже 70% от веса кузова легкового автомобиля, в то время как доля ЭЦ-стали сократилась до 11%. Увеличение объема применения ГЦ-проката в первую очередь связано с меньшей себестоимостью его изготовления по сравнению с ЭЦ-прокатом и, соответственно, меньшей ценой. Однако электролитически оцинкованная сталь обладает рядом преимуществ по сравнению с методом горячего цинкования.
Электролитический способ цинкования позволяет в широком диапазоне весьма точно регулировать толщину и свойства осажденного слоя цинка. Таким способом можно наносить одностороннее или двустороннее покрытие, дифференцированно накладывать толщину цинка, что невозможно при использовании метода горячей оцинковки. Покрытие получается мелкокристаллическим, надежно сцепленным со стальной основой, что сложно достижимо при горячем цинковании высокопрочных сталей. ЭЦ практически не изменяет механические свойства стальной основы тонколистового холоднокатаного проката - это позволяет использовать в автомобилестроении более дешевые конструкционные стали для изготовления сложных деталей, так как сохраняется высокая пластичность металлической основы. На аналогичные детали, изготавливаемые из ГЦ-проката, предпочтительно использовать в качестве металлоосновы IF-стали. К преимуществам метода ЭЦ следует отнести и то, что сцепление ЭЦ-металла и черного проката на один-два балла выше, чем у горячего цинка. Кроме того, у ЭЦ-проката очень хорошая адгезия - на таком металле будут долго держаться лакокрасочные покрытия.
На российском рынке производителями оцинкованного проката являются «Северсталь», НЛМК, ММК и «Полистил». Все они поставщики оцинкованного проката для автомобильной промышленности. Однако производителем электролитически оцинкованной стали является только ЗАО «Полистил». Все остальные заводы оцинковывают сталь методом горячего погружения.
Продукция «Полистил» поставляется на АВТОВАЗ (для моделей Priora, Kalina). Клиентами завода являются также GM-АВТОВАЗ (Chevrolet Niva), Запорожский автомобильный завод (Lanos), ПАЗ; ведется работа по согласованию в техническом плане с заводом Volkswagen в Калуге, направлено предложение по сотрудничеству на «Автофрамос» для производства автомобилей марки Renault, а также в Группу компаний «Соллерс».
Продукция «Полистил» используется для штамповки как внутренних, так и внешних деталей автомобиля. Это связано с тем, что основной потребитель оцинкованной стали - АВТОВАЗ - использует односторонний электрооцинкованный прокат для производства лицевых деталей кузова автомобиля.
Увеличение потребления более экономичного ГЦ-проката сопряжено с определенными сложностями. Все оборудование на АВТОВАЗе специализировано для работы с ЭЦ-прокатом. ГЦ-покрытие на штампах завода отслаивается, шелушится. Для устранения этих недостатков необходимо хромировать рабочие части штампов. Хромирование осуществляется в Голландии, где есть специальная установка. При сварке кузовов из горячего цинка также возникают проблемы.
В целом доля металла с покрытием в кузове отечественных автомобилей Lada старого модельного ряда составляет не более 7%. В новых моделях семейства автомобилей Lada Priora, Chevrolet Niva, Kalina использование оцинкованных сталей достигает 50%. В будущем, по мнению самих автопроизводителей, эта доля будет только увеличиваться.
На сегодняшний день со сталями с покрытиями может работать только АВТОВАЗ. На всех остальных автозаводах, где производятся российские марки, оцинкованная сталь практически не используется. Это вполне объяснимо: в технологии выпускаемых остальными российскими заводами моделей автомобилей заложено использование сталей без покрытий.

Массовая доля оцинкованного проката в кузовах автомобилей ВАЗ-2170 (Lada Priora), ВАЗ-1118 (Lada Kalina)

Источник: ОАО «АВТОВАЗ».

Площадь оцинкованной поверхности кузовов автомобилей ВАЗ-2170 (Lada Priora), ВАЗ-1118 (Lada Kalina)

Источник: ОАО «АВТОВАЗ»

Потребление оцинкованного проката, который включает в себя ЭЦ- и ГЦ-прокат, в автомобильной отрасли России не превышает 100 тыс. т в год. При этом доля горячеоцинкованного проката составляет в настоящее время лишь 20%. Потенциал данного сегмента рынка в разы превышает уровень его потребления за счет открытия на территории России производств Ford, Renault, Toyota, Nissan, Volkswagen, GM и др.
Все лицевые детали автомобилей иностранного производства выполняются из оцинкованного проката, в настоящее время происходит переход от марок сталей с глубокой вытяжкой в сторону ее увеличения. Соответственно, требования к металлопрокату у иностранных производителей выше.
В отличие от иностранных производителей, российские автомобильные заводы пока не могут перерабатывать продукт с покрытиями в массовом производстве. Между тем, в проектах новых автомобилей эти новые виды стали заложены.
Таким образом, в ближайшие годы в России можно прогнозировать повышенный спрос на оцинкованную сталь со стороны автопроизводителей. Что касается метода цинкования, то наиболее востребован будет ГЦ-прокат. Горячеоцинкованные стали среди сталей с покрытием являются технико-экономическим компромиссом для автомобильной промышленности. Применение данного типа позволяет достигать высоких антикоррозийных показателей при меньших общих за-тратах по сравнению с тем прокатом, который применялся ранее.

