Công nghệ sản xuất thân vỏ ô tô của hãng Toyota | Tài liệu môn Công nghệ kĩ thuật ôto Trường đại học sư phạm kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT THÂN VỎ Ô TÔ CỦA HÃNG TOYOTA Nội dung
1) Giới thiệu hãng xe Toyota
Toyota ( Toyota Jishoda Kabushiki-gaisha ) là một tập đoàn đa quốc gia có
trụ sở chính đặt tại Nhật Bản. Toyota được đánh giá xếp hạng đầu thế giới về số
lượng sản phẩm bán ra vào năm 2008 . Đây cũng là hãng xe duy nhất được
đứng vào bảng xếp hạng 10 thương hiệu hàng đầu thế giới.
Lịch sử ra đời của hãng Toyota gắn liền với câu chuyện của 2 cha con
Sakichi Toyoda và con của ông là Kiichiro Toyoda. Họ là những con người
đam mê chế tạo. Vào năm 1924, 2 cha con nhà Toyoda đã chế tạo thành công
máy dệt tự động. Họ đã bán bằng sáng chế máy dệt cho 1 công ty Anh Quốc có
tên là Platt Brothers với giá 100.000 bảng Anh. 2 cha con ông đã dùng số tiền
này để đầu tư vào lĩnh vực chế tạo ô tô. Câu chuyện về hãng xe Toyota bắt đầu từ đây.
Ở Nhật Bản, tên "Toyota" không được phát âm rõ như "Toyoda". Tuy
nhiên trong tiếng Nhật "Toyota" được viết là "トヨタ" có 8 nét còn "Toyoda"
là "トヨダ " có 10 nét. Mà đối với người Nhật, con số 8 chính là con số may
mắn và nó còn đơn giản hơn so với 10 nét. Còn xét theo tiếng La - tinh thì cái
tên "Toyota" kiêu hơn và có sự đối xứng
Vào năm 1934, Toyota đưa ra sản phẩm xe hơi đầu tiên của mình với tên
gọi là Toyota AA. Mãi đến năm 1937,tập đoàn mới chính thức được thành lập
sau khi ông Kiichiro Toyoda tiếp quản tập đoàn Công nghiệp Toyota của cha
mình để sản xuất ô tô.
Hai năm sau khi thành lập bộ phận sản xuất ô tô, Kiichiro Toyoda bắt đầu
sản xuất ô tô và tách hẳn thành công ty Toyota Motor vào năm 1937. Sau năm
1945, phần lớn những nhà sản xuất ô tô tại Nhật Bản lựa chọn con đường lắp
ráp cho các hãng nước ngoài thì Toyota lựa chọn cho mình con đường khác là
tự chế tạo ,sản xuất và phát triển thành tập đoàn Toyota lớn mạnh với những
công nghệ tiến và nhân lực dồi dào. Một trong những khâu quan trọng của sản
xuất và lắp ráp ô tô của hãng đó là quy trình sản xuất thân vỏ xe ô tô.
2) Đặc điểm kết cấu thân vỏ ô tô
Thân xe là một trong 3 cụm tổng thành quan trọng của xe, được lắp đặt trên dàn gầm hoặc khung xe. 2.1) Công dụng
Thân vỏ ô tô có các công dụng như sau :
- Là kết cấu chịu lực, chịu tải trọng bên ngoài.
- Bảo vệ an toàn cho hành khách, hành lý, các hệ thống, trang thiết bị trên xe.
- Là nền tảng để lắp đặt cố định và liên kết tất cả các bộ phận trên xe ô tô thành
một chủ thể thống nhất.
- Là kết cấu tạo nên hình dáng thẫm mỹ và khí động cho xe. 2.2) Đặc điểm
Hãng xe Toyota thường sử dụng hai loại kết cấu thân vỏ phổ biến : hệ thống
khung gầm liền khối (Unibody) và hệ thống khung rời (Body on frame)
2.2.1) Hệ thống khung gầm liền khối (Unibody)
Hệ thống khung gầm liền khối được thiết kế với một kết cấu duy nhất nối liền
với lớp vỏ bao quanh xe tạo thành một khối từ đó địn hình kiểu dáng tổng thể
của một chiếc xe. Loại này được tạo nên bởi các miếng kim loại hàn lại với
nhau bằng robot hoặc laze trong dây chuyền sản xuất. Hệ thống khung gầm liền
khối là loại thân vỏ chịu lực hoàn toàn nên nó có độ an toàn cao, độ cứng xoắn
vượt trội và còn dễ sửa chữa. Với đặc điểm như vậy, loại này thường thích hợp
với các dòng xe có khung gầm thấp như Sedan,….
Hình 2.1: Hệ thống khung gầm liền khối xe Toyota Vios
2.2.2) Hệ thống khung rời (Body on frame)
Hệ thống khung rời được thiết kế chủ yếu là hình cái thang, hai dầm dọc được
lắp với dầm ngang bằng bulong hay hàn ghép tạo thành một khung có độ cứng
uốn và đàn hồi xoắn lớn với khả năng chịu tải trọng cao khi chạy trên địa hình
gồ ghề, đồi núi ,….Khung rời là loại thân vỏ không chịu lực mà do khung xe
chịu lực.Với các đặc điểm như vậy nên loại này thường thích hợp trên các mẫu xe SUV, bán tải.
