دکتر تاج بخش

زيگيل

آموزش های اخلاقی

مشخصات خودروهای ایرانی و خارجی
گالری عکس

لاغري و کاهش وزن

فولادهای ضد زنگ در صنعت خودروسازی

فولادهای ضد زنگ در صنعت خودروسازی
چكیده:
در این مقاله به بررسی انواع فولادهای ضد زنگ در صنایع خودرو می پردازیم. هم اكنون فولاد ضد زنگ در سیستم اگزوز خودروها بكار می‌رود. قطعات ساخته شده از این نوع فولاد كه كارخانجات خودروسازی روی آنها كار می‌كنند عبارتند از:
 
محفظه موتور، میله های داخلی خودرو، مخازن سوخت در عقب خودرو، سپرها و میله سپرها، صفحات ترمز، اجزاء حساس به برخورد،
 
 
واشر دهانه سیلندر، قطعات سیستم تعلیق و جاذب انرژی، چرخها. این نوع فولاد به شكلهای اولیه ورق، فویل، میل گرد، سیم، لوله و غیره تولید می‌شود و سپس به صورت دلخواه مشتری تحویل داده می شود.
 
فولادهای ضد زنگ در صنعت خودروسازی
 
فولادهای ضد زنگ معمولا می‌توانند توسط بسیاری از فرایندهای شكل دهی سرد تغییر شكل یابند. این فرایندها عبارتند از:
 
 
پولك ‌زنی، خم كاری، سوراخكاری، نورد، ضربه ‌زنی، برجسته كاری، پرس كاری، شكل ‌دهی چرخشی و كشش عمیق.
كلمات كلیدی: فولاد ضد زنگ، هیدروفرمینگ، روانكار

 

مقدمه:
فولاد ضد زنگ نام گروهی از آلیاژهای آهنی حاوی مقادیر كروم بالا (بیش از 5/10 درصد) و كربن (به میزان حداكثر 2/1 درصد) به علاوه عناصر دیگری مثل نیكل، مولیبدن، آلومینیوم، تیتانیوم، سیلسیوم، نیوبیوم، نیتروژن، سولفور و سلنیوم است. این فولادها به اشكال مختلف از جمله ورق، فویل، میل گرد، سیم، لوله و محصولات نیمه‌تمام و غیره تولید می‌شوند. آلیاژ 304 از آلیاژهای معروف این گروه با 18 درصد كروم و 8 درصد نیكل است.

 

فولادهای ضد زنگ در صنعت خودروسازی:

فولاد ضد زنگ در صنعت به صورتها و اشكال مختلف تولید می گردد. كارایی و خواص اشكال مختلف فولاد ضد زنگ باعث شده كه در صنعت به صورتهای مختلفی استفاده شوند. ذیلاً به تشریح خواص شكلهای مختلف این فولادها می پردازیم:

 

ورق نازك (SHEET):

ورق نازك به محصولات نورد تخت گفته می‌شود كه عرضی معادل حداقل 610 میلی‌متر و ضخامتی كمتر از 76/4 میلی‌متر دارند. تقریبا همه فولادهای ضد زنگ بجز برخی انواع مارتنزیتی می‌توانند بصورت ورق نازك تولید شوند. به این صورت كه ابتدا شمش آنها توسط ریخته‌گری بدست آمده و سپس نورد می‌شوند.

 

تسمه (STRIP):

تسمه محصول دیگر نورد تخت است كه پهنایی كمتر از 610 میلی‌متر و ضخامت بین 13/0 تا 76/4 میلی‌متر دارد. تسمه‌‌ها پس از نورد داغ، مورد عملیات آنیل و سپس اسید شویی قرار گرفته و نورد سرد می‌شوند و به این ترتیب تسمه فولاد ضد زنگ (نورد سرد شده) بدست می‌آید. بسته به میزان ضخامت درخواستی نورد سرد در چند مرحله انجام می‌شود.

فولادهای ضد زنگ در صنعت خودروسازی

صفحه (PLATE):

صفحه، محصول نورد تخت یا آهنگری است كه بیش از 250 میلی‌متر عرض و حداقل 76/4 میلی‌متر ضخامت دارد. فولادهای ضد زنگ فریتی پر آلیاژ، برخی فولادهای ضد زنگ مارتنزیتی از موارد تولید این محصول هستند.