Трубы для автомобильной промышленности

В конструкции автомобиля трубы используются в системах выхлопа, передней подвески, рулевого управления, ходовой части, для деталей тормозной системы, для топливной аппаратуры дизельных двигателей, для деталей подъема кабины, карданного вала, радиатора, топливного бака и др.
В зависимости от назначения для этих систем используются впускные, выхлопные, нагнетательные, перфорированные и др. трубы. В зависимости от технологии изготовления трубы, используемые в автомобильной промышленности, делятся на горячекатаные, стальные бесшовные холоднодеформированные трубы углеродистых и низколегированных марок стали средних и крупных размеров, тянутые, термообработанные и упрочненные, подшипниковые и др.
Во второй половине 2010 г. заказы труб для автопрома стремятся к восстановлению объемов докризисного периода.
Трубы для автомобильной промышленности в России поставляют Волжский трубный завод, Объединенная металлургическая компания и другие предприятия, однако крупнейшей группой компаний, которая специализируется на поставках трубной продукции в автомобильную промышленность России, является Группа компаний ЧТПЗ. Трубы и трубная продукция ЧТПЗ используются при выпуске всех моделей автомобилей ВАЗ, для марок ГАЗ, УРАЛ, КАМАЗ, СААЗ, МАЗ и др. В структуре группы трубы для автопрома поставляют ОАО «Челябинский трубопрокатный завод» (ЧТПЗ) и ОАО «Первоуральский новотрубный завод» (ПНТЗ). За первые 8 месяцев 2010 г. ПНТЗ поставило в автопром 6908 т труб. Группа ЧТПЗ планирует увеличивать объемы поставок для автопрома и проводит мероприятия по модернизации мощностей, в первую очередь, направленные на обеспечение точности геометрических размеров труб, а также получение требуемых механических свойств и качества поверхности.
К трубам автозаводы предъявляют технические требования, определяющие уровень качества продукции. По этому критерию различают три группы показателей:
. геометрические (для автопрома - повышенная точность геометрических размеров, нормированная перпендикулярность торцов труб);
. внешнего состояния поверхности (для автопрома повышенные требования к качеству наружной и внутренней поверхностей: светлая поверхность, без окалины, без остатков подсмазочных покрытий, без следов ремонта, с консервацией);
. физико-химических свойств (для автопрома - ограниченный диапазон показателей механических и технологических свойств). Кроме того, для ряда труб предусмотрен неразрушающий контроль сплошности поверхности труб (вихретоковой метод).

Производство штампованных автокомпонентов в России российскими и иностранными предприятиями

В последнее время в стране открылось несколько производств штампованных автокомпонентов для иномарок в России.
В Санкт-Петербурге на площадке в Колпино в ноябре текущего года ЗАО «Интеркос-IV», входящее в Группу компаний ММК, планирует ввести в эксплуатацию первую очередь сервисного металлоцентра и завода по изготовлению штампованных деталей. Листовые заготовки, штампованные детали и штампосварные элементы предназначены, в том числе, для кузовного производства на строящихся и действующих автомобильных заводах, таких как предприятия Ford Motor Company, General Motors Company, Nissan Motor, Hyundai Motor Company, Renault Group и др.
Также на территории Санкт-Петербурга открыла два новых производства компания Cosym - совместное предприятие, образованное в 2006 г. Cosym International в структуре компании Magna International и Shin Young Metal Ind. Co., крупнейшего южнокорейского поставщика штампованных деталей, сварных узлов и инструментальной оснастки. На заводе Cosym в промзоне Шушары производят кузовные детали для ходовой части и металлические элементы систем пассивной безопасности для таких автопроизводителей, как Hyundai, General Motors, Nissan и Volkswagen. Второе предприятие Cosym в Каменке производит сборку узлов для кузовов Hyundai.
Кроме того, корейский автоконцерн Hyundai Motor Company официально запустил предприятие «Хендэ Мотор Мануфактуринг Рус» (ХММР) в Санкт-Петербурге. Его запуск состоялся в сентябре 2010г. Предприятие стало первым иностранным автопроизводителем, обладающим собственным цехом штамповки на территории РФ.
В апреле 2009 г. во Всеволожске был пущен в эксплуатацию новый завод ООО «Стадко» по производству деталей для компании Ford. Состоялись предварительные переговоры с компаниями Nissan и Toyota.
Кроме того, 13 июля 2010 г. в Калужской области в индустриальном парке «Грабцево» состоялось открытие штамповочного производства «Гестамп-Северсталь-Калуга» и сервисного металлоцентра «Северсталь-Гонварри-Калуга», основными потребителями которых станут Volkswagen, PSA Peugeot Citroën, Renault-Avtoframos. Сервисный металлоцентр «Северсталь-Гонварри-Калуга» - совместное российско-испанское предприятие двух мировых лидеров в области производства и обработки металла «Северсталь» и Gonvarri. Штамповочное производство СП «Гестамп-Северсталь-Калуга» - совместное испано-российское производственное предприятие, основными участниками которого являются испанский Gestamp Automocion и «Северсталь».

