Композитная рама для автомобиля

Композитные материалы в автомобилестроении

Композитные материалы в автомобилестроении

posted by: webmin 18.01.2016 Комментариев нет

Развитие автомобильной промышленности, повышение требований к качеству и безопасности используемых материалов требует создания и применения новых форм. Материалы из углеволокна наиболее полно отвечают современным требованиям, так как обладают рядом уникальных характеристик и демонстрируют наилучшее соотношение цены и качества.

Композитные материалы для автомобилей заметно потеснили на рынке привычный металл. Причём не только сталь, но и алюминиевые сплавы, которые до недавнего времени считались во всех отношениях лучшими. В настоящее время композиционные материалы используются при создании практически любого узла автомобиля. Выпускают даже концепт-кары, корпус которых целиком состоит из композитов.

Композиты в автомобилестроении

Композиционные материалы и изделия на основе непрерывных волокон и армирующих тканей широко используются для производства внешних деталей автомобиля. Чаще всего из них делают:

• Силовые конструкции – силовые структуры дверей и сидений, защитные элементы днища.
• Элементы крепления бамперов и радиаторов.
• Декоративные элементы – декоративные панели салона, внешние декоративные панели.
• Крышки багажников, кузовные панели, тормозные диски, элементы кузова, термо- и звукоизоляцию.

Всё чаще кузова многих типов машин (в том числе тяжёлых грузовиков) полностью создаются из лёгких, прочных и недорогих углепластиков.

Углепластик в автомобилестроении

Композитные материалы для автомобилестроения – это в первую очередь продукция из углеродного волокна. Она используется в автомобилестроении уже много лет, и с каждым годом объём его применения растёт. Наиболее важное преимущество углеволокна — небольшой вес и высокая прочность. Углепластик в 5 раз легче стали и в 1,8 раза легче алюминия. Использование композитов в автомобилестроении позволяет снизить массу транспортного средства на 20-25%. За счёт этого заметно повышается эффективность работы двигателя и снижается расход горючего.

Углеродные волокна производят из синтетических и природных волокон на основе полимеров. В зависимости от режима обработки и исходного сырья получают материалы разной структуры и с разными свойствами. В этом заключается главное преимущество композитных материалов. Их можно создавать с изначально заданными свойствами под определённую задачу.

Карбон в автомобилестроении

По прочности карбон превосходит сталь (чёрный металлопрокат) в 12,5 раз. Когда мы говорим «карбон», то вспоминаем, конечно, капоты тюнинг-каров. Сейчас нет ни одной кузовной детали, которая не была бы сделана из карбона. Из него изготавливают не только капоты, но и крылья, бампера, двери и крыши. Факт экономии веса очевиден. Средний выигрыш в весе при замене капота на карбоновый составляет 8 кг. Впрочем, для многих главным будет тот факт, что карбоновые детали практически на любой машине выглядят очень стильно.

Углеродное волокно для автомобилей широко применяется в гоночной одежде. Это карбоновые шлемы, ботинки с карбоновыми вставками, перчатки, костюмы, защита спины и. т. д. Такая экипировка не только хорошо смотрится, но и повышает безопасность и снижает вес костюма (очень важно для шлема). Особой популярностью карбон пользуется у мотоциклистов. Самые продвинутые байкеры одевают себя в карбон с ног до головы.

Развитие технологии в автомобилестроении в первую очередь связано с развитием автоспорта. Наблюдая технический прогресс в области развития и применения композиционных материалов, можно уверенно сказать, что в ближайшем будущем появятся серийные автомобили с полностью композитным кузовом и многими узлами и агрегатами.

В Екатеринбурге производством композитных материалов и конечных изделий для автомобилестроения занимаются компании, входящие в холдинг «Композит». Мы предлагаем одно- и двунаправленные, а также мультиаксиальные ткани, препреги, готовые изделия из композиционных материалов. Получить консультацию и заказать необходимое количество изделий вы можете по телефону +7 (343) 302-06-26.

Источник статьи: http://ktzcomposit.ru/responsible-to-environment/

Новые композитные материалы в автомобиле — применение конструкции

Активное внедрение новых композитных материалов в автомобиль, во все отрасли мировой экономики не обошло стороной и машиностроение. Научный и инженерный состав всех известных автомобильных производителей ведет интенсивные изыскательские работы по замене традиционных изделий высокотехнологичными инновационными аналогами с усиленными прочностными качествами и меньшей плотностью. Современный автомобиль включает в себя множество деталей и агрегатов, произведенных из высокотехнологичных полимерных композиционных материалов (ПКМ), сложных сплавов и т.д.

