De què estan fetes les carrosseries del cotxe

En desenvolupar un nou model de cotxe, cada fabricant intenta augmentar la dinàmica dels seus productes, però al mateix temps no privar el cotxe de seguretat. Tot i que les característiques dinàmiques depenen en gran mesura del tipus de motor, la carrosseria del cotxe té un paper important. Com més pesat sigui, més esforços farà el motor de combustió interna per accelerar el transport. Però si el cotxe és massa lleuger, sovint té un efecte negatiu sobre la càrrega aerodinàmica.

En fer els seus productes més lleugers, els fabricants s’esforcen per millorar les propietats aerodinàmiques del cos (què és l’aerodinàmica, es descriu a una altra ressenya). La reducció del pes del vehicle es realitza no només a causa de la instal·lació d’unitats fabricades amb materials d’aliatge lleuger, sinó també a causa de les parts del cos lleugeres. Esbrinem quins materials s’utilitzen per fabricar carrosseries de vehicles, així com quins són els avantatges i els inconvenients de cadascun d’ells.

Prehistòria de carrosseries de cotxes

La carrosseria d’un cotxe modern no es presta menys atenció que els seus mecanismes. Aquests són els paràmetres que ha de complir:

1. Durador. En cas de col·lisió, no ha de ferir persones a l’habitacle. La rigidesa torsional ha de garantir que el cotxe mantingui la seva forma quan circuli per terrenys irregulars. Com més petit sigui aquest paràmetre, més probable és que el marc del cotxe es deformi i el transport no sigui adequat per a una operació posterior. Es presta especial atenció a la resistència de la part frontal del sostre. L'anomenada prova de "moose" ajuda el fabricant d'automòbils a determinar la seguretat del cotxe en colpejar un animal alt, com ara un cérvol o un alce (tota la massa de la canal cau sobre el parabrisa i la llinda superior del sostre que hi ha a sobre ).
2. Disseny modern. En primer lloc, els automobilistes sofisticats presten atenció a la forma de la carrosseria i no només a la part tècnica del cotxe.
3. Seguretat. Tothom a l’interior del vehicle ha d’estar protegit contra influències externes, incloses les col·lisions laterals.
4. Versatilitat. El material amb què està feta la carrosseria del vehicle ha de suportar diferents condicions meteorològiques. A més de l’estètica, la pintura s’utilitza per protegir materials que temen la humitat agressiva.
5. Durabilitat. No és estrany que el creador estalviï material corporal, motiu pel qual el cotxe queda inutilitzable després d’uns pocs anys de funcionament.
6. Manteniment. Perquè després d’un accident menor no hagueu de llençar el cotxe, la fabricació de carrosseries modernes implica un muntatge modular. Això significa que la peça danyada es pot substituir per una de similar.
7. Preu assequible. Si la carrosseria del cotxe està fabricada amb materials cars, s’acumularà un gran nombre de models no reclamats als llocs dels fabricants d’automòbils. Sovint això no passa per la mala qualitat, sinó pel cost elevat dels vehicles.

Per tal que un model de carrosseria compleixi tots aquests paràmetres, els fabricants han de tenir en compte les característiques dels materials a partir dels quals es fabriquen el marc i els panells de carrosseria exteriors.

Perquè la producció d’un cotxe no requereixi de molts recursos, els enginyers de les empreses desenvolupen models de carrosseria que permeten combinar la seva funció principal amb altres addicionals. Per exemple, les unitats principals i les parts interiors s’uneixen a l’estructura del cotxe.

Inicialment, el disseny dels cotxes es basava en un marc al qual s’enganxava la resta de la màquina. Aquest tipus encara és present en alguns models de cotxes. Un exemple d’això són els SUV de ple dret (la majoria dels jeeps simplement tenen una estructura de carrosseria reforçada, però no hi ha marc, aquest tipus de SUV s’anomena encreuament) i camions. Als primers cotxes, cada panell unit a l'estructura del bastidor podia ser fabricat no només de metall, sinó també de fusta.

El primer model amb una estructura sense marc va ser el Lancia Lambda, que va sortir de la línia de muntatge el 1921. El model europeu Citroen B10, que va sortir a la venda el 1924, va rebre una estructura de carrosseria d’acer d’una sola peça.

Llança Lambda

Citroën B10

Aquest desenvolupament va resultar tan popular que la majoria dels fabricants de l'època poques vegades es desviaven del concepte d'un cos monocasc completament d'acer. Aquestes màquines eren segures. Algunes empreses van rebutjar l'acer per dos motius. En primer lloc, aquest material no estava disponible a tots els països, especialment durant els anys de guerra. En segon lloc, el cos d’acer és molt pesat, de manera que alguns, per tal d’instal·lar un motor de combustió interna amb una potència inferior, comprometen els materials de la carrosseria.

Durant la Segona Guerra Mundial, l'acer va ser escàs a tot el món, ja que aquest metall es va utilitzar completament per a necessitats militars. Per voluntat de mantenir-se a la flota, algunes empreses han decidit fabricar els seus models de carrosseria a partir de materials alternatius. Així, en aquells anys van aparèixer per primera vegada els cotxes amb una carrosseria d’alumini. Un exemple d’aquests models és el Land Rover 1-Series (el cos estava format per panells d’alumini).

Una altra alternativa és un marc de fusta. Un exemple d’aquests cotxes és la modificació Willys Jeep Stations Wagon Woodie.

Com que el cos de fusta no és resistent i necessitava una cura seriosa, aviat es va abandonar aquesta idea, però pel que fa a les estructures d'alumini, els fabricants van pensar seriosament a introduir aquesta tecnologia en la producció moderna. Tot i que la principal raó aparent és la manca d’acer, aquest no va ser realment el motor darrere del qual els fabricants d’automòbils van començar a buscar alternatives.

1. Des de la crisi mundial del combustible, la majoria de marques d'automòbils han hagut de replantejar-se la tecnologia de fabricació. En primer lloc, l’audiència que necessita motors potents i voluminosos ha disminuït dràsticament a causa de l’elevat cost del combustible. Els automobilistes van començar a buscar cotxes menys voraços. I perquè el transport amb un motor més petit sigui prou dinàmic, lleuger, però al mateix temps es requereixi material suficientment fort.
2. A tot el món, amb el pas del temps, les normes mediambientals per a les emissions de vehicles s'han tornat més estrictes. Per aquest motiu, s’ha començat a introduir tecnologia per reduir el consum de combustible, millorar la qualitat de combustió de la mescla aire-combustible i augmentar l’eficiència de la unitat de potència. Per fer-ho, cal reduir el pes de tot el cotxe.

Amb el pas del temps, van aparèixer desenvolupaments en materials compostos que van permetre reduir encara més el pes del vehicle. Considerem quina és la peculiaritat de cada material que s’utilitza per a la fabricació de carrosseries.

Cos d'acer: avantatges i desavantatges

La majoria dels elements de la carrosseria d’un cotxe modern són d’acer laminat. El gruix del metall en algunes seccions arriba a 2.5 mil·límetres. A més, a la part portant s’utilitza principalment material de xapa amb baix contingut de carboni. Gràcies a això, el cotxe és prou lleuger i al mateix temps resistent.

Avui en dia l’acer no és escàs. Aquest metall té una gran resistència, s’hi poden imprimir elements de diverses formes i es poden subjectar fàcilment les peces mitjançant la soldadura per punts. Quan fabriquen un cotxe, els enginyers presten atenció a la seguretat passiva i els tecnòlegs presten atenció a la senzillesa del processament del material perquè el cost del transport sigui el més baix possible.

I per a la metal·lúrgia, la tasca més difícil és complaure tant als enginyers com als tecnòlegs. Tenint en compte les propietats desitjades, s’ha desenvolupat un grau especial d’acer que té la combinació ideal d’estirabilitat i resistència suficient en el producte acabat. Això simplifica la producció de panells de carrosseria i augmenta la fiabilitat del marc del cotxe.

