Компьютерный дизайн и компьютерное производство произвели революцию в проектировании автомобилей, воздушного и наземного транспорта. Раньше проектировщики машин моделировали прототипы из глины, затем тщательно измеряли модель, чтобы получить штамповочные размеры.

В наше время, создавая модель на компьютере, дизайнеры достигают большей точности в проектировании и в производстве, чем когда-либо прежде. Вместо того чтобы помещать глиняные модели в ветряные туннели, чтобы оценить их аэродинамические характеристики, проектировщики могут подвергнуть модель компьютерному тестированию и удостовериться в ее устойчивости. Точно так же прочность машины может быть проверена без затрат на разрушение автомобиля. Компьютеры могут тестировать машины и на такие факторы, как вибрация, теплопроводность, видимость. Даже внутреннее строение машины может быть спроектировано на компьютере, что позволяет достичь более эффективного дизайна двигателя и пассажирского салона.

Дизайн корпуса

Основная роль в дизайне автомобиля принадлежит компьютеру. Графика предоставляет дизайнерам большую подвижность и точность по сравнению со старыми глиняными моделями.

Компьютеризированный дизайн автодвигателя

Терминал автоматизированного проектирования

Компьютер может вычислить и показать поле видимости с места водителя.

Устойчивость машины, экономия горючего и некоторые другие показатели зависят от того, как воздух обтекает корпус машины во время движения. Линии, обозначающие потоки воздуха справа и внизу, показывают области высокого и низкого давления. Чтобы проанализировать сложные водовороты воздушных потоков, требуется суперкомпьютер .

Части и компоненты

После того как разработан внешний стиль машины, необходимо определить место для внутренних узлов и компонентов. Раньше эта задача осуществлялась при помощи двухмерных чертежей, однако компьютер может тестировать различные устройства, передвигать компоненты и исследовать взаимосвязь между ними в трех измерениях.

– одна из первых отраслей, где 3D-технологии нашли коммерческое применение: еще в 1988 год концерн Ford начал использовать 3D-принтеры для печати отдельных элементов прототипов.

Сегодня этот сектор экономики по максимуму использует достижения аддитивных технологий и 3D-сканирования. Трехмерная печать является идеальным способом создания прототипов , функциональных деталей и узлов, а также оснастки и пресс-форм. Она позволяет сэкономить время и деньги на стадиях разработки продукта и литья, обеспечивая изготовление геометрически сложных деталей с высокой детализацией. 3D-сканеры и специализированное программное обеспечение на новом уровне решают задачи контроля геометрии и реверс-инжиниринга , сокращая сроки производства автомобилей, способствуя повышению качества продукции и уменьшению процента брака.

Некоторые крупные автопроизводители уже наладили серийное изготовление на 3D-принтерах компонентов для своих классических моделей или кастом-каров. Лидеры рынка вкладывают огромные средства в создание центров аддитивных технологий для опытно-экспериментального производства. Такой центр, есть, к примеру, у BMW – он производит более 100 тысяч компонентов в год, а в 2019 году планируется открытие еще одного крупного комплекса.

Завод Nissan в Санкт-Петербурге: изготовленные на 3D-принтере детали (белые на фото) используются для фиксации крышки багажника. Фото: «Ведомости» / Nissan

Развитие технологий 3D-печати и разработка новых материалов с улучшенными физическими свойствами также позволяют внедрять радикально новые, инновационные идеи. Так, технология «безвоздушных» шин Michelin Visionary Concept с возможностью изменить рисунок протектора в зависимости от погоды исключает проколы, проблему низкого давления и другие риски при вождении.

Возможно, полностью напечатанный на 3D-принтере автомобиль – реальность не столь отдаленного будущего. Однако все вышеперечисленное – достижения западных автопроизводителей. А какова ситуация и перспективы развития аддитивных технологий в России? В этой статье мы остановимся на преимуществах 3D-печати , рассмотрим вопрос применения инноваций на отечественном авторынке, а также практические примеры внедрения.

Как 3D-печать используется в автомобилестроении

Аддитивные технологии эффективно решают следующие задачи автомобильного производства:

создание функциональных прототипов;
создание выжигаемых и выплавляемых моделей для литья ;
производство оснастки и пресс-форм;
мелкосерийное производство.

Прототипирование позволит оптимизировать производство тем предприятиям, которые занимаются выпуском автомобилей (но не сборкой готовых моделей), а также производителям автокомпонентов, поставляемых на конвейер.

Средствами топологической оптимизации проектировщик может задать практически любую необходимую геометрию детали и вносить изменения в дизайн на более поздних этапах разработки. 3D-модель передается из САПР на 3D-принтер, который в короткие сроки печатает прототипы, оснастку или пресс-формы для литья изделий . Тем самым сокращаются расходы на производство, сроки разработки продукта и его вывода на рынок. В частности, предприятие может наладить оперативное изготовление компонентов, приурочив его к выпуску автомобиля.

Благодаря 3D-печати завод Nissan в Санкт-Петербурге сэкономил в 2017 году более 1 млн рублей, не заказывая производство оснастки на стороне

Оснастку и изделия, которые отвечают необходимым прочностным характеристикам, можно выпускать непосредственно на заводе, имея всего лишь один 3D-принтер. Он будет печатать различные по номенклатуре детали, что невозможно при использовании станков и других традиционных инструментов.

Технологии, в основном применяемые для прототипирования:

FDM (моделирование методом послойного наплавления);
SLS (селективное лазерное спекание).

Оснастка и пресс-формы, которые печатаются из пластиков и фотополимерной смолы , будут в разы дешевле металлических.

Изготавливать функциональные изделия можно и на металлических 3D-принтерах (например, по SLM-технологии). 3D-печать металлом также подходит при выпуске небольших партий, в том числе при создании кастомизированных продуктов. Новейшие разработки в области металлических порошков открыли путь к изготовлению более легких, более плотных, а в отдельных случаях – более прочных деталей. Благодаря топологической оптимизации на 3D-принтере можно выращивать компоненты сложной формы и фактуры (с ячеистой структурой, внутренними каналами и т.п.), в том числе цельнометаллические, которые раньше собирались из нескольких элементов.

Западный опыт: цифры и факты

Команда Renault Sport Formula One одной из первых стала применять 3D-печать для прототипирования. Сегодня небольшой группе инженеров предоставлена возможность производить сотни деталей в неделю для испытаний в аэродинамической трубе, разрабатывать инновационные детали для проведения испытаний и установки на болиды и в целом ускорить процесс НИОКР. Благодаря технологиям SLA и SLS от 3D Systems изготовление сложных автомобильных деталей занимает не недели, а всего несколько часов.

BMW одной из первых среди автомобильных компаний напечатала на 3D-принтере партию из нескольких тысяч металлических деталей для модели BMW i8 Roadster. Мягкая складная крыша этого родстера имеет изготовленный аддитивным способом компонент из алюминиевого сплава с инновационным бионическим дизайном, повторяющим природные формы. Новое изделие имеет более высокую степень жесткости по сравнению с аналогом, который производился методом литья под давлением, а также меньший вес.

Компания Steeda Autosports , крупнейший производитель аксессуаров для Ford, использует технологию полноцветной 3D-печати для создания прототипов разнообразных компонентов – от колпачка масленки до литых труб системы холодного впуска. Результат: срок выхода продукта на рынок сокращается на несколько недель, и на каждом изделии экономится 3000 долларов за счет снижения расходов на мехобработку и создание литейных форм.

Michelin производит на металлических 3D-принтерах вставку в пресс-форму для разделителя ламелей – самых изнашиваемых элементов покрышки. Выбор новой технологии, вместо применявшихся ранее штамповки и фрезеровки, обусловлен мелкозернистой структурой металла, лучшей теплопроводностью и, как следствие, меньшим износом.

Еще больше историй внедрения - в нашем блоге!

Ждет ли Россию бум аддитивных технологий?

В конце лета – начале осени в Москве прошло несколько крупных международных мероприятий автомобильной отрасли , на которых побывали специалисты iQB Technologies . Прежде всего, это Московский автосалон, где мы увидели множество перспективных отечественных разработок. Всеобщее внимание привлекло семейство автомобилей представительского и высшего класса «Аурус» (проект «Кортеж») и новинки ВАЗа, закрывшего свою «классическую» программу и показавшего «Весту», обновленную «Гранту», а также концепт новой «Нивы 4х4». Яндекс продолжает с успехом продвигать свой проект беспилотных авто, и посетители автосалона могли совершить захватывающую поездку в такси без водителя. Но самой, пожалуй, обсуждаемой разработкой сезона стал концепт электрокара CV-1 в корпусе старого «москвича», представленный «Калашниковым» на военно-техническом форуме «Армия-2018». Можно констатировать, что российский автопром медленно, но верно движется в общемировом направлении.

Пик продаж на авторынке России пришелся на 2012 год, затем начался спад, преодолеть который пока не удается. Улучшить ситуацию призвана стратегия развития автомобилестроения на 2018-2025 годы , разработанная Правительством Российской Федерации. В ней четко определены приоритетные задачи отрасли – увеличение выпуска собственных моделей автомобилей и качественных автокомпонентов, а также налаживание связей между производителями автокомпонентов. При этом локализация должна составлять не менее 70%.

Новинки Московского автосалона: Aurus «Сенат» - российский автомобиль представительского класса

Если в 1990-е годы Россия практически не выпускала автомобилей, закупая подержанные в Японии или Германии, то в начале 2000-х в стране действовало уже 15 крупных автозаводов. Понятно, что при реальной локализации в 50-70% значительная часть добавленной стоимости на детали создается за рубежом (они поставляются и собираются на конвейере в России), но сегодня мы полностью обеспечиваем свой внутренний рынок. Самые востребованные модели – такие, как Solaris, Polo, Rapid – выпускаются в России.

Согласно правительственной стратегии, процент бюджета предприятий, который закладывается в инновации и новые разработки, сейчас составляет порядка 15%. Поставлена цель довести этот показатель до общемирового показателя – 25-30%, и это открывает хорошие перспективы для внедрения 3D-технологий в российском автопроме.

Для отечественных автопроизводителей аддитивное направление – пока что почти не освоенная территория, поэтому информации о применении 3D-технологий крайне мало. Газета «Ведомости» сообщает, что группа «ГАЗ» , по словам ее представителя, использует 3D-печать для прототипирования деталей машин. По данным официального сайта Алтайского края , корпорация «КамАЗ» в этом году получила два уникальных 3D-принтера российского производства. Эти установки печатают высокоточные песчаные формы для литья стали.

Говоря о зарубежных производителях в России, приведем пример альянса Renault-Nissan : он начал внедрение аддитивных технологий со своих западноевропейских производств, теперь пришла очередь России. На заводе Nissan в Санкт-Петербурге 3D-принтеры печатают прототипы и оснастку, а также приспособления для калибровки дверей, фар и датчиков. Это позволило предприятию сэкономить за 2017 год более 1 миллиона рублей, не заказывая производство оснастки на стороне. В Москве на предприятии Renault с помощью 3D-принтеров изготавливаются защитные элементы используемых инструментов.

Потенциал 3D-печати для автомобильного рынка

Напечатанные на 3D-принтере выжигаемые литейные модели позволяют Renault Formula One быстро изготавливать крупные металлические детали большой сложности

Итак, 3D-печать позволяет получить производителям автомобилей и автокомпонентов целый ряд преимуществ:

сокращение времени на этапе разработки продукта и литья ;
экономия времени и расходов на изготовление оснастки и пресс-форм;
отказ от услуг подрядчиков-изготовителей оснастки;
проведение технологических экспериментов и функциональное тестирование;
создание геометрически сложных изделий с мелкими деталями, которые невозможно изготовить традиционными методами;
снижение массы детали и экономия используемых материалов за счет топологической оптимизации ;
ускорение выпуска нового продукта или эксклюзивной серии на рынок.

