تهیه انواع ورق مورد استفاده در بدنه خودرو از مرکزآهن

رپورتاژ: در سراسر جهان، تولیدکنندگان خودرو به دنبال راهی هستند تا بتوانند مصرف خودروها و تکثیر گازهای مضر ناشی از آن ‎‌ها را تا حد امکان کاهش دهند. ادغام آخرین تکنولوژی ‌های موجود در حوزه‌ های علوم و مهندسی می ‌تواند موقعیت مناسبی برای رسیدن به نتایج دلخواه در تولید بدنه ‌های سبک ‌وزن در اختیار تولیدکنندگان قرار دهد. در این مقاله با در نظر گرفتن کاربردهای مثال‌ زدنی ورقه‌ های نازک فلزی در صنعت خودروسازی و همچنین پیچیدگی تولید قسمت ‌های مختلف بدنه خودرو، به بررسی ورق مورد استفاده در بدنه خودرو و تاثیر قیمت ورق آهن بر قیمت نهایی خودرو خواهیم پرداخت.

ضرورت انتخاب مناسب ‌ترین مواد اولیه برای ساخت ورق مورد استفاده در بدنه خودرو

امروزه، توسعه و اعمال مواد اولیه جدید در صنعت خودروسازی، به ‌ویژه برای بدنه خودرو، با توجه به نیاز عموم مردم، جلوگیری از هدر رفتن منابع اقتصادی و انرژی و  همچنین امنیت سرنشینان انجام می‌ شود. از این‌ رو، در سال ‌های اخیر، تولیدکنندگان با استفاده از مواد و مصالح جدید اقدام به تولید بدنه ‌های مقاوم و سبک نمودند. برخی از مواد اولیه برای ساخت ورق مورد استفاده در بدنه خودرو عبارتند از: ورقه ‌های فلزی ساخته ‌شده از فولاد پراستحکام (HSS)، ورقه ‌های فلزی آلومینیوم (Al)، ورق گالوانیزه ، ورق آلیاژی ساخته ‌شده از تیتانیوم و آلیاژهای آن، مواد کامپوزیت و فشرده و غیره.

صنعت مدرن خودروسازی با در نظر گرفتن اهداف زیر به تولید ورق مورد استفاده در بدنه خودرو می ‌پردازد:

• معرفی ورقه‌ های فلزی آلومینیومی
• افزایش کاربرد و استفاده از ورق ‌های فلزی پراستحکام
• افزایش استفاده از ورق ‌های فلزی با پوشش روی (ورق گالوانیزه)
• کاهش تعداد قطعات استفاده ‌شده در بدنه خودرو (قسمت ‌های پرس‌ شده)
• کاهش تعداد ابزار مورد استفاده برای تولید قطعات بدنه
• افزایش کاربرد و استفاده از قطعات جوشکاری ‌شده
• ضرورت تولید محصول با بهترین کیفیت و کمترین نقص
• ضرورت تولید قطعات خارجی پرس ‌شده با باکیفیت ‌ترین سطح ممکن
• کاهش هزینه‌ ها

 

به ‌طور کلی، ۲۳% از وزن یک خودرو به بدنه اختصاص می ‌یابد. پس می ‌توان گفت کاهش وزن بدنه خودرو تأثیر بسزایی بر کاهش وزن کلی خودرو خواهد داشت. بنابراین بهترین راه برای کاهش وزن خودرو، اصلاح ساختار بدنه و جایگزین کردن مواد اولیه کلاسیک با مواد سبک می‌ باشد. این مسئله علاوه بر کاهش وزن، استحکام را افزایش داده و موجب کاهش مصرف سوخت خودرو، افزایش فضای داخلی و راحتی بیشتر خودرو نیز می‌ شود.

مهم ‌ترین مواردی که باید در زمان انتخاب ورق مورد استفاده در بدنه خودرو به آن‌ ها توجه کرد عبارتند از: قیمت ورق ، ثبات، کیفیت، ویژگی ‌های کاربردی (وزن کم، استحکام و مقاومت در برابر خوردگی)، امکان تولید انبوه (شکل ‌پذیری، جوشکاری، امکان نصب آسان، امکان اصلاح روش تولید)، کاهش ضایعات و بازیافت.

انواع ورق مورد استفاده در بدنه خودرو

در این بخش به بررسی سه نوع ورق مورد استفاده در بدنه خودرو خواهیم پرداخت. این ورق‌ های فلزی عبارتند از: ورق‌ فلزی پراستحکام، ورق آلیاژی آلومینیوم و ورق‌ لمینت فلزی-پلاستیکی.

• ورق‌ فلزی پر استحکام

ورق ‌های فلزی پر استحکام کاربردهای بسیاری در صنعت مکانیک و مهندسی دارند. زیرا این ورق ‌ها، علاوه بر سختی بالا، می ‌توانند وزن سازه و محصول را کاهش دهند. استفاده از ورق ‌های پراستحکام در بدنه خودرو می ‌تواند موجب افزایش مقاومت بدنه، وزن کمتر و عملکرد بهتر خودرو در زمان پشت سرگذاشتن آزمون ‌های استاندارد (از جمله تجمع انرژی در زمان برخورد، راحتی مسافرین در حین نوسان خودرو و غیره) شود.

ورق پراستحکام برای اولین بار در دهه هفتاد میلادی به‌ عنوان پاسخی برای مشکل انرژی، مورد استفاده قرار گرفت. این ورق از آن زمان تاکنون کاربردهای فراوانی در صنعت خودروسازی، به‌ ویژه در ژاپن، داشته است. تخمین‌ ها نشان می ‌دهند که با افزایش میزان ورق پراستحکام به عنوان ورق مورد استفاده در بدنه خودرو از ۲۰% تا ۴۳%، در حدود ۱۰ تا ۲۰% از وزن خودرو کاهش می ‌یابد. از این ورق‌ ها برای ساخت قطعاتی استفاده می ‌شود که نسبت کرنش زیادی نیاز ندارند (مانند گلگیرها، کاپوت و غیره). همچنین در مقایسه با مواد اولیه سنتی، شکل ‌پذیری ورق ‌های پراستحکام دشوارتر است و قیمت بیشتری دارند.

• ورق‌ فلزی آلیاژ آلومینیوم

ورق‌ مورد استفاده در بدنه خودرو که از آلیاژهای آلومینیوم هستند، معمولاً در سه دسته قرار می ‌گیرند: Al-Cu (سری ۲۰۰۰(، Al-Mg (سری ۵۰۰۰) و Al-Mg-Si (سری ۶۰۰۰). وزن کم، مقاومت در برابر خوردگی و امکان بازیافت، از جمله مهم‌ ترین ویژگی های این ورق‌ ها هستند. همچنین از دیگر ویژگی ‌های ورق آلیاژ آلومینیوم می‌ توان به قدرت کشش و قدرت تسلیم کمتر (در مقایسه با فولاد)، قابلیت ارتجاعی کمتر (در مقایسه با فولاد)، کشیدگی کم، ضریب ناهمسانگری پایین (زیر ۱) و آسیب ‌پذیری سطح اشاره کرد.

امروزه شاهد خودروهایی هستیم که تمامی قطعات بدنه آن ‌ها از آلیاژهای آلومینیوم ساخته ‌شده است (آئودی A8 و A2؛ مزدا AZ550، پورش EXP، هوندا NS-X و غیره). بر اساس اطلاعات موجود، در سال ‌های پیش رو میزان آلومینیوم استفاده‌ شده در هر خودرو از ۷۰ تا ۱۲۰ کیلوگرم برای کل وسیله نقلیه به ۵ تا ۳۰ کیلوگرم به ‌عنوان ورق مورد استفاده در بدنه خودرو افزایش‌ خواهد یافت.

در برخی آلیاژهای آلومینیوم، شاهد خطوط لودر در زمان تولید هستیم که تأثیر به ‌سزایی بر کیفیت سطح قطعات تولید شده دارند. از این ‌رو بهتر است از این مواد در ساخت قطعات داخلی بدنه خودرو استفاده شود. همان ‌طور که می ‌دانید، شکل ‌پذیری آلیاژهای آلومینیوم در مقایسه با فولاد، کمتر است. برای بررسی میزان شکل ‌پذیری این ماده می ‌توان به ویژگی ‌های مکانیکی، نتیجه آزمون ‌های مربوط به کشش عمیق، نمودارهای حد شکل ‌گیری، نتیجه آزمون ‌های تشخیص نقص و غیره مراجعه کرد.