Aquí hi ha alguns avantatges més d’un cos d’acer:

• La reparació de productes siderúrgics és la més senzilla: n’hi ha prou amb comprar un element nou, per exemple, una ala, i substituir-lo;
• És fàcil de reciclar: l'acer és altament reciclable, de manera que el fabricant sempre té l'oportunitat d'obtenir matèries primeres barates;
• La tecnologia per a la fabricació d’acer laminat és més senzilla que el processament d’anàlegs d’aliatge lleuger, de manera que la matèria primera és més barata.

Malgrat aquests avantatges, els productes siderúrgics presenten diversos desavantatges significatius:

1. Els productes acabats són els més pesats;
2. L’òxid apareix ràpidament a les parts sense protecció. Si l’element no està protegit amb pintura, els danys inutilitzaran ràpidament el cos;
3. Perquè la xapa d’acer tingui una major rigidesa, la peça s’ha d’estampar moltes vegades;
4. El recurs de productes siderúrgics és el més petit en comparació amb els metalls no ferrosos.

Actualment, la propietat de l’acer s’incrementa afegint a la composició d’alguns elements químics que augmenten la seva resistència, resistència a l’oxidació i característiques de plasticitat (l’acer de la marca TWIP és capaç d’estirar-se fins al 70% i l’indicador màxim de la seva resistència és de 1300 MPa).

Cos d'alumini: avantatges i desavantatges

Anteriorment, l’alumini només s’utilitzava per fabricar panells ancorats a una estructura d’acer. Els desenvolupaments moderns en la producció d'alumini permeten utilitzar el material també per crear elements de marc.

Tot i que aquest metall és menys susceptible a la humitat en comparació amb l’acer, té menys resistència i elasticitat mecànica. Per aquest motiu, per reduir el pes d’un cotxe, aquest metall s’utilitza per crear portes, portaequipatges, caputxes. Per utilitzar l’alumini al marc, el fabricant ha d’augmentar el gruix dels productes, cosa que sovint funciona contra un transport més fàcil.

La densitat dels aliatges d’alumini és molt inferior a la de l’acer, de manera que l’aïllament acústic en un cotxe amb aquesta carrosseria és molt pitjor. Per assegurar que l'interior d'aquest cotxe rebi un mínim de soroll extern, el fabricant utilitza tecnologies especials de supressió de soroll, cosa que fa que el cotxe sigui més car en comparació amb una opció similar amb una carrosseria d'acer.

La producció d’un cos d’alumini en les primeres etapes és similar al procés de creació d’estructures d’acer. Les matèries primeres es divideixen en fulls i després s’estampen segons el disseny desitjat. Les peces es munten en un disseny comú. Només per a això s’utilitza la soldadura amb argó. Els models més cars utilitzen soldadura per punt per làser, cola especial o reblons.

Arguments a favor d'un cos d'alumini:

• El material de xapa és més fàcil d’estampar, per tant, en el procés de fabricació de panells es requereix un equip menys potent que per a l’estampació d’acer;
• En comparació amb els cossos d’acer, la forma idèntica feta d’alumini serà més clara, mentre que la resistència al mateix temps continua sent la mateixa;
• Les peces són fàcilment processables i reciclables;
• El material és més resistent que l’acer: no tem la humitat;
• El cost del procés de fabricació és inferior en comparació amb la versió anterior.

No tots els automobilistes accepten comprar un cotxe amb carrosseria d’alumini. La raó és que, fins i tot amb un accident menor, les reparacions de vehicles seran costoses. La matèria primera costa més que l’acer i, si cal canviar la peça, el propietari del cotxe haurà de buscar un especialista que disposi d’equips especials per a la connexió d’elements d’alta qualitat.

Cos plàstic: avantatges i desavantatges

La segona meitat del segle XX va estar marcada per l’aparició del plàstic. La popularitat d’aquest material es deu al fet que s’hi pot fer qualsevol estructura, que serà molt més lleugera que fins i tot l’alumini.

El plàstic no necessita pintura. N’hi ha prou amb afegir els tints necessaris a les matèries primeres i el producte adquireix la tonalitat desitjada. A més, no s’esvaeix i no cal tornar a pintar-lo quan es ratlla. En comparació amb el metall, el plàstic és més resistent, no reacciona en absolut amb l’aigua i, per tant, no s’oxida.