 

فویل یا كاغذ فلزی (FOIL):

فویل نیز محصول فرایند نورد تخت است كه تا 13/0 میلی‌متر ضخامت دارد و عرض آن كمتر از 610 میلی‌متر می‌باشد. فویلها از آلیاژهای 201، 202، 301، 302، 304، 305، 316، 321، 347، 430 و 442 و از یك سری آلیاژهای خاص ساخته می‌شوند. خواص مكانیكی فویلها به ضخامت آنها بستگی دارد. با كاهش ضخامت، استحكام كششی آنها افزایش و انعطاف‌پذیری آنها كاهش می‌یابد.

 

میله ‌گرد (BAR):

میله گردها یا میل گردها در ضخامتها و اشكال مختلف وجود دارند. میله گردها عموماً توسط نورد داغ، آهنگری یا پرش شمش شكل می‌گیرند كه البته بعد از آن، برای رسیدن به ابعاد نهایی دوباره نورد داغ، آهنگری یا اكسترود می‌شوند.

 

شكل دهی فولاد ضد زنگ:
در حین فرایند تولید فولاد ضد زنگ معمولاً لایه ‌ای غیر فعال بر روی سطح آلیاژ تولید می‌شود. این آلیاژ به دلیل تشكیل لایه مذكور با ضخامت حدود 1 تا 2 نانومتر مقاومت بسیار خوبی در مقابل خوردگی از خود نشان می دهد.

 

این لایه غیر فعال خود ترمیم بوده و بنابراین خسارات شیمیایی و مكانیكی ناشی از محیط ‌های اكسید كننده التیام یافته و از افزایش خوردگی جلوگیری می گردد. فولادهای ضد زنگ معمولا می‌توانند توسط بسیاری از فرایندهای شكل دهی سرد تغییر شكل یابند.

 

این فرایندها عبارتند از: پولك ‌زنی، خم كاری، سوراخكاری، نورد، ضرب ‌زنی، برجسته كاری، پرس كاری، شكل ‌دهی چرخشی و كشش عمیق.

 

به طور كلی تمام تجهیزاتی كه برای شكل ‌دهی فولاد كربنی ساده به كار می رود، برای فولاد ضد زنگ نیز مورد استفاده قرار می ‌گیرد. البته چون نیروی بیشتری برای شكل دهی فولاد ضد زنگ لازم است، ظرفیت دستگاه كاهش خواهد یافت. علاوه بر آن به ابزارهای شكل ‌دهی هم نیاز می باشد.

 

فولادهای ضد زنگ استحكام بالاتری نسبت به فولادهای كربنی ساده دارند، در نتیجه موجب سایش بیشتر می‌شوند. بنابراین ابزار بكار گرفته شده در مورد این فولادها باید سخت ‌تر، صاف تر و دارای طراحی بهتر باشند.

 

فولاد مورد مصرف در ابزار آلات با درجات بالاتر بكار می‌روند و اغلب دارای كاربید تنگستن و برنز آلومینیومی هستند. در مواردی كه از همان ابزار مورد استفاده در فولادهای كربنی برای شكل دهی استفاده می‌شود، باید روانكارهایی با كیفیت بالاتر اعمال شود و كاهش عمر ابزار نیز در نظر گرفته شود. تقاضا برای فولادهای ضد زنگ روز به روز در حال افزایش است. موارد كاربرد فولاد ضد زنگ:

 

هم اكنون فولاد ضد زنگ در سیستم اگزوز خودروها بكار می‌رود. در اوایل دهه 90 میلادی سیستم اگزوز خودروها از فولادهای كربنی ساده یا فولادهای كربنی پوشش ‌دار ساخته می‌شد، اما امروزه اكثر خودروهای جدید برای افزایش مقاومت و ماندگاری، اگزوزهایی از جنس فولادهای ضد زنگ دارند. تقریبا 45 تا 50 پوند از فولادهای ضد زنگ مصرفی در صنعت خودروسازی، در سیستم اگزوز استفاده می‌شود. به علاوه اخیراً این فولاد در ساخت سیستمهای نگهداری، قطعات مربوط به ترمز و محفظه سوخت و در قابهای اتوبوس و كامیون به كار گرفته شده ‌است.

