Выбор материалов для автомобилестроения

Выбор материалов для автомобилестроения

 

Выбор материалов во многом зависит от навыков и опыта проектировщиков, хотя в настоящее время доступны базы данных материалов, которые могут помочь в этом процессе. Для успешного выбора требуются знания, понимание и опыт работы с широким спектром материалов.

Сталь, бетон, стекло и древесина остаются основными материалами для гражданского строительства. Автомобилестроители могут позволить себе рассмотреть более широкий спектр металлов, а также полимеры, композиты и некоторые керамические материалы. Инженеры-электрики и особенно инженеры-электронщики имеют гораздо меньше проблем с доступностью материалов. В процессе выбора материалов необходимо учитывать несколько факторов или движущих сил.

Характеристики материала должны соответствовать определенным требованиям. Необходимо сопоставить задачу, которую может выполнять компонент или устройство, с материальными ресурсами. Важно учитывать весь спектр требований к эксплуатации, которые могут возникнуть, например, механические нагрузки и режимы нагрузки, твердость, жесткость, гибкость и особенно вес конструкции транспортного средства, а также ряд физических свойств.  Затем их можно исследовать и сопоставить со свойствами и характеристиками требуемых материалов.

Для конкретных задач часто необходимы в различных комбинациях набор как определенных свойств, так и видов обработки. Чтобы повысить надежность и увеличить срок службы продукта придется учитывать электрическую, термическую или тепловую стойкость в связи с устойчивостью как к износу, так и к коррозии. Эти и другие требования теперь можно исследовать и протестировать с помощью компьютерного программного обеспечения. Особенно это касается пластиков и полимеров, так как позволяет проводить сравнения. Таким образом, выбор материалов можно сузить и сделать приемлемым.

Требования к качеству и стилю можно рассматривать как расширение требований к производительности. Такие факторы, как шум и вибрация, могут вызывать значительные отказы из-за истирания, которые могут быть значительными. Эстетические характеристики отделки поверхности, статического накопления, цвета, текстуры, ощущения и запаха, например, для кожаных сидений и деревянного шпона, также контролируются выбором и обработкой материалов.

Метод и масштаб производства компонента или продукта так же важны в процессе выбора материалов, как и рассмотрение требований к их поведению в эксплуатации. Эти факторы обработки важны для достижения максимального эффекта с экономичностью, точностью и высокими стандартами отделки. Таким образом, выбор материалов должен учитывать не только поведенческие факторы, но и влияние, преимущества и ограничения производственного процесса. Например, панель кузова автомобиля может быть изготовлена ​​из древесины, стали, алюминия или композита GRP. Не только внутренние свойства этих материалов будут отличаться, но и их изготовление в панели будет включать разные технологии.

Обычно поставщики предлагают материалы в стандартизированных исполнениях. К ним относятся проволока, круглый и квадратный пруток, пленка, уголки и другие экструдированные секции, гранулы, щепки и окатыши и, наконец, вязкие жидкости. Эти формы имеют стандартные размеры, которые были установлены практикой и спросом. Стандартизация, влияющая на количество и размер, теперь применяется к спецификации большинства типов материалов и компонентов. Нестандартные предложения по размерам и количеству увеличивают затраты.

Для крупных компаний, таких как заводы по сборке автомобилей, обычной практикой является сначала закупка материалов и компонентов, а затем их проверка на качество. Автопроизводители, такие как Ford, Rover, Nissan, известные как производители оригинальной продукции (OEM), в настоящее время сокращают количество собственных отделов проектирования и разработки для работы над новыми продуктами, такими как структурные узлы, сиденья и панели кузова. Эта работа теперь выполняется в сотрудничестве с поставщиками первого уровня, которые сами транслируют совместную работу вниз к поставщикам третьего и четвертого уровня, таким как производители сырья.

Такое одновременное проектирование вниз по цепочке поставок продукции позволяет OEM-производителям сосредоточиться на проблемах производства конечной продукции, а именно самого автомобиля, который должен будет удовлетворять всем требованиям клиентов.

Экономические и коммерческие факторы играют важную роль при проектировании транспортных средств. Цена компонента или изделия складывается из затрат на сырье, производство, маркетинг, транспортировку, установку, техническое обслуживание и прибыль.

Низкие затраты на материалы и производство позволят либо увеличить прибыль, либо обеспечить продажи по доступной рыночной цене. Не смотря на это при использовании правильных материалов и методов производства все равно должны соблюдаться технические требования к компонентам. Для аналогичных деталей автомобиля, таких как шины, необходимые технические характеристики могут сильно различаться, что приводит к использованию различных материалов и методов изготовления.

Так как шины могут использоваться для различной по классу и предназначению автомобильной техники, в этих приложениях используются как дорогостоящие, так и дешевые материалы, а также технологии ручной сборки и массового производства.

Требования законодательства различных стран влияют на выбор материалов для компонентов автомобиля. Это касается герметичности топливного бака, видимости через ветровое стекло, выбросов углекислого газа и оксидов азота, асбеста во фрикционных материалах и красках на основе растворимых компонентов и воды. Методы утилизации, стоимость утилизации отходов и экономическая необходимость вторичной переработки требуют серьезного подхода.

В то время как переработка отдельных компонентов, например, бамперов из сополимера полипропилена, относительно проста, переработка стартерных аккумуляторов, является более сложной задачей. В настоящее время разрабатывается и то, и другое. Задача состоит в том, чтобы спроектировать систему вторичной переработки, а также производства и поведения в процессе эксплуатации.

Анализ жизненного цикла и общего энергопотребления компонента транспортного средства на протяжении всего срока его службы и при его повторном вводе в транспортное средство выявляет некоторые очень интересные проблемы.

Все эти факторы, влияющие на выбор материалов, и являются сложной задачей для технолога по материалам.  Опыт, накопленный в ходе тестирования и эксплуатации материалов, помогает повысить эффективность выбора материалов и конструктивных решений для конкретного компонента. Окончательный выбор материалов часто является компромиссом. В одних случаях доминирующую роль играют функциональные требования, в то время как в других случаях основными факторами могут оказаться стоимость или законодательство. Только после сбора всей информации можно принять взвешенное решение по материалам. Редко существует одно решение при их выборе.

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *