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Engineering & Design – Materials Engineeringluglio 2010

Automobili e Materiali

Engineering & Design – Materials Engineering

Produzione auto nel mondo

• Nel 2009 sono state prodotte circa 62 milioni di auto contro i 70 del 2008.

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2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

CHINAJAPANGERMANYFRANCEITALYUKSPAINUSARUSSIABRAZILS. KOREAMEXICOCANADA

Mili

oni d

i vettu

re

YEAR


• La tendenza è quella di spostare la produzione nei paesi attualmente detti in via di

sviluppo…


Come son fatte le auto?


CARROZZERIA - GENERALITA’


Inoltre parlando di carrozzeria portante adottiamo le seguenti definizioni:– Carrozzeria è il componente del veicolo che comprende tutta la struttura atta al contenimento del carico (per intenderci tutto ciò che rimane nel veicolo eliminando l’autotelaio di meccanica, il motore, il cambio e gli impianti elettrico, alimentazione, aspirazione, raffreddamento e scarico);– Scocca è la parte propriamente resistente della carrozzeria, ovvero ciò che rimane di essa eliminando finizioni ed accessori;– Autotelaio di carrozzeria è la parte bassa della carrozzeria destinata a sostenere la maggior parte degli organi meccanici;– Parti estetiche della scocca sono il rimanente della scocca eliminato l’autotelaio di carrozzeria e tutte le parti mobili;– Parti mobili della scocca, sono i componenti in lamiera che sono smontabili senza distruzione di saldature, ovvero porte, coperchi, e talvolta i parafanghi;– Finizioni sono tutte le parti della carrozzeria praticamente prive di funzione strutturale, ma con funzione prevalentemente di comfort o di estetica (ad esempio elementi di tappezzeria, sedili, rivestimenti interni delle porte, guarnizioni, specchi, profilati estetici, ecc.);– Accessori sono tutti i dispositivi che assolvono a funzioni specifiche, quali ad esempio serrature porta, alzacristalli, condizionamento, ecc.

CARROZZERIA - GENERALITA’


SOLLECITAZIONI DELLA

STRADA


La strada sollecita la scocca in modo casuale ovvero ogni ruota si troverà ad affrontare nel caso più generale ostacoli di altezza differente (anche negativa!) in momenti differenti.

La scocca è anche sollecitata dai carichi che essa contiene e che non sono generalmente disposti in modo da essere simmetrici in valore e posizione.

Ecco il perché dell’enorme rilevanza del comportamento della scocca a torsione; inoltre essendo la scocca sostanzialmente una gabbia rivestita di pannelli metallici e vetrature, nella sua torsione si avrà cambiamento degli angoli che formano fra loro le varie travi che compongono la gabbia, con deformazione dei vani che esse individuano.

È facile comprendere come i moti relativi che vengono a crearsi fra elementi deformati della scocca ed elementi indeformati, quali finizioni o parti mobili comportino potenzialmente fastidiosi scricchiolii od usure; per questo motivo la rigidezza torsionale e flessionale della scocca sono grandezze mai abbastanza elevate.


STRADA


Per definire i carichi insistenti sugli assali e per risalire poi da questi ai carichi sulla carrozzeria:

-occorre conoscere la massa a vuoto del veicolo e posizionare su di esso tutte le combinazioni di carichi possibili;

-occorre anche tenere conto degli accessori effettivamente imbarcati;

- nell’omologazione del veicolo devono essere dichiarati

-la massa complessiva a pieno carico, -la massa massima sugli assali, -la massa in ordine di marcia (con i rifornimenti) -il numero massimo di sedili.

Normalmente i valori dichiarati sono unici per un accoppiamento motore motopropulsore e non discriminano il numero di accessori effettivamente imbarcato.


STRADA


LA SCOCCA


L’automobile

La Scocca è la struttura portante del veicolo.

Costituisce l’elemento di integrazione di tutti i sistemi del veicolo (organi di sospensione, motopropulsione, sterzo, elettrici etc) ed accoglie e protegge conducente e passeggeri.