Перспективы развития металлургической отрасли для автомобильной промышленности

К настоящему времени в области металлопотребления автомобильной промышленностью сложилась следующая ситуация.
Отечественный автопром потребляет преимущественно традиционные мягкие стали, обеспечивая свои потребности продукцией с российских металлургических заводов, тем не менее, в перспективных моделях автомобилей возрастет доля высокопрочных сталей.
Российские сборочные заводы иностранных моделей легковых автомобилей уже активно потребляют высокопрочные стали. Несмотря на открытие штамповочных производств в России, большую часть своих потребностей иностранные производители пока обеспечивают за счет импорта металла в виде готовых автокомплектов. Возможность локализации кузовной штамповки в России осложняется практическим отсутствием качественного проката требуемого сортамента на российских металлургических пред-приятиях.
Таким образом, со стороны и российских, и иностранных автозаводов можно констатировать возросшую потребность в сталях повышенных категорий прочности.
Однако в настоящее время в России объем производства высокопрочных сталей очень мал, а особо- и ультравысокопрочные не производятся, и требуются немедленные усилия, направленные на освоение выпуска такой продукции.
Понимая, что в стране появляется высокий спрос на новые виды сталей, металлургические заводы ведут разработки в области повышения качества проката и освоения производства новых перспективных марок сталей.
Так, на Череповецком металлургическом комбинате, входящем в группу «Северсталь», в рамках программы клиентоориентированности приступили к строительству нового агрегата продольной резки автолиста для холодно- катаного проката, общей стоимостью 570 млн. руб. Решение о реализации данного проекта принято в целях дальнейшего улучшения качества выпускаемого автолиста, главным образом, первой группы поверхности, увеличения доли поставок для автопрома, в том числе иностранным компаниям, локализующим производство автокомпонентов в России. Достижение этих целей обеспечит комплекс оборудования, которым будет дополнен агрегат. В частности, в составе агрегата предусмотрен участок инспекции полосы, где будет производиться постоянный контроль поверхности полосы с верхней и нижней стороны на наличие дефектов. Это позволит гарантировать 100%-ное качество автолиста в рулоне. На агрегате будет производиться порезка холоднокатаного металла толщиной от 0,45 мм до 2,0 мм, предназначенного для производства лицевых деталей автомобиля. Пуск агрегата годовой производительностью 200 тыс. т намечен на 1 квартал 2011 г.
Гораздо более масштабные нововведения осуществляются в настоящее время на ММК. Для освоения развивающегося рынка высокопрочных и особо высокопрочных сталей, в Магнитогорске идет реализация инвестиционного проекта «Строительство комплекса холодной прокатки» стоимостью 1,5 млрд. долл. Основное назначение комплекса - производство высококачественного холоднокатаного и оцинкованного проката по передовым технологиям для производства внешних и внутренних деталей автомобилей. Комплекс холодной прокатки рассчитан на выпуск и обработку низкоуглеродистой, высокоуглеродистой и высокопрочной стали, прежде всего, для автопрома. Это будет импортозамещающая продукция - автолист такого качества в России пока не производят. Ориентировочный объем производимой продукции в новом комплексе холодной прокатки составит: 700 тыс. т в год оцинкованной продукции в рулонах, 400 тыс. т в год холоднокатаной продукции в рулонах, 900 тыс. т в год холоднокатаной нагартованной продукции в рулонах.
Первая очередь комплекса (непрерывная травильная линия, совмещенная с 5-клетьевым станом холодной прокатки) производительностью 2100 тыс. т. в год будет введена в строй в июле 2011 г. Вторая очередь (линия непрерывного горячего цинкования, комбинированная линия горячего цинкования с линией непрерывного отжига, линия перемотки и инспекции полосы, линии упаковки) вступит в строй в 2012 г.
Пуск данного стана позволит немедленно предложить российским автомобилестроителям полный сортамент холоднокатаного листа из сталей повышенной прочности, необходимый для организации производства новых моделей. Новый комплекс холодной прокатки ММК способен полностью закрыть все виды требуемых российскими автозаводами товарных позиций, как по марочному составу и механическим свойствам, так и по размерам. Сортамент, который можно будет производить на данном оборудовании, позволит закрыть также большинство потребностей мировых автопроизводителей, действующих на территории РФ.
ММК уже начал проводить активные консультации по акцептации металлопроката с крупными производителями автомобилей и комплектующих, действующих на территории РФ. Продукцию с нового комплекса холодной прокатки ММК готов поставлять уже в 2011 г. Вначале она будет поставляться на экспорт. Перспективными партнерами сейчас выступают Stadco (штампованные детали для Ford), Matador (штамповка для Volkswagen), Benteler (комплектующие) и Hayes Lemmerz (колеса штампованные из горячекатаного листа). По прогнозам ММК, через пару лет рынок в России будет готов потреблять эту продукцию в не меньших объемах.
Основным институтом, осуществляющим при взаимодействии с металлургическими заводами научно-исследовательские работы по созданию и освоению производства новых, а также повышению качества существующих металлических материалов для автомобилестроения в России, является ЦНИИчермет им.И.П. Бардина.
В настоящее время в ЦНИИчермете проводятся научно-исследовательские работы в направлении создания листовых горяче- и холоднокатаных сталей повышенной прочности и коррозионной стойкости. На российских металлургических предприятиях при участии ЦНИИчермета происходит освоение технологии производства горячекатаного, а также холоднокатаного без покрытия и с покрытием высокоштампуемого проката из двухфазных феррито-мартенситных сталей повышенной прочности. ЦНИИчермет совместно с компанией «Северсталь» осваивает технологию получения горячекатаной двухфазной феррито-мартенситной стали на стане «2000». Проведены успешные эксперименты по получению горячекатаной двухфазной стали в условиях НЛМК. Показана возможность получения горячекатаных двухфазных сталей на стане «2000» ММК.
В ЦНИИчермете также ведутся работы в направлении повышения коррозионной стойкости стали. В институте была разработана и освоена технология цинкования с нерастворимыми анодами, позволяющая обеспечить двукратную интенсификацию процесса, снизить расход электроэнергии при нанесении покрытия, исключить энергоемкую операцию выплавки анодов и улучшить качество и коррозионную стойкость покрытия. Процесс высокоскоростного цинкования внедрен на линии электролитического цинкования ООО «ПФК Проминдустрия». К преимуществам такого метода можно отнести высокую производительность, низкие эксплуатационные расходы, высокое качество покрытия на полосе, а также универсальность и простоту нанесения одностороннего и двухстороннего покрытия, покрытий сплавами цинка.
Кроме того, в ЦНИИчермет был создан принципиально новый подход к процессу горячего цинкования. Совместно с SMS Demag ЦНИИчерметом был разработан процесс «Вертикаль», который не имеет аналогов в мире. Он заключается в использовании магнитогидродинамического затвора для удержания жидкого металлического расплава в процессе нанесения горячих покрытий при вертикальном прохождении полосы через ванну с жидким расплавом. На модуле «Вертикаль» защитное антикоррозионное покрытие наносится на полосу из расплавов цинка, алюминия и их сплавов без традиционного погружного оборудования. Стальная полоса проходит вертикально через щель в днище ванны с расплавом металлопокрытия, который удерживается от вытекания магнито- гидродинамическим затвором. Процесс «Вертикаль» позволяет получать высококачественный автомобильный лист с повышенными пластическими свойствами покрытия за счет сокращения продолжительности цинкования. Технология обеспечивает возможность быстрого перехода с одного вида покрытия на другой (цинкование, алюминирование, покрытие сплавами Zn-Al и др.). К другим преимуществам данного процесса можно отнести исключение быстроизнашиваемого погружного оборудования из нержавеющей стали, увеличение производительности процесса на 10-15%, улучшение качественных показателей выпускаемой продукции.
Также в ЦНИИчермете совместно с АВТОВАЗ для повышения эффективности использования сортового проката для деталей двигателя и трансмиссии ведется разработка и освоение производства экономнолегированных марок конструкционных сталей с улучшенными технологическими и эксплуатационными свойствами. В целях снижения массы и повышения надежности работы данных узлов автомобиля в ЦНИИчермете была осуществлена разработка состава экономно легированных конструкционных сталей с требуемым уровнем прочности и запасом вязкости (микролегирование стали ферросплавами, нитридо- и карбидообразующими элементами при пониженном на 30-50% содержании никеля). Уникальное сочетание физико-механических и коррозионных свойств, присущее нержавеющим сталям, не может быть достигнуто на сплавах других систем легирования.
В число других направлений работы ЦНИИчермета входят следующие области изучения:
. разработка и освоение технологий получения наноструктур в объеме и на поверхности металлоизделий из конструкционных сталей и сплавов;
. разработка экономно легированных нержавеющих сталей и сплавов для выхлопных систем автомобиля;
. разработка жаропрочных сталей и сплавов для деталей двигателя, работающих в условиях высоких температур.
Согласно прогнозу ММК, потребность российской автомобильной промышленности в холоднокатаном листовом прокате, который занимает около 70% используемого предприятиями российского автопрома металлопроката, в 2015 г. будет составлять 2183 тыс. т, потребность в оцинкованном прокате превысит уровень в 1 млн. т.