В условиях все более жесткой конкуренции вопрос применения инноваций встает все острее. Во всем мире растет число автопроизводителей, осознавших выгоды 3D-технологий для оптимизации производственного процесса . Как мы увидели, в российской автомобильной промышленности аддитивные методы начали внедряться относительно недавно и используются всего на нескольких крупных предприятиях российских или зарубежных автогигантов.

В сегодняшних российских реалиях внедрение аддитивного производства сталкивается со многими препятствиями, среди которых – недостаточная автоматизация многих заводов и нехватка финансирования. Такие технологии 3D-печати, как селективное лазерное плавление Яков Бондарев

Менеджер уникальных отраслевых проектов по внедрению 3D-технологий в производственный цикл. Ключевое направление работы – автомобилестроение. Яков давно увлечен темой авто- и мотоспорта, коллекционирует мотоциклы, участвовал в любительских соревнованиях. Активно осваивает 3D-моделирование и 3D-печать, современные материалы и технологии в сфере производства. Свободное время Яков посвящает созданию мебели и изделий из дерева, занимается сноубордом и любит путешествовать по России. Девиз: «Учиться никогда не поздно».

Технологическая революция в автопромышленности началась более века назад. Любая технология признана упрощать людям (нам) жизнь. С момента появления первых автомашин наша жизнь стала разнообразней и интересней. Ведь с помощью автотранспортного средства мы можем преодолевать большие расстояния. Появление автоматической трансмиссии упростило нам переключение передач. Круиз-контроль дает возможность отдыхать нашим ногам. Есть множество других технологий делающих поездку на машине истинным отдыхом.

Предлагаем нашим читателям ознакомиться с шестью новыми автотехнологиями в автомобилестроении, которые традиционно и как принято продолжают упрощать для водителя эксплуатацию современного автомобиля. К нашему сожалению, в большинстве автомобилях пока еще отсутствуют представленные нами в данном списке эти новейшие разработки. Для того чтобы та или иная технология конкретно прижилась в автопромышленности необходимо, чтобы прошло какое-то время, за которое данная (любая) разработка доказала бы свою необходимость и стала бы дешеветь по себестоимости.

Не смотря на то, что представленные нами технологии установлены сегодня на немногие еще марки автомобилей, все-равно, по крайней мере этот список дает возможность нашим читателям заглянуть вместе с нами в будущее, где возможно, когда-то, все эти технологии станут обыденным привычным фактором и будут применяться практически на всех без исключения машинах.

1) Автоматический ассистент парковки.

Для многих из нас выходные дни или праздники связаны с поездками в различные торговые центры и магазины, где, как Вы знаете на автопарковке творится просто какой-то тихий ужас. Поиск места для стоянке для своей машины часто оборачивается в головную боль. Даже если Вы и нашли место чтобы припарковаться, то Вы тратите на это не мало времени, которого обычно вечно не хватает. Вам это знакомо друзья? Мы не сомневаемся. Для этого сегодня существует новейшая современная технология от компании "Ауди", которая предлагает автомобилисту свою .

Как это работает? Давайте подробно разберем. Подъехав к торговому центру или магазину Вы выходите из автомобиля около входа, а автомобиль с помощью специальной системы самостоятельно найдет место для стоянки и припаркуется без вашего участия и даже в ваше отсутствие. Когда Вы, после шопинга или посещения магазина при помощи смартфона и специального программного обеспечения, соберетесь сообщить или сообщите своему автомобилю, что вы вышли из ТЦ, для того чтобы он самостоятельно подъехал к месту вашей высадки, то программа с помощью этой системы моментально выполнит вашу команду. Фантастика, не правда ли? А вот и нет. Не так давно представитель компании "Ауди" официально заявил, что данная разработка завершена и начнет в скором времени устанавливаться на некоторые модели автомобилей.

Для ориентации в пространстве автомобиль использует лазерные дальномеры (LIDAR), высокочувствительные видеокамеры для правильной навигации на парковке и спутниковую навигационную систему, которая определяет место нахождение ТС в пространстве. Единственное но, которое мы считае существенным. Для того чтобы данная система полноценно функционировала и не сбивалась необходимо следующее, чтобы на такой автопарковке присутствовали внешние датчики, которые будут сообщать автомобилю координаты свободного места на стоянке.

Со временем, когда такие системы получат массовое распространение, собственники большинства торговых центров наверняка оснастят свои парковки подобными электронными датчиками.

Напомним своим читателям, что во многих современных автомобилях уже похожая система применяется, правда работает она в присутствии водителя, которому необходимо самому нажимать педаль газа и тормоза. Для полуавтоматической парковки необходимо подъехать к свободному парковочному месту, включить ассистент помощи при парковки, а далее нажимая на педаль тормоза или газа по необходимости уже дождаться пока машина сама не припаркуется (руль будет поворачиваться автоматически). Данный ассистент помощи парковки устанавливается на автомобили и .

2) WiFi точка доступа в автомобиле.

Еще несколько лет назад интернет в нашей жизни играл не так уж важную роль. Сегодня же все изменилось. Мы не мыслим жизни без интернет-сети, будь мы на работе или дома. Правда еще остались у нас такие моменты в жизни, когда мы очень редко пользуемся интернетом. К примеру,- в автомобиле. Конечно мы можем войте в сеть со своего смартфона и далее проверить свою электронную почту или зайти на какой-нибудь сайт, допустим- "Одноклассники". А что, если Вам захочется зайти в интернет с определенной целью с которой Вы выходите в сеть со своего стационарного компьютера, или ноутбука, или планшета? Тогда, как быть?

Для таких целей компания " конкретный модуль- 3G/4G, который может раздавать WiFi нескольким электронным гаджетам на расстояние в 150 метров.

Это начинание (ноу-хау) уже подхватили многие автопроизводители. Так например, компания стала оснащать свои автомобили сотовыми модулями, которые раздают WiFi. В том числе такой WiFi модуль сегодня доступен в автомобиле

Компания "General Motors" в течение 2014 - 2015 годов планирует оснастить большинство своих машин такими же сотовыми модулями 4G LTE и высокоскоростной системой раздачи WiFi.