El model Hadi té un cos de plàstic

El cost de fabricar panells de plàstic és molt inferior, ja que no es necessiten premses potents per gravar. Les matèries primeres escalfades són fluides, per la qual cosa la forma de les parts del cos pot ser absolutament qualsevol, cosa que és difícil d’aconseguir quan s’utilitza metall.

Malgrat aquests clars avantatges, el plàstic té un gran inconvenient: la seva força està directament relacionada amb les condicions de funcionament. Per tant, si la temperatura de l’aire exterior cau per sota de zero, les parts es tornen fràgils. Fins i tot una càrrega lleugera pot fer que el material esclati o es trenqui a trossos. D’altra banda, a mesura que augmenta la temperatura, augmenta la seva elasticitat. Alguns tipus de plàstics es deformen quan s’escalfen al sol.

Per altres motius, els cossos de plàstic són menys pràctics:

• Les peces danyades són reciclables, però aquest procés requereix equips especials i costosos. El mateix passa amb la indústria dels plàstics.
• Durant la fabricació de productes de plàstic, s’emet una gran quantitat de substàncies nocives a l’atmosfera;
• Les parts portants del cos no poden ser de plàstic, ja que fins i tot un gran tros de material no és tan fort com el metall prim;
• Si el panell de plàstic està danyat, es pot substituir fàcilment i ràpidament per un de nou, però és molt més car que soldar un pegat de metall a metall.

Tot i que actualment hi ha diversos desenvolupaments que eliminen la majoria dels problemes enumerats, encara no s’ha pogut millorar la tecnologia. Per aquest motiu, els para-xocs, les insercions decoratives, les motllures i només en alguns models de cotxes: les defenses són principalment de plàstic.

Cos compost: avantatges i desavantatges

El terme compost significa un material que inclou més de dos components. En el procés de creació d’un material, el compost adquireix una estructura homogènia, a causa de la qual el producte final tindrà les propietats de dues (o més) substàncies que formen la matèria primera.

Sovint, s’obtindrà un material compost encolant o sinteritzant capes de diferents materials. Sovint, per augmentar la resistència de la peça, cada capa individual es reforça de manera que el material no es desprengui durant el funcionament.

Cos monocasc

El compost més utilitzat a la indústria de l’automòbil és la fibra de vidre. El material s’obté afegint un farciment de polímer a la fibra de vidre. Els elements externs del cos estan fets d’aquest material, per exemple, para-xocs, reixetes de radiadors, de vegades òptica del cap (més sovint són de vidre i les versions lleugeres de polipropilè). La instal·lació d'aquestes peces permet al fabricant utilitzar acer en l'estructura de les parts del cos de suport, però alhora mantenir el model bastant lleuger.

A més dels avantatges esmentats anteriorment, el material polimèric ocupa un lloc digne a la indústria de l'automòbil per les següents raons:

• El pes mínim de les peces, però alhora tenen una força decent;
• El producte acabat no té por dels efectes agressius de la humitat i del sol;
• A causa de l'elasticitat en la fase de matèria primera, el fabricant pot crear formes de peces completament diferents, incloses les més complexes;
• Els productes acabats semblen estèticament agradables;
• Podeu crear enormes parts del cos i, en alguns casos, fins i tot tot el cos, com en el cas dels cotxes de balenes (llegiu més sobre aquests vehicles a revisió per separat).

No obstant això, la tecnologia innovadora no pot ser una alternativa completa al metall. Hi ha diverses raons per això:

1. El cost dels farcits de polímers és molt elevat;
2. La forma per a la fabricació de la peça ha de ser perfecta. En cas contrari, l’element resultarà lleig;
3. Durant el procés de fabricació, és extremadament important mantenir net el lloc de treball;
4. La creació de panells duradors requereix molt de temps, ja que el compost es triga molt a assecar-se i algunes parts del cos són de múltiples capes. Sovint es fabriquen cossos sòlids amb aquest material. Per a la seva designació, s'utilitza el terme alat "monocasc". La tecnologia per crear tipus de cos monocasc és la següent. Una capa de fibra de carboni s’enganxa amb un polímer. A sobre, es posa una altra capa de material, només perquè les fibres es situin en una direcció diferent, la majoria de les vegades en angle recte. Un cop llest el producte, es col·loca en un forn especial i es manté durant un cert temps a temperatura elevada perquè el material es cuini i adopti una forma monolítica;
5. Quan es trenca una peça feta de material compost, és extremadament difícil reparar-la (es descriu un exemple de com es reparen els para-xocs de cotxes aquí);
6. Les parts compostes no es reciclen, només es destrueixen.