E’ composta basilarmente da un’ossatura di elementi scatolati in lamiera stampata, uniti fra loro e ai pannelli con saldature a punti od a tratti.

Si ripartisce in:

• parte alta di scocca (“Upperbody”):è la parte maggiormente legata allo stile e quindi risulta specifica per ogni modello.

• autotelaio di carrozzeria (“Pianale” o “Underbody”):costituisce l’elemento di collegamento con gli organi di sospensione e motopropulsione, ed essendo meno legato allo stile è quello su cui si realizza il maggior livello di carry-over e di sinergia tra modelli.

Descrizione funzionale


RIGIDEZZA DELLA SCOCCA

TRAVE APPOGGIO

SOSPENSIONI RIGIDEANTERIORI

CERNIERE

TRAVE APPOGGIO

SOSPENSIONI RIGIDE

POSTERIORI

APPOGGI


Le rigidezze della scocca vengono valutate mediante modelli matematici e verificate sperimentalmente mediante una attrezzatura simile a quella in figura, nella quale opportune strutture sollecitano la scocca negli stessi punti di attacco delle sospensioni; nel caso della flessione la scocca è sollecitata in modo concorde e vincolata nel suo baricentro; nel caso della torsione essa è vincolata su un asse e sollecitata sull’altro mediante una coppia pura.

Si valutano normalmente le rigidezze, ovvero i rapporti fra forze e deformazioni e le deformazioni delle diagonali dei vani porta e/o portelloni.

RIGIDEZZA DELLA SCOCCA


RIGIDEZZA DELLA SCOCCA:FLESSIONALE E TORSIONALE


La scocca è il guscio di lamiera saldata che integra le funzioni strutturali e di contenimento del carico.

La figura sottolinea in colore arancione le parti della scocca con funzione prevalentemente strutturale (ossatura) ed in colore grigio gli elementi di rivestimento e completamento.

Occorre comunque sottolineare che anche gli elementi di rivestimento svolgono un ruolo strutturale non trascurabile.

Tra le funzioni strutturali della scocca, occorre annoverare anche quella, fondamentale, di protezione degli occupanti, nel caso in cui la vettura subisca urti esterni.

LA SCOCCA


Per comprendere cosa si intenda per protezione occupanti riferiamoci all’urto contro una barriera rigida a 60 km/h, una delle prove di dimensionamento della scocca;

una vettura di 1000 kg di massa possiede a questa velocità un’energia cinetica (1/2 mv2) di circa 140000 Nm, corrispondente a quella che la vettura avrebbe al termine di una caduta libera da circa 14 metri di altezza!

Questa energia deve essere dissipata senza danneggiare gli occupanti; questa energia cresce con il quadrato della velocità d’urto ed è facile rendersi conto di come sia impossibile costruire un veicolo sicuro in questa prova a qualsiasi velocità.

La carrozzeria è schematicamente composta di due parti: una parte anteriore sacrificale ed una parte centrale di protezione.

LA SCOCCA:PROTEZIONE DEGLI OCCUPANTI


La parte anteriore accorciandosi dopo l’urto assorbe, dissipandola in forma di deformazione plastica, tutta l’energia in gioco; la parte retrostante reagisce alle forze trasmesse, senza significative deformazioni permanenti, e senza restringere così lo spazio vitale dei passeggeri.

È ovvio come debbano esistere degli idonei organi di ritenuta degli occupanti, per impedire il loro urto contro le pareti dell’abitacolo, comunque pericolose anche se indeformate; le accelerazioni in gioco possono raggiungere anche 1000 m/s2.

LA SCOCCA:PROTEZIONE DEGLI OCCUPANTI


LA STRUTTURA DELLA

SCOCCA


La parte strutturale della scocca può essere considerata come un componente unico, in quanto nessuna delle sue parti, normalmente collegate fra loro mediante saldature, può essere smontata mediante operazioni semplici; le denominazioni delle parti della scocca riflettono quindi la funzione che svolgono o richiamano una certa zona di essa.