3) Безвоздушные шины.

Так у 80% всех автолюбителей давление в колесах не соответствует их установленным нормам. Причина проста, заключается она в простой лени или в незнании, как проверить давление в колесах или как накачать колесо. Помимо увеличения расхода топлива накачанные не должным образом колеса представляют еще и угрозу безопасности на дороге. Так же часто давление в шинах изменяется и из-за определенных перепадов температур на улице. Если шины недостаточно накачены, то это приводит их к преждевременному износу. Как можно решить проблему, чтобы постоянно не заниматься накачкой колес?

Сегодня для этого есть решение, которое непосредственно связано с новейшей разработкой компании "Bridgestone". После нескольких лет исследований производитель резины создал . Вместо воздуха внутри этих шин имеется микросетка из жесткой резины. которая по сути и сохраняет свою форму и форму колеса даже при экстремальных нагрузках. Поскольку шине не нужен воздух, то при проколе колеса (шины) автомобиль может свободно продолжать свой путь без всякой опасности. Термопластичный материал использующийся при изготовлении безвоздушных шин (в том числе и протектор) изготовлен из вторичного сырья, в результате чего эти концептуальные шины являются экологически чистыми и значимыми по сравнению с обычной традиционной резиной.

Пока компания "Bridgestone" не сообщает о точной дате начала массового производства этих инновационных шин. Но есть шанс, что такие экологичные шины уже в ближайшие 5 -10 лет будут устанавливаться на многие марки автомобилей.

4) Система индикации заполнения шин воздухом.

Пока мы мечтаем о безвоздушных шинах компания " " разработала новую систему уведомления о заполнении воздухом шины (колеса). Так например, на автомобиле Altima 2014 (2015 Nissan Teana) появилась новая система, которая показыват водителю при накачке шин внутреннее их давление, или когда это давление достигнет нормы. А как это работает? Ничего сложного. Если Вы решили накачать колесо возле своего дома, или работы, или на АЗС, то подсоеденив насос напрямую к колесу Вы сразу же увидите, как начали моргать передние противотуманные фары или поворотники (в зависимости от модификации).

Пока будет накачиваться колесо противотуманная(ые) фара(ы) будет(ут) мигать и сообщать вам о том, что колесо (шина) накачивается. Как только давление в колесе достигнет необходимой нормы в соответствии с заданными параметрами от производителя, то автомобиль сам подаст сигнал клаксоном а мигание лампочки в противотуманной(ых) фаре(ах) прекратиться. Вот и весь секрет.

5) Умные фары.

Вождение автомобиля ночью во время дождя или когда идет снег занятие трудное и очень напряженное, так как видимость на дороге при таких условиях очень плохая и желает оставлять лучшего. А дело все в том, что наши автомобильные фары освещают не только саму дорогу, но и капли дождя или частицы снега, что создает нашим глазам большую существенную помеху для четкого обозрения (обзора) дороги. Исследователи из Университета Карнеги-Меллона разработали определенную систему фар, которые позволяют улучшить Ваш обзор видимости в плохие погодные условия. Данная система состоит:- из видеокамеры, проектора, лазерного делителя луча и компьютерного блока на базе процессора Intel.

Для того, чтобы снег или дождь не создавал Вам при свете фар больших помех для обзора видимости, то камера сама определяет в верхнем поле вашего зрения, где будет падать капля дождя или снега и далее, самостоятельно уже проецирует перед Вашими глазами полностью обесцвеченную помеху в виде этих осадков. Весь этот процесс занимает 13 миллисекунд.(!) Как заявляют сами разработчики скорость такого проецирования можно и увеличить.

Технологии связанные с автомобильными фарами развиваются не так быстро, как допустим, тажа электроника. , которые максимум что умеют, это поворачивать линзы фар при повороте вправо-влево и автоматически выключать дальний свет при приближении к вам встречного автомобиля. К сожалению друзья, но факт остается фактом, чтобы фары стали действительно "умными" необходим какой-то существенный скачок технологий. И кто знает, может именно разработка ученых из Университета Карнеги-Меллона станет этим ожидаемым прорывом в технологиях автомобильных фар. Поживем и подождем.

6) Гидрофобное покрытие автомобильных окон.

Некоторые новые модели автомобилей Cadenza 2014 года производитель впервые оснастил гидрофобными боковыми окнами. Что это такое? Обычное стекло автомашины покрывается специальным гидрофобным покрытием, которое защищает стекло от сколов или повреждений, то есть не дает стеклу загрязняться и пачкаться теми же каплями воды. Покрытие отталкивает воду и весь собирающийся конденсат. Данное покрытие достаточно улучшает видимость в дождливую погоду и облегчает процесс сушки стекол после мойки.

К нашему сожалению пока нам больше ничего не известно, какие автопроизводители оснащают сегодня свои машины этими гидрофобными окнами.

Вы наверно удивлены друзья, что именно на Корейском автомобиле была впервые применена технология гидрофобных окон? Или не очень? Но в этом как-раз и нет ничего удивительного. Автомобильные технологии, развивающиеся последнее время удвоенными темпами часто стали появляться совсем на недорогих марках и моделях машин. И связано это в первую очередь с тем, что многие новые технологии становятся по своей себестоимости сегодня не такими уж дорогими и не требуют от производителей многомиллиардных вложений.

Есть мнение, что каждые несколько минут трём людям на планете приходит в голову одна и та же идея. Одни даже не задумываются над ней, другие решают, что она слишком сложна и недостижима, а третьи берут и доводят её до реализации. Именно благодаря таким «третьим», на свете и появляются новые технологи, и совершаются грандиозные открытия.

В сфере автомобильной промышленности без нововведений не обойтись. Мировые производители стараются сделать свою продукцию более качественной, эксклюзивной. Автомобили становятся всё быстрее, мощнее, легче, безопаснее и «умнее». На смену механике и человеку приходят компютеры-автоматы. Последние годы большинство нововведений, так или иначе, нацелены на наибольшую экономичность и экологическую безопасность.