A causa de l’elevat cost i complexitat de la fabricació, els cotxes de carretera habituals tenen un nombre mínim de peces de fibra de vidre o altres anàlegs compostos. Molt sovint, aquests elements s’instal·len en un superdeportiu. Un exemple d’aquest vehicle és el Ferrari Enzo.

2002 Ferrari Enzo

És cert que alguns models exclusius de la sèrie civil reben detalls generals d’un compost. Un exemple d'això és el BMW M3. Aquest cotxe té un sostre de fibra de carboni. El material té la força necessària, però alhora permet apropar el centre de gravetat al terra, cosa que augmenta la força aerodinàmica en entrar a les cantonades.

Una altra solució original en l’ús de materials lleugers a la carrosseria del cotxe la demostra el fabricant del famós supercar Corvette. Durant gairebé mig segle, la companyia utilitza un marc espacial de metall sobre el qual s’adhereixen panells compostos.

Cos de carboni: avantatges i desavantatges

Amb l’aparició d’un material més, la seguretat i la lleugeresa dels cotxes han assolit un nou nivell. De fet, el carboni és el mateix material compost, només una nova generació d’equips permet crear estructures més duradores que en la fabricació de monocascs. Aquest material s’utilitza en carrosseries de models famosos com el BMW i8 i l’i3. Si anteriorment el carboni en altres cotxes només s’utilitzava com a decoració, aleshores aquests són els primers vehicles de producció del món, la carrosseria dels quals està totalment feta de carboni.

Tots dos models tenen un disseny similar: la base és una plataforma modular d'alumini. Hi estan fixades totes les unitats i mecanismes del cotxe. La carrosseria del cotxe consta de dues meitats, que ja tenen alguns detalls interiors. Es connecten entre si durant el muntatge mitjançant pinces de cargol. La peculiaritat d’aquests models és que es construeixen sobre el mateix principi que els primers cotxes: una estructura de bastidor (només el més lleugera possible), sobre la qual es fixa tota la resta d’honor.

Durant el procés de fabricació, les peces es connecten entre si mitjançant cola especial. Això simula la soldadura de peces metàl·liques. L’avantatge d’aquest material és la seva alta resistència. Quan el cotxe supera grans irregularitats, la rigidesa torsional del cos impedeix que es deformi.

Un altre avantatge de la fibra de carboni és que requereix un mínim de treballadors per fabricar peces, ja que els equips d'alta tecnologia estan controlats per l'electrònica. El cos de carboni està format per parts individuals que es formen en formes especials. Un polímer d'una composició especial es bomba al motlle a alta pressió. Això fa que els panells siguin més resistents que lubricar manualment les fibres. A més, es necessiten forns més petits per coure objectes petits.

Els desavantatges d’aquests productes inclouen principalment l’elevat cost, perquè s’utilitzen equips cars que necessiten un servei d’alta qualitat. A més, el preu dels polímers és molt superior al del mateix alumini. I si la peça està trencada, és impossible reparar-la vosaltres mateixos.

Aquí teniu un petit vídeo: un exemple de com es munten els cossos de carboni del BMW i8:

Així es monta el vostre BMW i8. Muntatge del cotxe BMW i8

Preguntes i respostes:

Què inclou la carrosseria del cotxe? La carrosseria del cotxe consta de: un llarg davanter, un escut davanter, un pilar davanter, un sostre, un pilar B, un pilar posterior, parafangs, un panell del maleter i un capó, una part inferior.

Què aguanta la carrosseria del cotxe? El cos principal és el marc espacial. Es tracta d'una estructura feta en forma de gàbia, situada al voltant de tot el perímetre del cos. El cos està unit a aquesta estructura de suport.