Краткая характеристика на Wielarider + Schill InvertaSpot GT

Удовлетворяет всем современным требованиям автопроизводителей и кузовных цехов в отношении надёжности и эффективности. Аппарат с высокочастотной инверторной технологией предназначен для сварки современных сверхвысокопрочных и борсодержа-щих сталей (UHSS, USIBor). Рабочая частота аппарата - 10 000 Гц, номинальный ток сварки 13 000А, давление в точке сварки 650 даН. Омологирован многими автопроизводителями. Главная особенность аппарата - трансформаторные сварочные клещи С-образной конструкции. При использовании клещей этого типа потери мощности минимальны, поскольку преобразование происходит в самих клещах, а потребляемый ими ток не вызывает избыточного нагрева кабеля. Интеллектуальный контроль технологического процесса сварки гарантирует получение сварных точек, аналогичных формируемым в процессе производства автомобилей. Все данные по сварке сохраняются на карте памяти (SD-формат). Имеется возможность записи данных по параметрам 100 000 сварочных точек, что позволяет впоследствии контролировать качество ремонта. Возможна работа с оригинальными данными от производителя (OEM - программа). Если пользователь не может определить качество свариваемых сталей, существует уникальная и защищенная патентом программа тестирования материала. Возможно обновление ПО аппарата через карту памяти SD. Графический дисплей отображает параметры сварки в режиме реального времени по основным параметрам (кА, мсек, даН). Полное микропроцессорное управление позволяет исчерпывающим образом контролировать процесс сварки.

Другие особенности аппарата:

Индивидуальный выбор и установка параметров сварки;
- автоматическое исправление неправильного хода сварки;
- возможность сообщения о необходимости обслуживания насадок электродов;
- вывод сообщений об ошибках в текстовой форме;
- отображение типа наконечников электродов, которые могут использоваться;
- распечатка результатов в формате А4; .
- наличие центрального разъёма для подключения различных сварочных инструментов.

Магнитное поле данного оборудования имеет уровень намного ниже разрешённого предела, поэтому InvertaSpot GT работает с минимально возможным воздействием на организм человека.

Доступна версия для сварки алюминия с током сварки 20 000 ампер.

Аппарат может использоваться не только в кузовном ремонте, но и в производстве, где необходимо проводить качественную сварку. Оборудование может применяться при производстве автобусов, для односторонней сварки кузовных панелей.

Комментарии специалиста

Сварка - один из способов соединения деталей кузова автомобиля, применяемый на сегодня наряду с прочими, например, клейкой и клёпкой. И прошедший достаточно длинный путь совершенствования, отслеживающий, порой с опозданием, модернизацию конструкции автомобиля и обновление материалов, используемых в его производстве.

До недавнего времени именно сварка была фактически единственным способом соединения кузовных деталей без применения резьбовых вариантов крепления. Почему? Причина вполне прагматична и ясна: это быстро, технологично и просто. А также возможно в тех случаях, когда условия не позволяют работать, имея доступ к детали с обеих сторон.

Недостатки сварки проявили себя уже в первом поколении аппаратов для сервисного использования - газовых. Это коррозия по шву, грубый заметный след работы, ослабление материала. Проблемы серьёзные, и решать их было необходимо. В степени, достаточной для своего времени, это удалось благодаря внедрению нового типа аппаратов MIG/MAG, производящих сварку в среде инертного или неинертного газа. Швы стали аккуратнее, коррозионная стойкость выросла. И мастера ненадолго вздохнули с облегчением.

Именно ненадолго -ведь автопроизводители вступили в новую фазу борьбы за клиента. Автомобиль стало необходимо делать всё легче, динамичнее, экономичнее и экологичнее. То есть - перейти к применению прогрессивных материалов, не рассчитанных и в малой степени на старые сварочные технологии.

invertaSpot GT, его С-образные клещи и фотографии экрана.

В первую очередь речь идёт о высокопрочных сталях. При работе с ними сварка швами утратила всякую привлекательность. Ведь проявился её новый, критически опасный недостаток: изменение структуры металла в зоне воздействия высоких температур, ведущее к его переходу из категории высокопрочных в группы обычных сталей. А это -ослабление конструкции автомобиля, делающее его дальнейшую эксплуатацию после серьёзного ремонта опасной.