Постепенно всё большую популярность приобретают автомобили гибриды. В этих машинах для работы используются два вида источников энергии. Чаще всего это обычный двигатель внутреннего сгорания и электродвигатель или двигатель, работающий за счёт сжатого воздуха. Изобретение такого вида автомобилей позволило обеспечить значительную экономичность. Последняя была достигнута путём установки топливного двигателя с меньшей мощностью, полной его остановкой в режиме холостого хода, а так же меньшим количеством необходимых дозаправок топливом и, как следствие, потерей времени на автозаправочных станциях. Эти же особенности гибридных автомобилей обуславливают и их большую, в сравнении с обычными автомобилями, экологичность – меньше вредных выбросов, реже, чем в электромобилях необходимость в новом аккумуляторе и утилизации старого.

Но помимо новшеств в энергетических источниках, активно разрабатываются новые материалы для изготовления деталей автомобилей. Так, американская компания разрабатывает новейший биопластик, на 100% состоящий из растительных компонентов, а именно – из волокон кожуры томатов, остающейся при производстве томатного кетчупа. Для этих целей производители автомобилей планируют оформить договорённость с компанией по производству кетчупов Heinz. Последние, в свою очередь, перерабатывают порядка двух миллионов тонн томатов в год для своей продукции. Представители компании Ford сообщили, что намереваются делать из нового пластика детали отделки и крепежи для проводов. Стоит заметить, что на сегодняшний день автомобильная компания уже использует растительные материалы в своём производстве, например, такие как шелуха риса или кокосовая скорлупа.

Японские производители автомобилей Маzda так же работают над производством нового вида пластика на основе растительного сырья. Основная идея заключается в том, что детали кузова, сделанные из данного пластика, не будут нуждаться в дополнительном нанесении эмали. Детали из изначально покрашенного пластического материала обладают глубоким и устойчивым цветом и совершенно зеркальной поверхностью. Помимо этого, царапины на таком материале будут практически не видны. Новинку планируется начать использовать в 2015 году для последней модели .

Немецкие специалисты компании так же не отстают и предлагают использовать для производства кузовных деталей бумажные отходы. В качестве примера они продемонстрировали экспериментальную деталь капота, выполненную из трёхслойного материала, в котором внешние слои – это композитный материал, а внутренний слой выполнен из прессованного картона. Производство автомобильных деталей из предложенного материала не только явится решением вопроса лёгкости и экономичности конструкции, но и окажет благотворительное влияние на проблему утилизации отходов и безопасности пешеходов – значительно более легкая конструкция при столкновении нанесет меньшие травмы, нежели использующаяся сейчас.

Министерство образования и науки

Республики Казахстан

Второй раздел «Основы ремонта автомобилей» является основным по назначению и содержанию дисциплины. В этом разделе излагаются методы обнаружения скрытых дефектов деталей, технологии их восстановления, контроля при комплектации, мтоды сборки и испытания узлов и автомобиля в целом.

Целью написания конспекта лекций является изложение курса в объеме программы дисциплины наиболее кратко и обеспечение студентов учебным пособием , позволяющим им выполнять самостоятельную работу в соответствии с программой дисциплины «Основы технологии производства и ремонта автомобилей» для студентов.

1 Основы технологии автомобилестроения

1.1 Основные понятия и определения

1.1.1 Автомобилестроение как отрасль массового

машиностроения

Автомобилестроение относится к массовому производству – наиболее эффективному. Производственный процесс автозавода охватывает все этапы производства автомобилей : изготовление заготовок деталей, все виды их механической, тепловой, гальванической и других обработок, сборку узлов, агрегатов и машины, испытание и окраску, технический контроль на всех стадиях производства, транспортировку материалов, заготовок, деталей, узлов и агрегатов на хранение на складах.

Производственный процесс автозавода осуществляется в различных цехах, которые по своему назначению делятся на заготовительные, обрабатывающие и вспомогательные. Заготовительные – литейные, кузнечные, прессовые. Обрабатывающие – механические, термические, сварочные, окрасочные. Заготовительные и обрабатывающие цехи относятся к основным цехам. К основным цехам относятся также модельный, ремонтно-механический, инструментальный и т. п. Цехи, занятые обслуживанием основных цехов, являются вспомогательными: электроцех, цех безрельсового транспорта.

1.1.2 Этапы развития автомобилестроения

Первый этап – до Великой отечественной войны. Строительство

автомобильных заводов с технической помощью иностранных фирм и постановка на производство автомобилей зарубежных марок: АМО (ЗИЛ) – форд, ГАЗ-АА – форд. Первый легковой автомобиль ЗИС-101 в качестве аналога был использован американский Бьюик (1934г.).

Завод имени Коммунистического интернационала молодежи (Москвич) выпускал легковые автомобили КИМ-10 на базе английского «Форда Префект». В 1944 году были получены чертежи, оборудование и оснастка для изготовления автомобиля «Опель».

Второй этап – после окончания войны и до распада СССР (1991) Строятся новые заводы: Минский, Кременчугский, Кутаисский, Уральский, Камский, Волжский, Львовский, Ликинский.

Разрабатываются отечественные конструкции и осваивается производство новых машин: ЗИЛ-130, ГАЗ-53, КрАЗ-257, КамАЗ-5320, Урал-4320, МАЗ-5335, Москвич-2140, УАЗ -469 (Ульяновский завод), ЛАЗ-4202, микроавтобус РАФ (Рижский завод), автобус КАВЗ (Курганский завод) и другие.

Третий этап – после распада СССР.

Заводы распределились по разным странам – бывшим республикам СССР. Нарушились производственные связи. Многие заводы прекратили производство автомобилей или резко сократили объемы. Крупнейшие заводы ЗИЛ, ГАЗ освоили малотоннажные грузовики ГАЗель, Бычок и их модификации. На заводах начали разрабатывать и осваивать типоразмерный ряд автомобилей разных назначений и разной грузоподъемности.