Продуценты автокаров тесно сотрудничают с горно-металлургическими, химическими и иными компаниями, а также отраслевыми НИИ. Основная цель – использовать достижения науки и техники для усиления физических и механических качеств конструкционных узлов, и снизить вес автомобиля.

Большинство совместных проектов связано с применением в автомобильной индустрии на основе полимерных композитных материалов. Так, концерн Ford совместно с химической компанией DowAksa и американским центром инноваций реализует крупный проект по созданию принципиально нового средства передвижения с улучшенными эксплуатационными характеристиками. Идея основана на широком использовании в авто углеродных волоконных композитов.

Видео о композитных материалах автомобиля

Первые позитивные результаты уже нашли отражение в Ford GT. Эксперты отмечают улучшенную управляемость и быстрый разгон машины, чего трудно добиться без придания отдельным компонентам повышенной гибкости и жесткости. Из углепластика изготовлен кузов. Колесные диски представлены специальными алюминиевыми сплавами. Это дало возможность снизить вес болида на 12%. Всего же концерн предполагает уменьшить вес крупногабаритных кроссоверов на 300 кг. Нано материалы использованы в автомобильной краске, что предотвращает поверхность от царапин и мелких сколов.

Ставку на углеродное волокно и алюминий делает также концерн Mercedes. Они внедряются для замены стальных компонентов. Из них изготавливаются корпуса моторов, несущей системы балочной конструкции, В обновленной серии SL65 Black Series благодаря нововведениям масса кара сократилась почти на 170 кг. Это позволило повысить эффективность автомобиля в целом.

Специалисты автомобильного гиганта Audi также много внимания уделяют расширенному применению в своей продукции полимерным композиционным материалам. Так, они намерены все пружины выполнять из особо прочных стекловолоконных полимеров. Новые разработки только этих компонентов приведут к снижению веса пружин на 40%, а машины — на 5 кг. Уменьшится расход топлива. Помимо стекловолокна изделия будут включать углеродные пластики, алюминиевые сплавы.

Сейчас новые конструкционные материалы проходят апробацию на средних седанах, но в скором времени из них предполагается изготавливать пружины для тяжелых грузовиков, работающих в условиях повышенных нагрузок. Они нуждаются в особой прочности, эластичности и жесткости. С этой задачей по силу справиться скрученным стекловолокнам, усиленным эпоксидной смолой и другими компонентами. Пружины из сложных высокотехнологичных полимерных композиционных материалов в отличие от стальных не подвержены коррозии, нейтральны к реагентам и химикатам, используемым на мойках. Помимо этого, они экономичнее в изготовлении, так как менее энергетически затратные. Для их выпуска не нужны большие мощности со сталеплавильными печами, а достаточно небольших цехов.

Nissan также предполагает снизить вес автомобилей. Для Infiniti Q50 уменьшение составит примерно 15%. Этого показателя производитель планирует добиться за счет применения новых стальных сплавов. Улучшение их эластичности и прочности позволит внедрять более тонкие материалы по сравнению с ныне используемыми стандартными товарами.

Производители автомобильных компонентов также активно работают над разработкой материалов с заданными свойствами. Сталелитейная компания ArcelorMittal разработала с использованием нанотехнологий новый стальной сплав, который при сохранении потребительских свойств способен уменьшить расход материала на изготовление конструкций. В среднем для внедорожника снижение веса может составить от 80 до 90 кг.

Toyota активно заменяет в автомашинах медные электрические провода на изделия из специальных алюминиевых сплавов. Они обладают повышенными токопроводящими свойствами. Снижение веса авто при этом составит от 6 до 14 кг.

Высокотехнологичные полимерные композиционные материалы задействованы в дизайнерском оформлении транспортных средств. Из них производится обшивка салона. Помимо декоративных целей новые материалы также нацелены на сокращение веса авто.

Источник статьи: http://remontpeugeot.ru/avtozhizn/novye-kompozitnye-materialy-v-avtomobile-primenenie-konstrukcii.html

Композитные материалы в тюнинге

В настоящее время композитные материалы повсеместно используются в автотюнинге — начиная от замены штатных кузовных элементов, заканчивая изготовлением мировыми тюнинг-ателье всех силовых конструкций (кузов, рама, колесные диски и т.д.). Стремление использовать композитные материалы в тюнинге обусловлено желанием подчеркнуть индивидуальные особенности авто, а также необходимостью снизить его вес при сохранении прочности.

Что собой представляют композитные материалы? Полимерные соединения углепластиков и являются композитными материалами, к которым относятся известные практически каждому автолюбителю материалы — карбон и кевлар. Карбон — материал, образованный соединением углеродсодержащей ткани с полимерными (эпоксидными) смолами. Кевлар же получается соединением тех же смол с пара-арамидной тканью.