Шагом к решению проблемы стали аппараты точечной сварки, сводящие к минимуму опасное воздействие и сохраняющие прочность соединения высокой и надёжной. То есть по сути произошел переход от обычной и привычной сварки к более сложному процессу соединения при комплексном воздействии давления и тока. Иное решение - внедрение альтернативных технологий крепления: клейки и клёпки. Не только более сложных и затратных по времени производства работ, но и в корне отличных от заводского технологического цикла. То есть опять-таки заведомо не идеальных.

Но этот компромисс был неизбежен.

Ведь сегодня ремонтникам приходится иметь дело уже не только с высокопрочными сталями - то есть, например, имеющими маркировку HSS, - низкоуглеродистыми с добавлением таких легирующих компонентов, как марганец, ниобий, кремний. Но и с более «серьезными» продуктами, относимыми к группе сверх высокопрочных сталей, то есть борсодержащих.

Слева направо: развитие технологий сварки, сокращающее зону ослабленого сплава

Если этой проблемы кому-то мало, есть и иная. Это необходимость соединять в целостный монолит по крайней мере три слоя различных материалов. Тонких, прочных, упругих, имеющих сложный профиль и несущих полную ответственность за жизнь и здоровье пассажиров при боковом ударе. Читайте тут: в случае низкокачественного ремонта эта ответственность может легко оказаться на плечах, а точнее, на бюджете, кузовного центра. И оказывается! Пока чаще всего - в Европе, но и отечественные страховые компании внимательно изучают все возможности сокращения своих затрат. Так что - клейте, клепайте, варите с неизбывным страхом перед не слишком порой оправданными и трудно опровергаемыми обвинениями.

Или примите как данность необходимость один раз оплатить ускорение процесса ремонта и свой финансовый покой, приобщившись к числу пользователей аппарата четвёртого поколения. Того самого, досье на который мы предложили в начале этой статьи.

Он, по сути, уже не имитирует заводские технологии, а реализует их в полном объёме, позволяя получить соединение, идентичное промышленному. И не только получить, но и иметь полную информацию по реальной оценке качества каждой точки. Ведь аппарат тестирует свою работу и сохраняет отчёт. Полный, являющийся достаточным доказательством для страховой компании. И основанием для начальника цеха или смены принимать автомобиль, не опасаясь подвоха со стороны нового или утомлённого за смену мастера.

Технология

На рисунке (вверху на этой странице) вы видите пример того, что может наблюдать пользователь нового аппарата. Это график. Он демонстрирует нам материалы, соединяемые в данном случае. И проводимый постоянно аппаратом контроль их существенных для работы параметров - изменения сопротивления, например. Для каждого материала имеются статистика и алгоритм, позволяющие не только определить точку плавления, но и «сместить» её во времени. Так, чтобы для всех трех материалов этот процесс начинался фактически одномоментно. То есть, с одной стороны, срок воздействия высоких температур свёлся к минимуму, а с другой - сварка оказалась наиболее успешной и надёжной. До сих пор такое было фактически недостижимо.

Но и это - не всё. Как уже сказано в «досье», аппарат самостоятельно тестирует качество каждой «линзы» и оценивает его в баллах, сохраняя полную информацию в файле отчёта. То есть создает достоверную и объективную картину качества проведённого ремонта и его соответствия заводским стандартам. Именно заводским, - ведь аппарат омо-логирован ведущими автопроизводителями и имеет встроенную ОЕМ-програм-му, позволяющую ремонтнику использовать из базы данных аппарата полную информацию по материалам в зоне сварки конкретной марки и модели автомобиля.

Это даёт возможность работать с полноценной технической поддержкой. Компания «Интерколор» - это единственный сертифицированный дистрибьютор Wielander + Schill на территории России. Интерколор проводит обучение работе на данном типе оборудования и осуществляет техническое обслуживание и при необходимости ремонт.

На фотографии рядом с графиками представлен типичный пример работы InvertaSpot GT. Это одна из стоек - передняя, средняя или задняя. Два слоя стали «узи-бор», и третий - более стандартная высокопрочная сталь. Толщина тоже типична, порядка 1,5 мм. Сварить их между собой достаточно трудно, ведь необходимо обеспечить монолитное соединение для различных составов сплава и условий прогрева.

Центральный слой будет получать совершенно иное воздействие, нежели крайние.

Как добиться высоко качества «линзы», то есть зоны соединения? Попытаться подобрать силу сжатия материалов, ток и длительность воздействия, наиболее подходящие для данного случая.

В аппаратах с Х-образными клещами проблемы «стартуют» с момента выбора режима. Ведь прижимающая сила в точке сварки заведомо не постоянна и зависит, что очевидно из правил элементарной механики, от плеча, - то есть длины электродов. Да и подаваемый ток не стабилен.

Даже мастер высокой квалификации не может определить качество сварной точки, выполненной сварочным аппаратом в каждом конткретном случае. Усилие на разрыв точки можно определить, только проведя необходимые исследования, а эта возможность отсутсвует у работников кузовных цехов. InvertaSpot GT осуществляет самостоятельный контроль процесса сварки, а соответственно и качественные показатели точки.

А продолжаются сложности в различных случаях по-разному, но одинаково неприятно. Здесь и громоздкий трансформатор, «выдающий» до 60 000 А, расходуемые на пять шестых (!) на потери, и силовые кабели, которые греются и собирают на себя весь металлический сор в помещении. И магнитные поля огромной мощности, далеко не полезные для здоровья людей.

InvertaSpot GT решает большую часть перечисленных проблем. Например, до появления аппарата Meredes допускал для ряда моделей в ремонте наиболее ответственных с точки зрения безопасности зон (стоек) лишь клейку и клёпку. Теперь же ситуация изменилась, разрешена сварка указанным аппаратом.

Более того, ряд производителей сейчас намерен серьёзно пересмотреть требования к оборудованию кузовного участка в сторону их ужесточения, поскольку безопасность и жизнь пассажиров - неоспоримый приоритет для них. С этой точки зрения ремонт, не создающий в дальнейшей эксплуатации потенциальных угроз, - достойная визитная карточка для любой компании, декларирующей стиль уважительного отношения к клиенту.