В Усть-Каменогорске освоено производство автомобилей «Нива» Волжского автозавода.

1.1.3 Краткий исторический очерк развития науки

о технологии машиностроения.

В первый период развития автомобилестроения производство автомобилей носило мелкосерийный характер, технологические процессы выполнялись рабочими высокой квалификации, трудоемкость изготовления автомобилей была высокой.

Оборудование, технология и организация производства на автомобильных заводах были для того времени передовыми в отечественном машиностроении. В заготовительных цехах использовались машинная формовка и конвейерная заливка опок, паровоздушные молоты, горизонтально-ковочные машины и другое оборудование. В механосборочных цехах применялись поточные линии, специальные и агрегатные станки, оснащенные высокопроизводительными приспособлениями и специальным режущим инструментом. Общая и узловая сборка производилась поточным методом на конвейерах.

В годы второй пятилетки развитие технологии автостроения характеризуется дальнейшим освоением принципов поточно-автоматизированного производства и увеличением выпуска автомобилей.

Научные основы технологии автостроения включают выбор метода получения заготовок и базирование их при обработке резанием с обеспечением высокой точности и качества, методику определения эффективности разработанного технологического процесса, методы расчета высокопроизводительных приспособлений, повышающих эффективность процесса и облегчающих труд станочника.

Решение проблемы повышения эффективности производственных процессов потребовало внедрения новых автоматических систем и комплексов, более рационального использования исходных материалов, приспособлений и инструментов, что является основным направлением работы ученых научно-исследовательских организаций и учебных заведений.

1.1.4 Основные понятия и определения изделия, производственного и технологических процессов, элементов операции

Изделие характеризуется большим разнообразием свойств: конструктивных, технологических и эксплуатационных.

Для оценки качества изделий машиностроения используют восемь видов показателей качества: показатели назначения, надежности, уровня стандартизации и унификации, технологичности, эстетические, эргономические, патентно-правовые и экономические.

Совокупность показателей можно разделить на две категории:

Показатели технического характера, отражающие степень пригодности изделия к использованию его по прямому назначению (надежность, эргономика и т. д.);

Показатели экономического характера, показывающие непосредственно или косвенно уровень материальных, трудовых и финансовых затрат на достижение и реализацию показателей первой категории, во всех возможных сферах проявления (создания, производства и эксплуатации) качества изделия; показатели второй категории включают в основном показатели технологичности.

Как объект проектирования изделие проходит ряд стадий по ГОСТ 2.103-68.

Как объект производства изделие рассматривается с позиций технологической подготовки производства, методов получения заготовок, обработки, сборки, испытания и контроля.

Как объект эксплуатации изделие анализируется по соответствию эксплуатационных параметров техническому заданию ; удобству и сокращению трудоемкости подготовки изделия к функционированию и контролю его работоспособности, удобству и сокращению трудоемкости профилактических и ремонтных работ , требуемых для повышения срока службы и восстановления работоспособности изделия, по сохранению технических параметров изделия в период длительного хранения.

Изделие состоит из деталей и узлов. Детали и узлы могут соединяться в группы. Различают изделия основного производства и изделия вспомогательного производства .

Деталь – элементарная часть машины, изготовленная без применения сборочных приспособлений.

Узел (сборочная единица) – разъемное или неразъемное соединение деталей.

Группа – соединение узлов и деталей, являющихся одной из основных составных частей машин, а также совокупность узлов и деталей, объединенных общностью выполняемых функций.

Позиция – фиксированное положение, занимаемое неизменно закрепленной обрабатываемой заготовкой или собираемой сборочной единицей совместно с приспособлением относительно инструмента или неподвижной части оборудования для выполнения определенной части операции.

Технологический переход – законченная часть технологической операции, характеризуемая постоянством применяемого инструмента и поверхностей, образуемых обработкой или соединяемых при сборке.

Вспомогательный переход – законченная часть технологической операции, состоящая из действий человека и (или) оборудования, которые не сопровождаются изменением формы, размеров и чистоты поверхности, но необходимы для выполнения технологического перехода, например, установка заготовки, смена инструмента.

Рабочий ход – законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, сопровождаемого изменением формы, размеров, чистоты поверхности или свойств заготовки.

Вспомогательный ход – законченная часть технологического перехода, состоящая из однократного перемещения инструмента относительно заготовки, не сопровождаемого изменением формы, размеров, чистоты поверхности или свойств заготовки, но необходимого для выполнения рабочего хода.

Технологический процесс может быть выполнен в виде типового, маршрутного и операционного.

Типовой технологический процесс характеризуется единством содержания и последовательности большинства технологических операций и переходов для группы изделий с общими конструктивными признаками.

Маршрутный технологический процесс выполняется по документации, в которой содержание операции излагается без указания переходов и режимов обработки.

Операционный технологический процесс выполняется по документации, в которой содержание операции излагается с указанием переходов и режимов обработки.

1.1.5 Задачи, решаемые при разработке технологического

процесса

Основной задачей разработки технологических процессов является обеспечение при заданной программе выпуска деталей высокого качества при минимальной себестоимости. При этом производится:

Выбор способа изготовления и заготовки;

Выбор оборудования с учетом имеющегося на предприятии;

Разработка операций обработки;

Разработка приспособлений для обработки и контроля;

Выбор режущего инструмента.

Технологический процесс оформляется в соответствии с Единой системой технологической документации (ЕСТД) – ГОСТ 3.1102-81

1.1.6 Виды машиностроительных производств.

В машиностроении различают три типа производств: единичное, серийное и массовое.

Единичное производство характеризуется изготовлением небольших количеств изделий разнообразных по конструкции, применением универсального оборудования, высокой квалификацией рабочих и более высокой себестоимостью продукции по сравнению с другими типами производства. К единичному производству на автозаводах относятся изготовление опытных образцов автомобилей в экспериментальном цехе, в тяжелом машиностроении – производство крупных гидротурбин, прокатных станов и т. п.