Достоинства и недостатки композитных материалов

1. высокая прочность (изделия из композитных материалов не уступают по своей прочности легированной стали);
2. малый вес (аналогичная деталь, изготовленная из композитного материала на порядок легче детали, изготовленной из металла).
недостатки:
1. высокая стоимость и технически сложный процесс изготовления, стали причиной высокой стоимости материалов;
2. низкая точечная ударопрочность, характерная в большей степени для карбона, может привести к быстрому износу (повреждению) детали в целом;
3. гигроскопичность (впитывание влаги), может являться одной из возможных причин преждевременного износа деталей из композитных материалов;
4. токсичность паров, образующихся при соединении смол и армирующих тканей, вне сомнений, влияние на человека готовых изделий подлежит дополнительному изучению;
5. многослойность готовых изделий привела к главному недостатку изделий из композитных материалов — не ремонтопригодности ввиду невозможности восстановления поврежденных слоев материала.

Появление дефектов в процессе производства (трещины, воздушные раковины, инородные тела) может вызвать преждевременный износ, расслоение изделия.

Где используются в автотюнинге

Чаще всего композитные материалы используются для изготовления кузовных элементов (капот, багажник, реже — крыша и двери). При отсутствии ограничений финансовых возможностей, «брендовые» тюнинг-ателье (Liberty Walk, Technical & Elegant, Carrozzeria Zanas, и т.д.) готовы изготовить все детали кузова из композитных материалов, чаще всего из карбона. Однако сложность и точность работ (все должно быть рассчитано и выверено до десятых долей миллиметра) приведет к баснословной цене автомобиля.

Композитные материалы могут применяться для изготовления несущих рам (кузовов) автомобилей — монококов. Ярким примером такого производства являются серийные автомобили Lamborghini Aventador LP700, Porsche Carrera GT, Porsche 918 Spyder, McLaren P1, Alfa Romeo 4C и т.д.
Как правило, все кресла водителей (пилотов) спорткаров изготовлены с применением уже известных композитов.

Довольно часто композитные материалы используют для изготовления элементов аэродинамического обвеса — спойлеры, диффузоры, антикрылья.
При легком стайлинге из карбона (реже-кевлара) изготавливают корпуса боковых зеркал, лючки бензобаков, штатные спойлеры, дверные карты, дверные ручки, панели салона, ручки переключения скоростей, крышку блока цилиндров и т.д.

Новацией в мире автомобилестроения стало изготовление мировыми производителями автомобилей и аксессуаров к ним деталей к серийным автомобилям из композитных материалов, изготовление которых раньше считалось невозможным, например, колесные диски, тормозные диски, пружины амортизаторов, бензобаки и т.д.

Развитие передовых технологий и химической отрасли подарило нам уникальные материалы — композиты, применение которых в определенных отраслях производства (авиа, судо, автомобилестроении и т.д.) позволило добиться грандиозных успехов за счет улучшения характеристик изделий.

Источник статьи: http://avtoservicevpeterburge.ru/stati/kompozitnye-materialy-v-tyuninge/

Почему за авто из композитных материалов – будущее

Компания BMW уже несколько лет производит компактный электромобиль i3, ставший первым массовым серийным авто, кузов которого сделан из композита. Пока что углепластиковый автомобиль – недешевое удовольствие, но в будущем именно композиты имеют все шансы стать главным материалом в автомобильной промышленности.

Низкая плотность

Одним из главных козырей композитных материалов является их низкая плотность. Кубический сантиметр углепластика или стеклопластика весит до 2 грамм. Это примерно в 4 раза меньше, чем у стали, в 2,5 раза – титана, и на 35% — алюминия. При равной толщине стенок, деталь из композитного материала будет намного легче металлической.

Снижение веса конструкций особо актуально для покоряющих рынок электромобилей. Чем больше лишней массы смогут убрать конструкторы – тем больше груз батарей можно разместить на борту. Даже экономия 100 кг веса уже сейчас позволяет добавить 25 кВтч полезной емкости аккумулятора, обеспечивающих примерно +100 км пробега.

Высокая устойчивость к нагрузкам

Обладая малой массой, композитные материалы, при этом, отличаются высокой прочностью. Их удельная прочность превышает таковую у стали и алюминия. Благодаря этому автомобиль, сделанный из композитов, получится значительно легче стального, при схожем уровне надежности.