• ورق‌ لمینت فولاد- پلاستیک

ورق‌ های لمینت فولاد-پلاستیک (مواد فشرده و کامپوزیت) از جمله گزینه ‌های مناسب برای تولید ورق‌ مورد استفاده در بدنه خودرو هستند. با در نظر گرفتن ضخامت، می‌ توان این ورق ‌ها را به دو دسته تقسیم کرد: ورق‌ های سبک (مناسب برای کاهش وزن بدنه) و ورق ‌های مناسب برای کاهش ارتعاش و لرزش خودرو. ورق ‌های دسته اول می ‌توانند تا ۳۰% از وزن بدنه را کاهش دهند. بین ورق ‌های دسته دوم نیز نوعی مواد پرکننده الاستیک قرار دارد که موجب کاهش لرزش می ‌شود. معمولاً از موادی چون پلی ‌پروپیلن، نایلون یا پلی ‌اتیلن به ‌عنوان پرکننده استفاده می‌ شود.

برای ساخت بسیاری از قطعات خودرو می ‌توان از مواد لمینت با شرایط استاندارد و متناسب با ورق‌ مورد استفاده در بدنه خودرو بهره برد. با این حال، افزایش نیروهای نگه ‌دارنده ورق می ‌تواند موجب ترک‌ خوردگی شود. علاوه بر این، نوع ماده پرکننده، ضخامت ورق و قدرت محل اتصال از جمله عواملی هستند که می ‌توانند منجر به انحنا و پیچش ورق مورد استفاده در بدنه خودرو شوند.

تولید ورق مورد استفاده در بدنه خودرو

پیشرفت و توسعه نرم‌ افزارهای کامپیوتری و روش‌ های جدید شکل ‌دهی، از جمله جوشکاری با لیزر و غیره، موقعیت مناسبی برای بهبود تولید بدنه خودرو ایجاد کرده است. روش ‌های سنتی تولید بدنه خودرو، از جمله جوشکاری نقطه ‌به ‌نقطه قطعات مختلف، جای خود را به جوشکاری با لیزر داده ‌اند. به گونه ‌ای که اکنون قطعات مختلف با ضخامت‌ ها و مواد اولیه مختلف را می ‌توان با استفاده از این روش و به بهترین شکل به یکدیگر متصل کرد. هرچند در این روش، از ابزار کمتری برای کشش عمیق و کوبش قطعات استفاده می ‌شود، اما ابزارهای مختص این روش، پیچیده ‌تر هستند. علاوه بر این، عوامل زیر موجب پیچیدگی هرچه بیشتر پارامترهای شکل ‌پذیری ورق‌ مورد استفاده در بدنه خودرو خواهند شد:

• ویژگی مکانیکی مواد اطراف نقطه ‌جوش تغییر خواهند کرد، زیرا سختی جوش سه برابر مواد دیگر است.
• در زمان شکل‌ دهی ورق‌ مورد استفاده در بدنه خودرو با ضخامت ‌های مختلف، شرایط مربوط به تریبولوژی (بررسی بر هم کنش سطح) در نقطه نگه ‌داری ورق از اهمیت ویژه ‌ای برخوردار خواهد بود.
• نقطه‌ جوش باید با در نظر گرفتن جهت جریان فلز انتخاب شود.

از آنجایی که ورق‌ مورد استفاده در بدنه خودرو به شکل ‌ها و طرح‌ های مختلف تولید می ‌شود، معمولاً برای جلوگیری از هرگونه ناهماهنگی، از یک نرم‌ افزار کامپیوتری برای تعیین نیروی نگه ‌دارنده ورق ‌ها استفاده می ‌شود.

به طور کلی انواع ورق‌ مورد استفاده در بدنه خودرو به سه دسته ورق ‌های پراستحکام، ورق ‌های آلیاژ آلومینیوم و ورق ‌های لمینت تقسیم می‌ شود. تولیدکنندگان خودرو باید با در نظر گرفتن ویژگی‌ های منحصر به ‌فرد این ورق‌ ها، بهترین و مقرون ‌به ‌صرفه ترین گزینه را انتخاب کنند. به ‌علاوه، نوع ورق مورد استفاده در بدنه خودرو تأثیر بسزایی بر وزن و در نتیجه بر سوخت مصرفی خودرو خواهد داشت. از این ‌رو می ‌توان گفت ورق ‌های لمینت (فشرده و کامپوزیت) و ورق ‌های آلومینیومی جایگزین مناسبی برای ورق ‌های سنتی فولادی هستند. توجه داشته باشید که نوع آلیاژ مصرفی در ورق‌ مورد استفاده در بدنه خودرو می ‌تواند بر ویژگی ‌های ورق تأثیر گذاشته و برخی ورق‌ های آلومینیومی را تنها به گزینه ‌ای برای ساخت قسمت ‌های داخلی خودرو تبدیل کند.