В серийном производстве изготовление деталей осуществляется партиями, изделий сериями, повторяющимися через определенные промежутки времени. После изготовления данной партии деталей производится переналадка станков на выполнение операций той же или другой партии. Серийное производство характеризуется применением как универсального, так и специального оборудования и приспособлений, расстановкой оборудования как по типам станков, так и по технологическому процессу.

В зависимости от величины партии заготовок или изделий в серии различают мелкосерийное, средне - и крупносерийное производства. К серийному производству относятся станкостроение, производство стационарных двигателей внутреннего сгорания, компрессоров.

Массовым производством называется производство, при котором изготовление однотипных деталей и изделий ведется непрерывно и в большом количестве в течении длительного времени (несколько лет). Массовое производство характеризуется специализацией рабочих на выполнение отдельных операций, применением высокопроизводительного оборудования, специальных приспособлений и инструмента, расположением оборудования в последовательности, соответствующей выполнению операции, т. е. по потоку, высокой степенью механизации и автоматизации технологических процессов. В технико-экономическом отношении массовое производство является наиболее эффективным. К массовому производству относятся автомобилестроение и тракторостроение.

Приведенное деление машиностроительного производства по типам является в известной мере условным. Провести резкую грань между массовым и крупносерийным производствами или между единичным и мелкосерийным затруднительно, поскольку принцип поточно-массового производства в той или иной мере осуществляется в крупносерийном и даже в среднесерийном производстве, а характерные особенности единичного производства свойственны мелкосерийному производству.

Унификация и стандартизация изделий машиностроения способствует специализации производства, сокращению номенклатуры изделий и увеличению объемов их выпуска, а это позволяет шире применять поточные методы и автоматизацию производства.

1.2 Основы точности механической обработки

1.2.1 Понятие точности обработки. Понятие о случайных и систематических погрешностях. Определение суммарной ошибки

Под точностью изготовления детали понимается степень соответствия ее параметров параметрам, заданным конструктором в рабочем чертеже детали.

Соответствие деталей – реальной и заданной конструктором – определяется следующими параметрами:

Точностью формы детали или ее рабочих поверхностей, характеризуемой обычно овальностью, конусностью, прямолинейностью и другими;

Точностью размеров деталей, определяемой отклонением размеров от номинальных;

Точностью взаимного расположения поверхностей, задаваемой параллельностью, перпендикулярностью, концентричностью;

Качеством поверхности, определяемым шероховатостью и физико-механическими свойствами (материалом, термообработкой, поверхностной твердостью и другими).

Точность обработки может быть обеспечена двумя методами:

Установкой инструмента на размер способом пробных проходов и промеров и автоматическим получением размеров;

Наладкой станка (установка инструмента в определенное положение относительно станка один раз при его наладке на операцию) и автоматическим получением размеров.

Точность обработки в процессе выполнения операции достигается автоматически контролем и подналадкой инструмента или станка при выходе деталей из поля допуска.

Точность находится в обратной зависимости от производительности труда и стоимости обработки. Стоимость обработки резко возрастает при высоких точностях (рисунок 1.2.1, участок А), а при низких – медленно (участок В).

Экономическая точность обработки обуславливается отклонениями от номинальных размеров обрабатываемой поверхности, полученных в нормальных условиях при использовании исправного оборудования, стандартного инструмента, средней квалификации рабочего и при затратах времени и средств, не превышающих эти затраты при других сопоставимых способах обработки. Она зависит также от материала детали и припуска на обработку.

Рисунок 1.2.1 – Зависимость стоимости обработки от точности

Отклонения параметров реальной детали от заданных параметров называются погрешностью.

Причины возникновения погрешностей при обработке:

Неточность изготовления и износ станка и приспособлений;

Неточность изготовления и износ режущего инструмента;

Упругие деформации системы СПИД;

Температурные деформации системы СПИД;

Деформации деталей под влиянием внутренних напряжений;

Неточность настройки станка на размер;

Неточность установки, базирования и измерения.

Жесткостью https://pandia.ru/text/79/487/images/image003_84.gif" width="19" height="25">, направленной по нормали к обрабатываемой поверхности, к смещению лезвия инструмента, измеренному в направлении действия этой силы (Н/мкм).

Величина обратная жесткости называется податливостью системы (мкм/Н)

Деформация системы (мкм)

Температурные деформации.

Теплота, образующаяся в зоне резания распределяется между стружкой, обрабатываемой заготовкой, инструментом и частично рассеивается в окружающую среду. Например, при токарной обработке в стружку отходит 50…90% теплоты, в резец 10…40%, в заготовку 3…9%, в окружающую среду 1%.

Из-за нагрева резца в процессе обработки удлинение его достигает 30…50 мкм.

Деформация от внутреннего напряжения.

Внутренние напряжения возникают при изготовлении заготовок и в процессе их механической обработки. В литых заготовках, штамповках и поковках возникновение внутренних напряжений происходит из-за неравномерного охлаждения, а при термической обработке деталей - по причине неравномерного нагрева и охлаждения и структурных превращений. Для полного или частичного снятия внутренних напряжений в литых заготовках их подвергают естественному или искусственному старению. Естественное старение происходит при длительной выдержке заготовки на воздухе. Искусственное старение осуществляется путем медленного нагрева заготовок до 500…600font-size:14.0pt">Для снятия внутренних напряжений в штамповках и поковках их подвергают нормализации.

Неточность настройки станка на заданный размер связана с тем, что при установке режущего инструмента на размер с помощью измерительных средств или по готовой детали возникают погрешности, влияющие на точность обработки. На точность обработки оказывает влияние большое число разнообразных причин, вызывающих систематические и случайные погрешности.

Суммирование погрешностей производится по следующим основным правилам:

Систематические погрешности суммируются с учетом их знака, т. е. алгебраически;

Суммирование систематических и случайных погрешностей производится арифметически, поскольку знак случайной погрешности заранее неизвестен (наиболее неблагоприятный результат);

- случайные погрешности суммируются по формуле:

Font-size:14.0pt">где - коэффициенты, зависящие от вида кривой

распределения составляющих погрешностей.