قطعات دیگر ساخته شده از این فولادها كه در مرحله توسعه قرار دارند و سازندگان خودرو روی آنها كار می‌كنند عبارتند از: محفظه موتور، میله های داخلی، مخازن سوخت در عقب خودرو، سپرها و میله سپرها، صفحات ترمز، اجزاء حساس به برخورد، واشر دهانه سیلندر، قطعات سیستم تعلیق و جاذب انرژی و چرخها.
 
در دهه گذشته سازندگان و محققان برای تعیین فواید احتمالی شكل دهی این نوع فولاد بجای فولادهای كربنی یا آلومینیومی، بر روی كاربردهای مختلف فولادهای ضد زنگ در صنعت خودرو مطالعه كرده‌اند.
 
 
به طور كلی هزینه تولید فولادهای ضد زنگ بیشتر از فولاد كربنی و آلیاژهای آلومینیوم است و به همین دلیل در ظاهر مقرون به صرفه به نظر نمی‌رسد ؛ اما وقتی نسبت استحكام به وزن بالای فولاد ضد زنگ را در نظر می‌گیریم، می‌توان از فولاد ضد زنگ سبكتر و نازكتر استفاده كرد و همچنین آن را می توان جانشین فولاد كربنی ضخیم ‌تر یا آلیاژهای آلومینیوم با استحكام بالا (سری 6000) در قطعات خودرو قرار داد.
 
 
علاوه بر آن پتانسیل فولادهای ضد زنگ در ماندگاری و دوام طولانی می تواند منجر به صرفه‌جویی اقتصادی در چرخه عمر محصول شود. در صورت در نظر گرفتن خواص این فولادها در طراحی ‌های اولیه، بهترین صرفه‌جویی اقتصادی و بیشترین كاهش حجم در ماده مصرفی به دست خواهد آمد.

فولادهای ضد زنگ در صنعت خودروسازی

هیدروفرمینگ (Hydroforming):
هیدروفرمینگ به معنای شكل دهی فولاد به روش هیدرولیكی می باشد. برای بهره ‌برداری از مزیت كاهش وزن در فولادهای ضد زنگ باید اشكال برخی قطعات خودرو و همچنین چگونگی روش ساخت آنها اصلاح شده و یا تغییر یابد. مثلا برای استفاده از مزیت شكل پذیری این فولادها بهتر است برخی قطعات از لوله ‌های هیدروفرم شده (Hydroformed) ساخته شوند.

 

محرك اولیه عمومیت یافتن هیدروفرم كردن (یا شكل دادن هیدرولیكی) بخصوص در صنعت خودروسازی، صرفه‌جویی های عمده در وزن، تعداد قطعات و . . . در مقایسه با روشهای متداول مثل Stamping (پرس كاری و قالب زنی) می‌باشد.

 

فرایند هیدروفرمینگ ورق‌ها معمولا به دو گروه هیدرواستاتیكی و هیدرومكانیكی تقسیم می‌شود (برخی از انواع روشهای مورد استفاده به عنوان اختراع به ثبت رسیده و Patent هستند مثل روش SMG یا شكل دهی پیچی).

روشهای هیدروفرمینگ تا مدتها مطرح بوده اند، اما هیچگاه از این روشها به اندازه ظرفیت آن در صنعت استفاده نشد. خواص كششی خوب فولادهای ضد زنگ آستنیتی در هنگام شكل دهی هیدرولیكی (بعنوان فرایندی كه كنترل مناسبی بر میزان كاهش ضخامت ورق دارد)،‌ مزیت بزرگی محسوب می‌شود.
 
 
مزیت اصلی شكل دهی مكانیكی، كشش عمیق آن است كه در روش هیدروفرمینگ، قطعات می‌توانند بیشتر كشیده شوند (به عنوان مثال نسبت كشش در فولاد ضد زنگ می‌تواند از 2 به بیش از 5/2 افزایش یابد). مشكل اصلی شكل دهی هیدرولیكی نیز آن است كه سود دهی ساخت را به میزان زیادی كم می‌كند.
 