Издание: ПРАВИЛЬНЫЙ АВТОСЕРВИС
Оксана ДЕМЧЕНКО

Когда мы задумываемся о пассивной безопасности пассажиров в современном автомобиле, мы представляем ремень с преднатяжителем, подушки и шторки безопасности, мало кто назовёт кузов автомобиля, а точнее его конструкцию. Именно кузов автомобиля должен обеспечить защиту пассажиров при аварии, принять на себя весь удар и оставить цельным жизненное пространство экипажа.

До 40-х годов кузов (рама) в первую очередь считался только носителем агрегатов и узлов, а жёсткость кузова способствовала сохранению автомобиля и только позже 50-х годов прошлого века, когда скорость автомобилей значительно выросла, конструкторы задумались о безопасности пассажиров. Исследователи предложили новую концепцию построения автомобиля, где кузов разделили на несколько зон, сминаемые передняя и задняя части и капсула безопасности центральная, салон пассажиров. При аварии первые деформировались, поглощая энергию удара, что позволяет снижать перегрузки, которые могут испытать пассажиры, а заодно и избежать травмы связанные с деформацией салона.

Со временем, опираясь на анализ многочисленных краш-тестов, конструкторы серьёзно изменили конструкции зон безопасности и сминаемые участки, начали исследовать и применять новые материалы, комбинировать различные свойства стали в одной детали. Широкое применение нашли сверхвысокопрочные, высокопрочные и обычные стали, алюминий и композитные материалы.

Всё чаще конструкторы автомобилей применяют высокопрочные стали, которые в несколько раз прочнее обычного проката, их доля
доходит до 20-35 %.

СТАЛЬ

Рассматривая кузова современных автомобилей можно изучать металловедение. В новых автомобилях всё больше деталей из высокопрочной, ультравысокопрочной стали горячей штамповки, специального проката, алюминия с различным содержанием кремния или магния. Комбинации свойств металлов позволяют увеличивать прочность одних элементов или придавать запрограммированную сминаемость других.

Очень редко, технологии производства, возможно, применить в условиях ремонта

Улучшая структуру кузова, и увеличивая безопасность пассажиров, конструкторы задают новые задачи не только производителям автомобилей, но и многочисленным кузовным мастерским, в которые автомобили стремятся попасть после различных ДТП, для приобретения первозданной формы и внешности. В первую очередь, высокопрочные стали очень трудно править, резать и варить, порой для этого требуется специальный инструмент, имеющий не менее высокопрочные свойства, не отстающие от новых реалий. Со сваркой всё сложнее, технология производства специальных сталей не допускают перегрева деталей, что провоцирует перекос изделия или полное исчезновения первоначальных свойств. Производители автомобилей пошли разными путями, рекомендуя в ремонте использовать технологии и методы, используемые при производстве.

Сварка - пайка

Так большинство японских концернов используют метод полуавтоматической сварки пайки высокопрочной стали при низких темперах плавления проволоки медно-цинкового сплава. Для примера, сварка стальной проволокой в среде защитного газа СО2 проходит при температуре 1500-1600 градусов Цельсия, что полностью уничтожает все свойства особой стали. Сварка пайка производится при температурах ниже 900 градусов Цельсия, находясь в пределах от 860 до 890 градусов, при этом сварной шов такой находится в пределах прочности обычной сварки, а цинк, входящий в состав проволоки, соединяется с оцинковкой кузова, защищая сталь и сварной шов, от коррозии.

Контактная сварка клещами

Стандартом соединения деталей кузова автомобиля всегда считалась контактная сварка, по точкам которой, знающие автолюбители могли объявить, был ли автомобиль в аварии и какие детали были заменены. Но с применением новых сталей и способы контактной сварки изменились. Если совсем недавно, для сварки деталей хватало обычного трансформаторного аппарата контактной сварки до 5-6 тыс. ампер, то теперь условия диктуют новые правила. Аппарат контактной сварки обязан иметь клещи с пневматическим приводом, развивающие определённое усилие, ток сварки не менее 11-13 тысяч, специальный, определённого сечения кабель, с минимальным сопротивлением и с принудительным охлаждением жидкостью. Только в этом случае возможно соединение деталей современных кузовов из высокопрочной стали.

АЛЮМИНИЙ И КОМПОЗИЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Весной 1991 г. фирма Honda поставила на немецкий рынок партию легковых автомобилей Honda NSX с цельно алюминиевыми кузовами. Впрочем, тогда раскупили не так уж много машин, поскольку речь шла о спортивных моделях с кузовом купе. Тем не менее, появление серийных легковых автомобилей с алюминиевым кузовом свидетельствовало о наступлении новой эры в автомобилестроении.

В качестве примеров цельноалюминиевых автомобилей приведем Audi A8 и Jaguar XK. Заманчиво получить, как в случае с A8, автомобиль представительского класса весом, равным весу Audi A6 - седану классом ниже. Но создание кузова из алюминия сродни постройке самолета. Проблем тут гораздо больше, чем может показаться на первый взгляд. Алюминиевые сплавы плохо штампуются, свариваются только в среде инертного газа и гораздо лучше стальных аналогов передают вибрации. Для их скрепления в одном и том же автомобиле могут быть применены аргоновая сварка, клепка, склейка и даже болтовые соединения. Помимо этого помятое в результате ДТП алюминиевое крыло, часто, невозможно отрихтовать, а покраска легкосплавных деталей имеет массу технологических нюансов. В отличие от стальных конструкций в алюминиевых кузовах применяются не только листы, но и всевозможные профили (прямоугольные трубы, уголки), а также широкий ассортимент специальных литых деталей.