Если погрешности подчиняются одному закону распределения, то .

Тогда font-size:14.0pt">1.2.2 Различные виды установочных поверхностей деталей и

правило шести точек. Базы конструкторские, сборочные,

технологические. Погрешности базирования

Рисунок 1.2.2 – Положение детали в системе координат

Для лишения шести степеней свободы заготовки требуется шесть неподвижных опорных точек, расположенных в трех перпендикулярных плоскостях. Точность базирования заготовки зависит от выбранной схемы базирования, т. е. схемы расположения опорных точек на базах заготовки. Опорные точки на схеме базирования изображают условными знаками и нумеруют порядковыми номерами, начиная с базы, на которой располагается наибольшее количество опорных точек. В этом случае число проекций заготовки на схеме базирования должно быть достаточным для четкого представления о размещении опорных точек.

Базой называется совокупность поверхностей, линий или точек детали (заготовки), по отношению к которым ориентируют другие поверхности детали при обработке или измерении, или по отношению к которым ориентируют другие детали узла, агрегата при сборке.

Конструкторским базами называют поверхности, линии или точки, относительно которых на рабочем чертеже детали конструктор задает взаимное положение других поверхностей, линий или точек.

Сборочными базами называют поверхности детали, определяющие ее положение относительно другой детали в собранном изделии.

Установочными базами называют поверхности детали, с помощью которых ее ориентируют при установке в приспособлении или непосредственно на станке.

Измерительными базами называют поверхности, линии или точки, относительно которых производят отсчет размеров при обработке детали.

Установочные и измерительные базы используются в технологическом процессе обработки детали и называются технологическими базами.

Основными установочными базами называют поверхности, используемые для установки детали при обработке, которыми детали ориентируются в собранном узле или агрегате относительно других деталей.

Вспомогательными установочными базами называют поверхности, которые для работы детали в изделии не нужны, но специально обрабатываются для установки детали при обработке.

По месту расположения в технологическом процессе установочные базы делятся на черновые (первичные), промежуточные и чистовые (окончательные).

При выборе чистовых баз следует по возможности руководствоваться принципом совмещения баз. При совмещении установочной базы с конструкторской базой погрешность базирования равна нулю.

Принцип единства баз – данную поверхность и поверхность, являющуюся по отношению к ней конструкторской базой, обрабатывают, пользуясь одной и той же базой (установочной).

Принцип постоянства установочной базы состоит в том, что на всех технологических операциях обработки используют одну и ту же (постоянную) установочную базу.

Рисунок 1.2.3 – Совмещение баз

Погрешностью базирования называется разность предельных расстояний измерительной базы относительно установленного на размер инструмента. Погрешность базирования имеет место при несовмещении измерительной и установочной баз заготовки. В этом случае положение измерительных баз отдельных заготовок в партии будет различным относительно обрабатываемой поверхности.

Как погрешность положения, погрешность базирования влияет на точность выполнения размеров (кроме диаметральных и связывающих единовременно обрабатываемые поверхности одним инструментом или одной инструментальной наладкой), на точность взаимного положения поверхностей и не влияет на точность их форм.

Погрешность установки заготовки:

где - неточность базирования заготовки;

Неточность формы базирующих поверхностей и зазоров меж -

ду ними и опорными элементами приспособлений;

Погрешность закрепления заготовки;

Погрешность положения установочных элементов приспособ -

ления на станке.

1.2.3 Статистические методы регулирования качества

технологического процесса

Статистические методы исследования позволяют оценивать точность обработки по кривым распределения действительных размеров деталей, входящих в партию. При этом различают три вида погрешностей обработки:

Систематические постоянно действующие;

Систематические закономерно изменяющиеся;

Случайные.

Систематические постоянные погрешности легко обнаруживаются и устраняются подналадкой станка.

Погрешность называется систематической закономерно изменяющейся, если в процессе обработки наблюдается закономерность в изменении погрешности детали, например под влиянием износа лезвия режущего инструмента.

Случайные погрешности возникают под действием многих причин, не связанных между собой какой-либо зависимостью, поэтому заранее нельзя установить закономерность изменения и величину погрешности. Случайные погрешности вызывают рассеивание размеров в партии деталей, обрабатываемых в одинаковых условиях. Размах (поле) рассеивания и характер распределения размеров деталей определяют по кривым распределения. Для построения кривых распределения производят измерение размеров всех деталей, обрабатываемых в данной партии, и разбивают их на интервалы. Затем определяют количество деталей в каждом интервале (частость) и строят гистограмму . Соединив средние значения величин интервалов прямыми линиями, получаем эмпирическую (практическую) кривую распределения.

Рисунок 1.2.4 – Построение кривой распределения размеров

При автоматическом получении размеров деталей, обрабатываемых на предварительно настроенных станках, распределение размеров подчиняется закону Гаусса – закону нормального распределения.

Дифференциальная функция (плотность вероятности) кривой нормального распределения имеет вид:

гле - переменная случайная величина;

Среднее квадратическое отклонение случайной величины https://pandia.ru/text/79/487/images/image025_22.gif" width="25" height="27">;

Среднее значение (математическое ожидание) случайной ве

Основание натуральных логарифмов.

Рисунок 1.2.5 – Кривая нормального распределения

Среднее значение значение случайной величины:

Среднеквадратическое значение:

Другие законы распределения:

Закон равной вероятности с кривой распределения, имеющей

вид прямоугольника;

Закон треугольника (закон Симпсона);

Закон Максвелла (рассеивание величин биения, дисбаланса, эксцентриситета и т. п.);

Закон модуля разности (распределение овальности цилиндрических поверхностей, непараллельности осей, отклонение шага резьбы).

Кривые распределения не дают представления об изменении рассеивания размеров деталей во времени, т. е. в последовательности их обработки. Для регулирования технологического процесса и контроля качества применяется метод медиан и индивидуальных значений и метод средних арифметических значений и размеров https://pandia.ru/text/79/487/images/image031_21.gif" width="53" height="24">, который по своему назначению больше, чем метод shortcodes">