Тест карбоновой ткани на растяжение (1 Н = 0,102 кгс)

Детали, не имеющие несущих или защитных функций, такие как крылья, капот, бамперы, плоскость крыши уже сейчас можно смело делать из композитов. С элементами, теоретически подверженными ударным нагрузкам, есть определенные нюансы, но они не выглядят неразрешимой проблемой и в будущем устранимы.

Гибкость подхода к конструированию

Современные технологии уже позволяют наладить серийный выпуск деталей сложной формы из композиционных материалов. При этом, свойства используемого материала (углепластик, стеклопластик, иные композиты) можно задавать, отталкиваясь от требований к производимому изделию. Конечно, многие металлы позволяют то же самое, но с композитами пространства для маневра больше.

Параллельно используя композиты разного рода и металлы, инженеры могут экономить в одном месте, но без ущерба другому. Облегчив неответственный узел путем его изготовления из недорогого материала, можно усилить другой, сохранив при этом баланс между весом конструкции и ее надежностью.

Так как композит – это не обязательно стеклоткань или ткань из углеволокна, покрытая пластиком, инженерам есть где развернуться. Никто не запрещает производить металлосодержащие композитные материалы, сочетающие нужные свойства и металлов, и полимеров. Используя компьютерное моделирование при создании несущих узлов, можно сохранить практическую прочность детали, аналогичную металлической, но сделать ее легче.

Электронейтральность

Хоть и небольшим, но преимуществом для электромобилей является электрическая нейтральность множества композитов. Отсек для аккумуляторов, выполненный из полимерного материала, не требует дополнительной изоляции с целью предотвращения замыканий. Это также способствует снижению массы ответственных элементов в угоду повышению емкости аккумуляторов.

Коррозионная стойкость

Детали из композитов не ржавеют под воздействием воды и кислорода. Современные полимеры, используемые при их создании, обладают высокой устойчивостью к химическим и физическим воздействиям. А что может быть лучше, чем кузов, который не пойдет «рыжиками» и не начнет гнить за 5 или 10 лет эксплуатации в суровых условиях.

Недостатки композитных материалов

Помимо преимуществ, имеются у композитов и минусы. Применение таких материалов в автопроме ограничивают, главным образом, два фактора. Во-первых, многие армированные полимеры боятся ударных нагрузок. Карбоновая труба, выдерживающая огромные усилия на сжатие или растяжение, может треснуть от удара обычным молотком. Второй недостаток – дороговизна, детали из стали и алюминия пока что обходятся существенно дешевле.

Вопрос цены является временной проблемой, так как он характерен для многих новых и развивающихся технологий. Когда-то и алюминий был, в прямом смысле, на вес золота, а сейчас это один из самых доступных металлов. Со временем, по мере развития технологий, стоимость производства высококачественных деталей из композитов неминуемо снизится, сделав их конкурентоспособными.

Устойчивость к ударным нагрузкам – главная проблема для авто из композитов, так как от нее сильно зависит и надежность, и безопасность. Никому не нужна машина, кузов которой пойдет трещинами при въезде в выбоину, а в серьезном ДТП расколется на части. Именно это и сдерживает выпуск карбоновых авто.

Но не все композиты одинаковы, и если использовать для каждого узла самый подходящий вариант, прибегать к модульным решениям (чтобы при разрушении одной части другая уцелела) – значимость проблемы существенно снизится. Ведь если большинство металлических авто, при лобовом столкновении, требует очень трудоемкого восстановления (не всегда возможного и целесообразного), то с композитами можно сделать, чтобы передок ломался, поглощая энергию удара, но «капсула» салона оставалась целой. Учитывая, что современные машины не очень-то хорошо поддаются ремонту после больших ДТП, разница в ремонтопригодности может оказаться в пользу модульного композитного автомобиля.

Локальное усиление тоже позволяет бороться с негативными свойствами композитов. Как уже упоминалось, переход на них вовсе не означает отказ от металлов. Напротив, у инженеров появляется больше возможностей для комбинирования материалов. Так что даже тот факт, что элементы «внешки» из легких и дешевых материалов останутся хрупкими (бамперы или крылья уже сейчас мнутся и трескаются только так), не означает, что то же самое будет и с кузовом.

Бесспорно, в ближайшие десятилетие-два нас ждет преобладание металлических авто над композитными. Но так как старт процессу уже дан, освоение новых композиционных материалов ведется все активнее, а технологии движутся вперед – в будущем инновационные подходы к конструированию гарантируют транспорту в неметаллических кузовах много места под солнцем.

Источник статьи: http://zen.yandex.ru/media/hyperu/pochemu-za-avto-iz-kompozitnyh-materialov—buduscee-5c88c8a5d2fa8100b4ef27cc