Gli elementi 1, 12, 6 vengono denominati montanti parabrezza, centrale e posteriore, oppure A, B, C.

L’elemento 15 traversa paraurto anteriore; 4 e 9 sono le traverse pavimento centrale e posteriore; esiste normalmente anche una traversa pavimento anteriore, qui non visibile.

L’elemento 13 è il longherone laterale o brancardo; 3 il longherone del tetto;

l’insieme 3, 13, 14, 12, 11, 6, viene anche denominato anello porta.

18 rappresenta la traversa sottoparabrezza o curvano; 10 la traversa sottolunotto e 7 la traversa paraurto posteriore.

Infine l’elemento 16 rappresenta il puntone anteriore.

LA STRUTTURA DELLA

SCOCCA


LA STRUTTURA DELLA

SCOCCASEZIONEMONTANTECENTRALE

SEZIONELONGHERONELATERALE

SEZIONEMONTANTEPOSTERIORE

SEZIONEMONTANTEANTERIORE

Nelle figure sono mostrate delle sezioni che evidenziano in 12 la struttura del montante centrale ed in 6 la struttura del montante posteriore.Parimenti si nota la sezione del longherone laterale o brancardo e del pavimento 13; si osservi come il longherone sia costituito di tre lamiere distinte saldate fra di loro e come sul pavimento sia saldato un secondo elemento che viene a costituire un secondo longherone centrale.Parimenti il montante centrale è costituito anch’esso di tre lamiere saldate fra di loro.


Gli elementi di chiusura sono il tetto, il pavimento anteriore e posteriore, il parafiamma o cruscotto ed i parafanghi posteriori.

Su questa vettura i parafanghi anteriori non sono rappresentati in quanto smontabili, ovvero montati con viti; talvolta questa soluzione può essere adottata anche per i parafanghi posteriori, sempre per facilità di riparazione dei danni conseguenti agli urti.

Elementi di lamiera sottile saldati fra di loro costituiscono delle cavitàassimilabili a travi, che posseggono una resistenza elevata grazie alla loro forma chiusa.

LA STRUTTURA DELLA SCOCCA


L’automobile

PADIGLIONE

FIANCATA DXPAVIMENTOPOSTERIORE

Vano ruotadi scorta Passaruota

PAVIMENTO CENTRALE

FIANCATA SX

STRUTTURA ANTERIORE

Puntoncinosuperiore

Puntone

Pedana

Tunnel

Parete cruscotto

Componenti principali


L’automobile

Glossario

Longherone: elemento strutturale longitudinale.

Traversa: elemento strutturale trasversale.

“Brancardo”: longherone sottoporta.

Vasca “presa aria”: vasca dei servizi in corrispondenza della traversa sottoluce ove si trovano il motorino ed i leveraggi del tergicristallo.

“Curvano”: traversa sottoparabrezza

“Parafiamma”: è la parete cruscotto, lamiera che isola l’abitacolo dal vano motore

Tunnel: elemento centrale del pavimento del veicolo che si connette anteriormente alla parete cruscotto e posteriormente al pavimento posteriore. Assolve un’importante funzione strutturale e di collegamento.

“Coccodrillo” : elemento fissato internamente al Tunnel al quale vengono collegati i comandi del cambio del freno a mano e della tubazione di scarico. Non più utilizzato sulle nuove vetture.

“Borlotto”: arco passaruota sulla fiancata parafango, individuabile dal motivo di piegatura.