Первым в серийном производстве кузова стал применять алюминий концерн Audi>. Кузова его моделей A8, а затем и A2 сделаны полностью из алюминиевых сплавов

Алюминиевый кузов AUDIA8, созданный по технологии Audi Space Frame (ASF), весит всего 231 кг. Детали соединяют 1847 заклепок, 632 винта, 202 точки сварки, 25 метров швов газовой и 6 метров лазерной сварки, а также 44 метра клееных соединений.

Клепальные системы

В производстве автомобилей всё больше применяются высокопрочные стали, алюминий, магний, композиционные материалы.

Чтобы добиться определенных параметров, многие конструкторы проектируют кузова, сочетающие детали из разных материалов. Это позволяет использовать их положительные качества и обходить присущие им недостатки. Примером такой гибридной конструкции может быть кузов автомобиля Mercedes-Benz CL, при изготовлении которого применяется сталь, алюминий, магний и пластик. Сталь идет на каркас моторного отсека и днище багажного отделения, а также на отдельные элементы каркаса. Из алюминия изготавливают ряд наружных панелей и деталей каркаса. Из магниевого сплава делают каркас дверей. Передние крылья, крышка багажника выполняются из пластика. Как вариант возможна конструкция кузова, в которой каркас изготовлен из стали и алюминия.

Технологии сварки металлов с различными электрохимическими свойствами, в данном случае - стали и алюминия. Компания Honda Motor утверждает, что ей удалось добиться прочного соединения этих двух металлов, благодаря особому механизму сварки. Он подразумевает своеобразное «вкручивание» стальной части детали в алюминиевую часть под давлением. Это лишь общее описание принципа - исчерпывающих деталей компания не приводит. Итак, сталь и алюминий не свариваются между собой, тем более в условиях ремонта, мало того, металлы соединяют между собой только при наличии специальной изоляции, преимущественно при помощи заклёпок и резьбовых соединений. Если в непосредственный контакт с алюминием входит какой-либо другой металл, вследствие разных электрических потенциалов, между ними возникает гальваническая пара, что приводит к коррозии алюминия. Для соединения стали и алюминия используются специальные клеи, предотвращающие химическое разрушение материала.

XPress 800 - клепальное пневмогидравлическое устройство, с мощностью до 50кН, для заклепывания и расклепывания: самопроникающих заклепок, заклёпок FFR, вытяжных заклёпок, вытяжных заклепочных гаек и штамповки

05.02.2014 - 12:17

WorldAutoSteel – автомобильное подразделение Международной ассоциации производителей стали (World Steel Association) – обнародовало результаты реализации программы "FutureSteelVehicle" (FSV) в рамках проекта "Steel Solutions in the Green Economy" ("технологии стали в "зеленой" экономике"). Эта программа нацелена на разработку облегченных элементов стального кузова автомобиля, что дает возможность снизить вес машины почти на 40% и сократить выбросы углекислого газа в течение всего срока службы автомобиля на 70%.

"Зеленый" автомобиль для "зеленой" экономики

Проект WorldAutoSteel под названием FutureSteelVehicle ("автомобиль из сортов стали будущего") стартовал в 2007 году, однако наиболее интенсивно работы по нему начались только в последние годы. В его реализации принимают все члены WorldAutoSteel – 17 крупных металлургических компаний, в том числе, Anshan Steel, Arcelor Mittal, Baosteel, Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation, ThyssenKrupp, U.S. Steel, Severstal, POSCO и другие.

Главная цель программы – разработка специальных сортов стали, в результате применения которых массу кузова автомобиля можно будет сократить на 35-40% по сравнению с современными машинами. Это позволит уменьшить общий объем выбросов загрязняющих веществ в течение всего срока службы автомобиля на 70%. При этом, в полном объеме должны выполняются все требования к аварийной ударобезопасности машин (пять звезд по результатам краш-тестов) и долговечности корпуса, а снижение массы корпуса не должно повлечь за собой существенных финансовых и иных расходов.

Основными причинами, стимулирующими производителей снижать массу автомобиля, является американское и европейское законодательство, требующее выпускать машины, потребляющие меньше топлива, что можно сделать именно за счет уменьшения веса. Впервые потребление топлива было ограничено американским стандартом Corporate Average Fuel Economy (CAFE), принятым в 1975 году из-за нефтяного кризиса. С тех пор стандарты постоянно ужесточались, а другие регионы, в первую очередь ЕС, тоже стали вводить в действие аналогичные законодательные акты.

После принятия Киотского протокола уменьшение расхода топлива приобрело и экологическое значение. На транспорт сегодня приходится около 20% выбросов парниковых газов, а если учитывать и выбросы, связанные с производством топлива и электричества, потребляемого автомобилестроением, то эта доля еще выше. В то же время, уменьшение массы автомобиля сокращает потребление топлива и, следовательно, любых затрат ресурсов, связанных с его производством и использованием.

В ходе реализации программы FSV были разработаны оптимизированные элементы автомобильного кузова из особо высокопрочной стали (Advanced High-Strength Steel – AHSS) для четырех моделей автомобилей, коммерциализация которых намечена на период с 2015 по 2020 годы. Это, в частности, аккумуляторные электромобили (Battery Electric Vehicle – BEV) и гибридные автомобили с подзарядкой от электросети (Plug-in Hybrid Electric Vehicle – PHEV) классов А и В, а также автомашины типа PHEV и электромобили с топливными элементами (Fuel Cell Electric Vehicle – FCEV) классов C и D.

За счет использования стали AHSS предусматривается снижение веса при одновременном увеличении прочности таких основных узлов кузова автомобиля, как пороги, средние стойки, боковые и передние продольные элементы крыши, задние лонжероны и лонжероны переднего отсека, ребра жесткости колесных арок, а также элементы аккумуляторного отсека (электромобилей и гибридных машин), поглощающие энергию при лобовом столкновении. Высокопрочные стальные компоненты кузова играют важную роль в т.н. "управлении аварией", определяя, как автомобиль должен вести себя при аварии.