 
عوامل مختلفی بر موفقیت فرایند شكل دهی هیدرولیكی موثرند؛ از جمله: اصطكاك و روانكاری، تجهیزات، سرعت تولید و زمان چرخه تولید و خواص شكل پذیری ماده.
 

روانكاری (Lubrication):

یك روانكار خوب روانكاری است كه خواص زیر را دارا باشد:
1. فشار زیاد را تحمل كند.
2. از روان كنندگی مطلوبی برخوردار بوده به نحوی كه از اصطكاك لغزشی بین قالب و قطعه جلوگیری كند.
3. ناخالصی نداشته باشد.
4. هزینه فرایند را بالا نبرده و قیمت مناسبی داشته باشد.
5. كار كردن با آن راحت باشد و به راحتی از قالب و قطعه كار جدا شود.
6. سایش قالب را كاهش دهد.

هیچ روانكاری تمام خواص فوق را بطور كامل در بر ندارد، بنابراین باید در انتخاب روانكار، نوع و شرایط عملیات شكل دهی در نظر گرفته شود. تحقیقات گسترده انجام گرفته در پنج سال گذشته منجر به تحول عظیم در روش هیدروفرمینگ در صنعت شده است و اجازه تولید اشكال مختلف فولاد را به سازندگان می‌دهد.
 
 
اما در هر حال این فرایند، جدید بوده و نیاز به تحقیق و توسعه بیشتری دارد. به دلیل فشار بالایی كه در این فرایند به كار می‌رود ابزارهای مورد استفاده نمی‌توانند نرم باشند، قالبها باید از فولادهایی با سختی مشخص و پوشش‌های خاص ساخته شوند كه تمام آنها هزینه ‌بر است.
 
بنابراین برای افزایش بهره ‌وری این فرایند، باید مطالعات گسترده ‌ای در زمینه كاهش هزینه ‌‌های تحمیلی تولید در دستور كار محققین و صنعتگران قرار گیرد.

فولادهای ضد زنگ در صنعت خودروسازی

كاهش وزن قطعه جانبی(Side) خودرو:

یكی از زمینه‌‌های تحقیق، بررسی میزان كاهش وزن در صورت استفاده از فولاد ضد زنگ به خصوص در صورت بكارگیری فرایند شكل ‌دهی هیدرولیكی است. برای محاسبه كاهش وزن فولاد ضد زنگ در ساختار بدنه خودرو از قبیل اجزاء كناری خودرو(Side) آزمایش مقایسه‌ای انجام شد.

 

ابتدا قطعه جانبی خودرو كه معمولا از جنس فولاد كربنی ساخته می‌شود، بدون اصلاح شكل آن، از فولاد ضد زنگ سبكتر و نازك ‌تر ساخته شد.

در مرحله بعد این قطعه جانبی از فولاد ضد زنگ با طراحی مجدد و استفاده از هیدروفرمینگ برای استفاده بهینه از خواص شكل ‌پذیری مطلوب این فولاد ساخته شد. این ساختار جانبی كه از فولاد كربنی ساده تولید می‌شود، یك ساختار چند جزئی بوده و از سه جزء كه از روش كشش عمیق تولید شده ‌اند و یك قسمت تقویت‌ كننده تشكیل شده است كه همه آنها به وسیله جوش نقطه‌ای (Spot Welding) به هم متصل می‌شوند.
 
وزن كلی این ساختار بدون در نظر گرفتن قطعه اتصال، 16/28 كیلوگرم بود كه با تغییر ماده اولیه و استفاده از سه فولاد ضدزنگ 2B، C600 و C1000 به ترتیب 3/9، 14 و 2/28 درصد كاهش وزن را به همراه داشت. وقتی این سه نوع فولاد در طراحی دوباره تحت فرایند هیدروفرمینگ قرار گرفتند، نتایج به دست آمده به ترتیب 4/19، 2/30 و 8/33 درصد كاهش وزن را نشان می‌داد.
 
بیشترین كاهش وزن در فولادهای ضد زنگ هنگامی بدست می‌آید كه با روشهای طراحی جدید از مزیت شكل پذیری این فولادها استفاده كرده و فرایند هیدروفرمینگ را روی آنها انجام دهیم.
 