L’automobile

Tipologie della parte alta della scocca

Fiancata

Integrale ( 3, 5 porte) Scomposta (Fam.: 2 vol., 3 vol., SW; più Marchi)

Quadro parabrezza

preassemblato scomposto


L’automobile

Tipologie di Pianali

Puntoni anteriori

alti

bassi *

ELAIO 43

Paratia retroschienale

fissa solo cappelliera strutturale assente

Passaruota posteriore

a pianale

su fiancataELAIO

43

* Architettura piùefficiente

in urto frontale ad alta velocità


L’automobile

I parametri prestazionali

Le principali prestazioni che guidano la progettazione della scocca sono:

• Assorbimento dell’energia e protezione dell’occupante in caso di urto.• La struttura anteriore del veicolo è realizzata secondo un concetto di deformazione

programmata ed appositamente studiata per assorbire l’energia negli urti frontali ad alta velocità, mentre l’abitacolo costituisce una cellula, a defomabilità controllata, a protezione dell’occupante.Analogamente viene studiato il comportamento della scocca agli urti laterali e posteriori.

• Rigidezza torsionale/flessionale e prime frequenze proprie di scocca.Legate alla dinamica del veicolo (es. handling) contribuiscono alla sensazione di solidità e compattezza del veicolo.

• Funzioni di trasferimento acustico/vibrazionali e trasparenza acustica delle pareti:legata alla percezione delle vibrazioni e del rumore.

• Rigidezze statiche e dinamiche locali:valutate su tutti i punti di fissaggio dei principali organi collegati a scocca.

• Durata a fatica: testata con opportune prove affaticanti su banco e su strada.• Protezione dalla corrosione: ottenuta attraverso la zincatura delle lamiere, cataforesi,

trattamento con olio ceroso e verniciatura.


L’automobile

LE PARTI MOBILI


L’automobile

Descrizione funzionale

•Le parti mobili raggruppano i componenti e sistemi delle porte, portelloni, cofani, sportelli baule, cristalli.

•Alle parti mobili è affidato il compito di garantire:

–Accessibilità

–Visibilità–Tenuta aria e acqua dei vani

•I componenti e sistemi delle parti mobili partecipano all’estetica veicolo e al confort cliente (acustico, climatico, tattile,…).

•Inoltre i componenti delle parti mobili contribuiscono al raggiungimento degli obiettivi di sicurezza (urti, anti-effrazione,…).


L’automobile

Componenti perimetro parti mobili

1 - LAMIERATI

• Struttura porta / portellone / cofano / sportello baule / pls

•Traverse anti-intrusione

2 - DISPOSITIVI APERTURA / CHIUSURA

• Serrature porte / portellone / cofani

• Maniglie interne ed esterne

• Portablocchetti

• Tiranteria rigida e bowden collegamento

• Cerniere

• Tiranti porta

• Molle a gas per portellone / cofano


I Materiali

Situazione attuale

• Negli ultimi 30 anni il mix di materiali per i veicoli ad elevati volumiproduttivi non ha subito significative variazioni.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

'70 YEARS '80 YEARS '90 YEARS

METALLICS

OTHERS

PLASTIC

PAINT

ELASTOMERASTOMERGLASS


• In termini di tonn/year (anno 2008):

0

10

20

30

40

50

lam

inat

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lun

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i acc

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(Zn

, Mg

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ro, e

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Mt


I Materiali

• I metalli rimangono la maggiore applicazione (> 70%);

• Interessante è stata ultimamente l’evoluzione delle lamiere metallicheverso formulazioni capaci di garantire una riduzione dei pesi : ad esempio gli High Strength steels.

• Nell’ ambito dei materiali metallici l’acciaio rimane ancora il piùutilizzato (75%), grazie al favorevole rapporto costi/prestazioni;


I Materiali

• Lenta ma costante è stata, negli ultimi 20 anni, la crescita dei polimeri, ma si prevede che non vada oltre gli attuali valori.


I Materiali

2000 YEARS: METALLICS IN THE FIAT’s CARS

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

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100%

'70 YEARS '80 YEARS '90 YEARS

0%

10%

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40%

50%

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100%

STEEL SHEETS

ZINC

MAGNESIUM

ALUMINUM

CAST IRON

FORGED-BARS STEEL

OTHERS

I metalli rimangono la maggiore applicazione (> 70%)

Nell’ ambito dei materialimetallici l’acciaio rimane

ancora il più utilizzato (75%), grazie al favorevole rapporto

costi/prestazioni.


