Автомобильный противоударный брус

Автомобильный противоударный брус – это ключевой элемент безопасности, расположенный внутри переднего и заднего бамперов автомобиля. Он предназначен для поглощения энергии удара, защиты кузова и обеспечения безопасности пассажиров. Основные методы изготовления противоударных брусьев – штамповка, роликовая формовка или экструзия, в сочетании со сваркой или клепкой. Литье (например, литье в песчаные формы или литье под давлением) реже используется в производстве противоударных брусьев, поскольку для них важны легкость, высокая прочность и определенная геометрия, а штамповка или экструзия лучше соответствуют этим требованиям.
 

Процесс изготовления противоударного бруса

Процесс изготовления противоударного бруса включает в себя следующие основные этапы:

Выбор материала

• Высокопрочная сталь (HSS)：
  • Распространенные материалы：Борсодержащая сталь, двухфазная сталь (DP сталь, например, DP600, DP800) или усовершенствованная высокопрочная сталь (AHSS).
  • Преимущества：Высокая прочность (предел прочности на разрыв 600-1500 МПа), умеренная стоимость, занимает около 70% рынка.
  • Применение：Экономичные и среднеценовые модели, такие как Volkswagen, Toyota.
• Алюминиевый сплав：
  • Распространенные материалы：Алюминиевые сплавы 6061 или 7075.
  • Преимущества：Легкий вес (примерно на 30-40% легче стали), устойчивость к коррозии.
  • Применение：Автомобили премиум-класса или электромобили, такие как Tesla, Audi.
• Композитные материалы (редко)：
  • Например, углеродное волокно (CFRP), используется в суперкарах или высококлассных тюнингованных автомобилях, чрезвычайно легкий, но дорогой.
• Толщина：Толщина стальных противоударных брусьев обычно составляет 1,5-3 мм, алюминиевых сплавов – 2-4 мм.

Проектирование и планирование

• Функциональные требования：
  • Поглощение энергии удара (низкоскоростное столкновение <16 км/ч, высокоскоростное столкновение >40 км/ч).
  • Взаимодействие с внешней оболочкой бампера и энергопоглощающим элементом (crash box) для распределения силы удара.
  • Соответствие нормам, таким как китайский C-NCAP, европейский Euro NCAP или американский IIHS.
• CAD проектирование：
  • Использование программного обеспечения (например, CATIA, SolidWorks) для проектирования 3D-моделей, оптимизации формы поперечного сечения (обычно U-образная, коробчатая или волнистая).
  • Анализ методом конечных элементов (FEA) для моделирования характеристик при столкновении, обеспечения поглощения энергии и структурной жесткости.
• Облегчение веса：Уменьшение веса за счет оптимизации толщины материала и геометрии (стальной брус около 5-10 кг, алюминиевый брус около 3-6 кг).

Процесс формовки

• Штамповка (Stamping)：
  • Процесс：Стальной или алюминиевый лист помещается в штамповочную форму и с помощью гидравлического или механического пресса (давление 1000-5000 тонн) формируется в U-образную или коробчатую структуру.
  • Преимущества：Высокая точность (±0,1 мм), подходит для массового производства.
  • Применение：Наиболее распространенный процесс, составляет более 80% производства противоударных брусьев.
• Роликовая формовка (Roll Forming)：
  • Процесс：Стальная или алюминиевая лента постепенно формируется в определенное поперечное сечение с помощью непрерывных роликов.
  • Преимущества：Подходит для длинных брусьев, высокая степень использования материала.
  • Применение：Противоударные брусья для коммерческих автомобилей или грузовиков.
• Экструзия (Extrusion)：
  • Процесс：Алюминиевый сплав выдавливается через экструдер (2000-5000 тонн) для получения сложного поперечного сечения (например, полой структуры).
  • Преимущества：Легкий вес, подходит для сложных геометрических форм.
  • Применение：Автомобили премиум-класса или электромобили.
• Горячая формовка (Hot Forming)：
  • Процесс：Борсодержащая сталь нагревается до 900°C, затем штампуется, а после охлаждения приобретает сверхвысокую прочность.
  • Преимущества：Высокая прочность, малый вес.
  • Применение：Автомобили с высокими требованиями к безопасности, такие как Volvo, BMW.

Обработка и сборка

• Резка и отделка：
  • Использование лазерной или плазменной резки для отделки краев, обеспечения точности размеров.
  • Сверление или пробивка отверстий для установки болтов или энергопоглощающих элементов.
• Сварка/соединение：
  • MIG/TIG сварка：Соединение противоударного бруса с энергопоглощающим элементом или рамой кузова.
  • Клепка или болтовое соединение：Используется для алюминиевых брусьев, чтобы уменьшить термическую деформацию.
  • Точечная сварка：Часто используется для стальных брусьев, высокая эффективность.
• Усиливающие элементы：Добавление стальных пластин или ребер в зонах высоких напряжений для повышения ударопрочности.

Обработка поверхности

• Гальванизация/горячее цинкование：Нанесение цинкового слоя (толщиной 10-20 мкм) на стальной противоударный брус для защиты от коррозии.
• Анодирование：Обработка поверхности алюминиевого бруса для повышения коррозионной стойкости и улучшения внешнего вида.
• Порошковое покрытие：Нанесение антикоррозийного покрытия на некоторые противоударные брусья, устойчивого к высоким температурам и химическому воздействию.