 
یكی دیگر از فواید هیدروفرمینگ آن است كه تعداد قطعات مورد نیاز برای تولید قطعه جانبی با حذف فرایند جوش، از چهار به یك كاهش خواهد یافت. به دلیل آنكه دیگر به لبه احتیاجی نیست، سطح مقطع میله می‌تواند بزرگتر شده و پروفیل راست تر و مستقیم تر طراحی شود.
 
مطالعه‌ای كه بر روی شكل ‌پذیری آنها انجام گرفته نشان می‌دهد كه طراحی جدید قطعه جانبی خودرو(Side) با فولاد كربنی ساده نمی‌تواند هیدروفرم شود. برای شناسایی فولادهای كربنی با استحكام بالا كه بتوانند در طراحی جدید این قطعه جانبی، هیدروفرم شوند، شبیه ‌سازیهای مختلفی انجام شده است و نتایج نشان می‌دهد كه طراحی هیدروفرم نمی‌تواند با فولادهای كربنی به كار رود و بنابراین برای رسیدن به كاهش وزن موثر، حتما فولاد ضد زنگ مورد نیاز است.
 
 
به علاوه، هیدروفرمینگ قطعات جانبی خودرو عملكرد آنها را در حین برخورد نیز بهبود می‌بخشد. شكل خمیده قطعه جانبی خودرو از جنس فولاد كربنی باعث می‌شود تا قطعه در حین تصادف از جلو، به جای له شدن و خرد شدن (Crushing) چین بخورد یا به عبارتی بصورت آكاردئونی دربیاید (Buckling) و این ویژگی در تست‌های تصادف به اثبات رسیده است. در تست‌های ایمنی عموماً له شدن نتایج بهتری را نسبت به چین خوردن نشان می‌دهد.
 
آیا روزی فرا خواهد رسید كه تمام قطعات استوانه ‌ای خودرو كه اكنون از فولادهای كربنی ساده یا فولادهای آلیاژی ساخته می‌شوند مثل لوله پمپ آب، لوله روغن، قطعات تهویه هوا، لوله خروج آب سیستم خنك كننده موتور و لوله فرعی خنك كننده، از جنس فولاد ضد زنگ باشند؟ این سوالی است كه هنوز توسط مهندسان بطور قطعی پاسخ داده نشده است.

 

نتیجه گیری:
در این مقاله انواع فولادهای ضد زنگ مورد مصرف در صنایع خودرو، نحوه كاربرد آنها در خودروها، اشكال اولیه تولید انواع فولاد ضد زنگ و همچنین روشهای شكل دهی آنها بررسی گردیدند.

 

به كاربردهای مختلف فولاد ضد زنگ و استفاده از آن در قسمتهای مختلف خودرو پرداخته شد كه شامل سیستم اگزوز خودروها، محفظه موتور، میله های داخلی خودرو، مخازن سوخت در عقب خودرو، سپرها و میله سپرها، صفحات ترمز، اجزاء حساس به برخورد، واشر دهانه سیلندر، قطعات سیستم تعلیق و جاذب انرژی و چرخها می باشند.

 

همچنین اشاره شد كه فولاد ضد زنگ به شكلهای اولیه ورق، فویل، میل گرد، سیم و لوله تولید می‌گردد و سپس بنا به سفارش مشتری تغییر و تحویل داده می شود. فرایندهای شكل دهی فولاد نیز در این مقاله بررسی گردیدند كه این فرایندها عبارتند از:

 

پولك ‌زنی، خم كاری، سوراخكاری، نورد، ضربه ‌زنی، برجسته كاری، پرس كاری، شكل ‌دهی چرخشی و كشش عمیق. از موارد دیگری كه در این مقاله به آنها اشاره گردید، روش هیدروفرمینگ یا شكل دهی هیدرولیكی فولاد ضد زنگ، روانكاری در تولید فولاد و كاهش وزن خودروها به وسیله حذف فولاد كربنی و افزایش فولاد ضد زنگ در تولید بدنه خودرو بوده اند.

 


تفریحی و سرگرمی

جدیدترین مطالب سایت

ربودن و شکنجه زن 30 ساله توسط دکتر دیوانه + عکس
ربودن و شکنجه زن 30 ساله توسط دکتر دیوانه + عکس
مشاهده بیشتر