I Materiali

• Le principali linee guida per Fiat nella scelta e sviluppo dei materiali metallici sono:

- Riduzione del peso- Miglioramento delle prestazioni (crash)- Corrosione- Ecologia- Contenimento dei costi

• Riduzione del peso: Fiat si sta focalizzando sullo sviluppo di nuove lamiere in acciaio, Acciai alto resistenziali (HSS) and Acciai Ultra Resistenziali (UHSS), che consentono significative riduzioni in peso. Fiat intende inoltre incrementare l’impiego di alluminio e magnesio

• Corrosione: a partire dagli anni ‘80 Fiat ha introdotto sempre più lamiere zincate. Ciò permette di evitare i problemi di corrosione, incrementando la soddisfazione cliente. Attualmente la Fiat Stilo sta usando il 100% di lamiere zincate

• Ecologia: Fiat è sempre stata sensibile agli impatti ambientali delle fasi di produzione, uso e fine vita. Nel 2000 la Direttiva 2000/53/CE ha introdotto vincoli stringenti per le fasi di progettazione e fine vita del veicolo


I Materiali

PerchPerchèè alleggerirealleggerire

• L’accordo di Kyoto prevede che i principali Paesi Industrializzati riducano mediamente le emissioni di gas serra del 5,2% nel periodo 2008-2012 rispetto al livello del 1990

• L’ UE ha ratificato il protocollo di Kyoto e deve raggiungere una riduzione nelle emissioni di gas serra del 8%

• Sono state poi definite le quote di riduzione che competono a ciascun Stato Membro

• Gli obiettivi del Protocollo di Kyoto appaiono oggi ancora più difficili da raggiungere a seguito dell’aumento delle emissioni di CO2 registrate in questi anni.

Il protocollo di Kyoto:


I Materiali


I Materiali

TOTALEEMISSIONI CO2

FONTINATURALI

95,5%

ATTIVITA’UMANE4,5% COMBUSTIBILI

FOSSILI77,7%

DEFORESTAZIONE22,3%

TRASPORTI24,8%

ALTRO75,2%

ALTRO 23%AUTOCARRI

E ALTRO 28%

TRASPORTISU STRADA

77%

VETTURE72%

ATTIVITA’UMANE

COMBUSTIBILIFOSSILI

TRASPORTI TRASPORTISU STRADA

LE EMISSIONI LE EMISSIONI DIDI COCO22 DELLE VETTURE DELLE VETTURE

RAPPRESENTANO: RAPPRESENTANO:

•• 0,5% DELLE EMISSIONI TOTALI;0,5% DELLE EMISSIONI TOTALI;

•• 10% DELLE EMISSIONI DA ATTIVITA10% DELLE EMISSIONI DA ATTIVITA’’ UMANEUMANE


I Materiali

Contesto legislativo

• A livello UE, NON esiste una legislazione che definisca limiti di emissione di CO2 per le autovetture

• Esiste solo una direttiva relativa alla metodologia di misurazione consumi –CO2 (omologazione – obbligo informazione al pubblico)

Accordo Volontario (1998)

• Accordo volontario Commissione-ACEA: Impegno dei costruttori a raggiungere entro il 2008 un obiettivo di 140 g CO2/km come media delle nuove vetture immatricolate dalle aziende Europee nel loro insieme.

• Nel 2004 analisi dei risultati finora ottenuti (prospettive per il conseguimento dell’obiettivo 2008) e verifica potenzialità ulteriori riduzioni verso obiettivo 120 g/km entro 2012.