Для прочности важна и технология соединения отдельных частей автомобильного кузова. Замена точечной сварки современными технологиями соединения, в том числе лазерной сваркой и адгезионным связыванием (а также комбинацией адгезионного связывания и точечной сварки) позволяют создавать одновременно и более жесткие, и более легкие конструкции. По словам одного из авторов проекта FutureSteelVehicle Рона Крупитцера из American Iron and Steel Institute (AISI), все больше автомобильных компаний изучают возможность использования этих технологий для соединения высокопрочных сталей.

"При выполнении программы FutureSteelVehicle мы стремились эффективно использовать все преимущества стали в целом и Advanced High-Strength Steel в частности. Это, прежде всего, свобода выбора конструкционных и дизайнерских решений, прочность, пластичность и пригодность к формованию, относительно небольшая стоимость и невысокие промышленные выбросы. Хотя технологии и разработки в рамках FSV сфокусированы, главным образом, на электромобилях, сегодня у нас имеется широкий спектр сортов стали, которые могут быть использованы для уменьшения массы кузова и сокращения выбросов загрязняющих веществ для любого типа автомобиля", – говорит Джоди Шоу, директор подразделения технического маркетинга и исследований корпорации U.S. Steel, который осуществляет общее руководство проектом FutureSteelVehicle.

Главные преимущества

По его словам, можно выделить следующие семь ключевых результатов, которых удалось достичь в ходе реализации проекта FSV:

Автомобили, выполненные по технологии FSV, легки и очень эффективны в плане расхода топлива и снижения выбросов. Этого удалось достичь благодаря оптимизации форм и размеров деталей кузова за счет применения новых сортов стали.

Вес кузова аккумуляторного электромобиля (BEV), выполненного по технологии FSV, не превышает 188 кг, в то время как вес кузова современного легкового автомобиля составляет не менее 290 кг, то есть, он на 35% тяжелее, чем перспективная новинка.

Проект FutureSteelVehicle предусматривает использование более 20 новых сортов стали типа Advanced High-Strength Steel (особо высокопрочная сталь), которые будут производиться серийно и станут коммерчески доступными на рынке к 2015-2020 годам.

Портфель новых материалов проекта FSV включает такие новейшие сорта стали, как двухфазная сталь (Dual Phase Steel), ТРИП-сталь с пластичностью, обусловленной мартенситным превращением (TRIP), ТВИП-сталь с двойниковой индуцированной пластичностью, сталь со сложной микроструктурой (Complex Phase Steel), сталь горячего формования (Hot Formed Steel) и другие. Они по сравнению с обычными (конструкционными низколегированными) сталями обладают повышенной прочностью и одновременно пластичностью, что обеспечивают им преимущества в процессе штамповки и формования. В наибольшей степени данные свойства востребованы в современной автомобильной промышленности, поскольку обеспечивают большую свободу инженерам при выборе дизайна, оптимизации (снижении) веса и общей технологии производства автомобиля.

Кузова автомашин, выполненных по технологии FSV, отвечают самым строгим требованиям к ударопрочности автомобиля, принятым в мире, а в некоторых случаях даже превосходят их. Поэтому нет ничего удивительного в том, что по результатам краш-тестов автомобили FSV получают самый высокий рейтинг – пять звезд.

Изготовление компонентов кузова электромобилей из сортов стали типа AHSS дает возможность сократить общий объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в течение всего жизненного цикла автомобиля в соответствии со стандартами энергетической системы США на 56%. В Европе, где эта система и ее источники более эффективны, данный показатель может достигать 70%.

Существенное снижение массы кузова достигается без каких-либо существенных увеличений расходов на производство машин по сравнению с современными автомобилями.

"Все эти достижения, особенно в части существенного снижения массы автомобиля и оптимизации конструкторских решений, устанавливают новый стандарт проектирования автомобилей будущего. Кроме того, реализация проекта FutureSteelVehicle дает возможность значительно снизить выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, что особенно важно с учетом разработки и ввода в действие в ближайшее время новых экологических стандартов в большинстве развитых стран мира", – говорит директор подразделения WorldAutoSteel Сиз тен Брок.

По его словам, в последние годы основной упор на снижении массы автомобиля был сфокусирован на использовании алюминиевых компонентов. Однако применение особо высокопрочной стали (Advanced High-Strength Steel) ни в чем не уступает алюминию, поскольку этот сорт металла можно производить в очень и очень тонких толщинах, сохраняя при этом прочность как у мягкой малоуглеродистой стали, которая существенно выше, чем у обычной стали, используемой для выпуска автомобилей в последние два десятилетия. Все это дает возможность конструкторам легковых автомашин заменить обычный автолист сталью AHSS, существенно снижая при этом количество материала и вес кузова.

"Применение AHSS дает возможность уменьшить массу автомобиля по сравнению с современными машинами в целом на 39%, в то время как применение алюминия – лишь на 11%, хотя многие говорят, что эта цифра существенно выше и достигает 50%. Однако наши расчеты и практические исследования показали полное преимущество AHSS над алюминием, даже когда из последнего изготавливались отдельные элементы кузова в интересах снижения его массы. К тому же, алюминий существенно дороже стали, поэтому его использование значительно повышает стоимость автомобиля, от чего страдает, в первую очередь, конечный потребитель", – поясняет Брок.

По его словам, широкое применение Advanced High-Strength Steel, как показывают исследования и эксперименты, проведенные в рамках проекта FutureSteelVehicle, дает возможность существенно уменьшить общие выбросы парниковых газов на протяжении всего жизненного цикла автомобиля. Кроме того, проект FutureSteelVehicle – это весомый шаг на пути к "зеленой экономике" (Green Economy), которая представляет собой новую экономическую политику, основанную на неукоснительном соблюдении принципов экологической безопасности.

С точки зрения директора WorldAutoSteel Сиза тен Брока, значительное уменьшение выбросов углекислого газа автомобилями, построенными по технологии FSV с применением Advanced High-Strength Steel, позволяет в обозримой перспективе создать глобальный парк "зеленого транспорта", приоритетной чертой которого является радикальное повышение энергоэффективности. -- Русмет