I Materiali

Main topics for car manufacturers:

- Reduction of fuel consumption

- Crash resistance increase

- Environmental aspects

- Costs

Cleaner fuels increase such as diesel, methane, LPG

Automotive industry answers:

Increase of electric cars Vehicle weight reduction through the introduction of

lighter materials


I Materiali

Comunicazione della Commissione Europea sulla fiscalita’ dell’auto (CO2)

• La Commissione Europea ha pubblicato nel settembre 2002 una Comunicazione relativa alla tassazione delle autovetture, mirata a:

– una graduale abolizione delle tasse di immatricolazione

– introduzione di criteri connessi alla CO2 nel calcolo della tassazione auto (in particolare tassa di circolazione e company car)

• La mancanza di una direttiva che fissi degli standard di riferimento a livello comunitario crea di fatto le condizioni per interventi diversificati nei diversi Stati Membri.


I Materiali


I Materiali

Optimised Steel based solutions appear more environmentally-friendly and cheaper than aluminum ones, thanks to:

• the lower environmental impacts recorded all along the bonnets’ life cycle

• the higher environmental credits for steel prompt and obsolete scraps• the well-established recycling routes for steel-base3d components,

compared to aluminum.

ENERGY

-1000

-500

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

PRODUCTION USE EOL TOTAL

MJ

St NP

St re-

Al re-

Usi 1,3 re-

Usi 1,5 re-

ENERGY

-1000

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0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500


MJ

St NP

St re-

Al re-

Usi 1,3 re-

Usi 1,5 re-

GREENHOUSE

-50

0

50

100

150

200

250


kg C

O2

eq

St NP

St re-

Al re-

Usi 1,3 re-

Usi 1,5 re-

GREENHOUSE

-50

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150

200

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kg C

O2

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Usi 1,3 re-

Usi 1,5 re-

REFERENCES:S. LAZZARI (Centro Ricerche Fiat) - G. FOGLIA (Fiat Auto),

Life Cycle Management of a Vehicle Component or Sub-System, Cannes 2005


I Materiali

Materials Strategy

• Reduction of fuel consumption weight reduction

• Environmental aspects lightweight vehicles

• Crash resistance increase introduction of more performing materials

• Costs low cost materials

Weight reduction through extensive introduction of

HSS-UHSS


I Materiali

The steel sheets used by Fiat are the same of the others European cars manufacturers

200 12001000800600400

40

30

20

10

0

70

60

50

Yield Strength (MPa)

Elo

ng

atio

n(%

)

LowStrength

Steels

High Strength

Steels

Ultra High Strength

Steels

IFLC

BH

HSLA

TRIPDP & FB

MS

MP

90

80

LEGENDA

IF – Interstitial free

LC – Low Carbon

BH – Bake Hardening

HSLA – High Strength Low Alloyed

DP – Dual Phase Steel

FB – Ferritic Bainitic

TRIP – Trip Steel

MP – Multi Phase Steel

MS – Martensitic

- traditional: (deep drawing steel)- high strength steel-HSS: (bake-hardening, rephosphorized and HSLA)- ultra high strength steel-UHSS: (Dual Phase, Ferritic-Bainitic, Trip)


I Materiali

DYNAMICARCELOR FB590

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12

TRUE PLASTIC STRAIN

TR

UE

ST

RE

SS

V=0,008 s-1

V=0,34 s-1

V=0,96 s-1

V=4,95 s-1

V=9,6 s-1

V=32,3 s-1

V=193 s-1

V=573 s-1

V=1014 s-1

The introduction of HSS-UHSS steels requires Laboratory tests to determine the rheological datas for crash and stamping simulations:

Strain rate

• Static test

• 1 - 5 s^-1• 10 - 50 s^-1• 100 - 500 s^-1

PAM-CRASH 1

PAM-CRASH 2

PAM-CRASH 3

PAM-CRASH 4

PAM-CRASH 5FIAT real case


I Materiali

LOW CARBON33%

HSS50%

UHSS17%

With this new model

a new generation period starts


I Materiali

BIW 939 (whit closures)

LOW CARBON

36%

HSS55%

UHSS9%


I Materiali

The introduction of HSS-UHSS steels requires Laboratory tests to determine the rheological datas for crash and stampingsimulations:

AUTOFORM 1

AUTOFORM 2


I Materiali


I Materiali

- spingback effects

Thickness variation

- 20 %

+ 10%

+ 8.4 %

- 34 %

+ 7 %

+ 6.2 %

- thickness variations

drawing – 50 mm drawing – 20 mm drawing– 5 mm Complete drawing

- drawing cycles

FALSE TOOL

THEORICAL TOOL

FALSE TOOL

THEORICAL TOOL

The introduction of HSS-UHSS steels requires also different process evaluations:


I Materiali

For each material the major welding processes are evaluated (spot welding, arc welding, MIG Brazing, laser welding)

PROJECT FATIGUE RESISTANCE (MPa)

0

100

200

300

400

500

600

FE

P04

FE

P13

FE

E22

0BH

FE

E35

5

FE

450F

B

FE

600D

P (

1)

FE

600D

P (

2)

FE

600D

P (

3)

TR

IP80

0

BASE MATERIAL

SPOT WELD

• Weldability

• Fatigue resistance

The introduction of HSS-UHSS steels requires different process evaluations:

and….


I Materiali

Corrosion

ResistanceTest:

SCAB

in DOOR 40 gg

Phosphatability

Test• Paintability

Corrosion

ResistanceTest: SALT

SPRAY 500 h


I Materiali

An example of how these steels has been introduced by Fiat Auto on the different evolutions of the same model.

ANNI 2000 - 2005 (FIAT PUNTO-188)

LOW CARBON74%

HSS22%

UHSS4%

ANNI '80 (FIAT UNO)

LOW CARBON94%

HSS6%

UHSS0%

ANNI '90 (FIAT PUNTO-176)

LOW CARBON90%

HSS10%

UHSS0%

2005 ed oltre (FIAT NUOVA PUNTO-199)

LOW CARBON33%

HSS50%

UHSS17%

Eighties Nineties

2000-2005 beside2005


I Materiali

DP 450-600-1000

Trip 800

BH220

FEE270-FEE340

Low Carbon

Fiat 199 (M.Y. 2005)

LC33%

HS + UHS67%

Fiat Nuova PANDA (M.Y. 2003)

HS + UHS 52%

LC 48%

High Strength Steel and Ultra High Strength Steels usage in latest Fiat Auto models


I Materiali

5 doors BODY

Kg. 274

Kg. 393

5 doors BODY

Kg. 353

HIGH STRENGHT

STEEL45%

BAKE HARDENING

5%

ULTRA HSS17% LOW CARBON

33%

HIGH STRENGHT

STEEL15%

LOW CARBON

76 %

ULTRA HSS3%

BAKE HARDENING

6%

ULTRA HSS3%

BAKE HARDENING

5%

HIGH STRENGHT

STEEL29%

LOW CARBON

63%

GRANDE PUNTO

with

PUNTO

sharing of materials


I Materiali

3

200 12001000800600400

40

30

20

10

0

70

60

50


Elo

ng

atio

n(%

)

LowStrength

Steels

High Strength

Steels

Ultra High Strength

Steels

IFLC

BH

HSLA

TRIPDP & FB

MS

MP

90

80

LEGENDA


LC – Low Carbon





TRIP – Trip Steel


MS – Martensitic

1

2

Fiat works with the most important steel manufacturers in order to develop more sophisticated steels and to introduce the latest developments in its model


I Materiali

200 12001000800600400

40

30

20

10

0

70

60

50

Carico di Snervamento (MPa)

Allu

ngam

en

to (

%)

IFLC

BH

HSLA

TRIPDP & FB

MS

MP

90

80

1400

*AUSTENITICI

DIMINUZIONE FORMABILITA’

AUMENTO RITORNO ELASTICO

ACCIAI AL BORO

MAX FO

RMABILITA’

NO RITO

RNO ELASTICO

0,51Rs/R

0,41n

0,70r

50A80(%)

1134R

(MPa)

579Rs

(MPa)

0,51Rs/R

0,41n

0,70r

50A80(%)

1134R

(MPa)

579Rs

(MPa)

1

COLD FORMING:

AUSTENITIC S

TEELS

Austenitic steels are a typical example of cooperation between Fiat Auto and some steel suppliers.

The steel manufacturer is industrializing the material and Fiat Auto is testing it in terms of metallurgy, weldability, paintability, corrosion resistance.


I Materiali

200 12001000800600400

40

30

20

10

0

70

60

50

Carico di Snervamento (MPa)

Allu

ngam

en

to (

%)

IFLC

BH

HSLA

TRIPDP & FB

MS

MP

90

80

1400

*AUSTENITICI

DIMINUZIONE FORMABILITA’

AUMENTO RITORNO ELASTICO

ACCIAI AL BORO

MAX FO

RMABILITA’

NO RITO

RNO ELASTICO

2

HOT FORMING:

BORON STEELS

Hot formed steels have the highest mechanical characteristics (R=1500MPa, Rs=1200MPa), but without the typical cold forging problems, such as formability or spring-back.


I Materiali

• Design (FIAT):

Simple shapes

• Technologies (FIAT/PART SUPPLIER):

Process (bending, rolling, profiling)

• STEELMAKERS:

Galvanized Sheets for Cold formingprocess with Rm > 1200 MPa and higher

3


I Materiali

Application : cross member Model : new Fiat Ducato

Material : FE1000 DP th.1,50 Subctr : EMARC

rear

front


I Materiali

Application : impact door beam Model : Fiat IDEAMaterial : FE 800 DP Subctr : FRIGOSTAMP

Based on this project, impact door

beams for ALFA ROMEO 159 model 3

and 5 doors and CROMA have been

produced successfully.


I Materiali

Application : impact door beam Model : Fiat GRANDE PUNTOMaterial : FE1000 DP Subctr : FRIGOSTAMP


I Materiali

Application : doors reinforcement Model : Fiat GRANDE PUNTO

Material : FE1000DP ELZ Subctr : WAGON Automotive


I Materiali

Component : B-Pillar reinforcement

Material project ……… TRIP 800 ELZ supplier : only 1

Material replacement ... FE 800DP ELZ supplier : more then 1

Consumption …………. 700 tons. / year

Study reasons ………. cost reduction ( more suppliers )

………. weldability improvement


I Materiali

200 12001000800600400

40

30

20

10

0

70

60

50


Elo

ng

atio

n(%

)

LowStrength

Steels

High Strength

Steels

Ultra High Strength

Steels

IFLC

BH

HSLA

TRIPDP & FB

MS

MP

90

80

LEGENDA


LC – Low Carbon





TRIP – Trip Steel


MS – Martensitic

FORME SEMPLICI

TECNOLOGIE A BASSO COSTO:

- STAMPAGGIO A FREDDO (modesta entità)

- RULLATURA

- PROFILATURA

RIDUZIONE CONSUMI

RIDUZIONE SPESSORI

AUMENTO RESISTENZA

RIDUZIONE FORMABILITA’FORME COMPLESSE TECNOLOGIE AD ALTO

COSTO:

- STAMPAGGIO A CALDO

CON MATERIALI SPECIALI:

TECNOLOGIE A BASSO COSTO:

- STAMPAGGIO A FREDDO (anche di profonda entità)

- RULLATURA

- PROFILATURA


I Materiali

Progetto VSheetsCaratterizzazione delle lamiere orientata all’ applicazione in VProject

� Benefici ed impatto

� Ottimizzazione dell’utilizzo dei nuovi materiali ad elevate prestazioni in ottica riduzione pesi

� Miglior supporto alla Funzione nella scelta delle soluzioni progettuali più idonee al raggiungimento degli obiettivi prefissati

� Descrizione

� La caratterizzazione statica delle lamiere necessaria per la progettazione

tradizionale non è più sufficiente nella progettazione virtuale delle vetture

in ottica crash.

� Occorre la caratterizzazione dinamica delle lamiere da inserire nei SW

dedicati.

• Static test


I Materiali

automobili e materiali - diccism.unipi.it lezione met. meccanica... · per comprendere cosa si...

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