Hình 2.2: Hệ thống khung rời xe Toyota Fortuner
3) Vật liệu chế tạo thân vỏ 3.1) Giới thiệu
Ngành công nghiệp ô tô sử dụng một lượng lớn các vật liệu để phục vụ sản
xuất bao gồm sắt, nhôm, thép, thủy tinh, cao su, các sản phẩm dầu mỏ, đồng và
nhiều chất liệu khác. Những thành phần này được sử dụng để tạo nên tất cả mọi
thứ từ những thứ nhỏ nhất mà chúng ta không nghĩ đến như hệ thống dây dẫn
và kim bảng điều khiển đến những thứ lớn hơn như khối động cơ hoặc hộp số.
Những vật liệu này đã cải tiến nhiều trong những thập kỷ qua, trở nên phức tạp
hơn, xây dựng tốt hơn và an toàn hơn. Chúng đã thay đổi khi các công nghệ sản
xuất ô tô mới xuất hiện trong những năm qua và được sử dụng theo nhiều cách
sáng tạo khác nhau.Thân vỏ ô tô cũng sử dụng nhiều vật liệu khác nhau để chế
tạo vì nó là một cụm phức tạp bao gồm nhiều chi tiết khác nhau như : thân xe,
ghế ngồi, kính chắn gió, cửa số ,….
Các yêu cầu chính của thân xe: -Trọng lượng thấp.
- Đảm bảo độ cứng, độ bền cơ học và an toàn cho hoạt động của các cụm khác.
- Bảo vệ được hành khách trong các điều kiện hoạt động hoặc xảy ra sự cố.
-Việc giảm trọng lượng hay đảm bảo độ cứng của xe bị ảnh hưởng trực tiếp bởi
các loại vật liệu được sử dụng trong thiết kế thân vỏ xe.
Việc lưa chọn vật liệu mới, vật liệu sửa đội hoặc kết hợp vật liệu phải tính đến các mục tiêu sau :
- Sử dụng các vật liệu dẫn đến tiết kiệm năng lượng.
- Phương pháp sản xuất dẫn đến tiết kiệm năng lượng.
- Khả năng tái chế vật liệu. - Giảm chất thải.
- Cải thiện tác động lâu dài của vật liệu với môi trường. - Nâng cao độ tin cậy.
- Tối ưu hóa sự thoải mái cho người sử dụng xe.
Các vật liệu chính được sử dụng để chế tạo thân vỏ ô tô thường là: - Các loại thép. - Hợp kim nhôm. - Hợp kim magiê.
- Các loại vật liệu nhựa kĩ thuật và vật liệu composites.
3.2) Vật liệu chế tạo thân vỏ ô tô 3.2.1) Thép
Thép là một loại hợp kim có thành phần chính gồm sắt và carbon. Trên những
chiếc ô tô hiện đại ngày nay, hầu hết trọng lượng xe là từ thép. Ví du, vào
những năm 2007 thì mỗi chiếc ô tô nặng trung bình 1.090 kg thép và trên xe
bán tải hoặc SUV là 1.360 kg. Còn ngày nay hầu hết những chiếc ô tô nặng
khoảng 1.360 kg và SUV khoảng 1.810 kg. Điều đó chứng tỏ thép đã được sử dụng nhiều hơn.
Thép được dùng để làm khung gầm nền tảng hoặc bệ máy nằm dưới phần thân
xe để tạo thành bộ khung xe và bảo vệ người ngồi trong xe khi xảy ra va chạm.
Dầm cửa, mái và tấm thân xe được tạo ta trong sản xuất ô tô đều được làm
bằng thép trên hầu hết các xe ngày nay. Không chỉ vậy, thép còn được sử nhiều
cho nhiều vị trí khác nhau tùy thuộc vào các nhà thiết kế. Ví dụ, thép không gỉ
được sử dụng để làm ống xả.
Hãng xe Toyota sử dụng thép của hãng lớn thứ ba Nhật Bản là Kobe Steel.
Hình 3.1 : Khung gầm xe Toyota Fotuner chế tạo bằng vật liệu thép Ưu điểm: - Độ cứng cao. - Bền chặt.
- Dễ tạo hình ở mức độ không quá chi tiết: dập, cán , hàn,…
- Khả năng tái chế vật liệu tốt.
- Khả năng chống ăn mòn tốt nếu được xử lý đúng cách.
- Giá thành thấp ngoài trừ thép có cường độ cao và thép không gỉ. Nhược điểm: - Trọng lượng riêng cao.
- Khả năng chống ăn mòn không tốt. 3.2.2) Nhôm
Trong thế giới ô tô, nhôm là vật liệu khá mới mẻ và ngày càng được sử dụng
nhiều nhờ trọng lượng nhẹ nhưng dẻo dai. Trước đây, nhôm mới chỉ được được
dùng cho các bộ phận khác nhau trên vỏ, thân xe của nhiều hãng sản xuất ô tô.
Tuy nhiên, nhiều nhà sản xuất ô tô đang dần chuyển từ các khối sắt truyền
thống cho động cơ sang cấu trúc nhôm. Nhôm không bền như sắt nhưng có
trọng lượng nhẹ hơn, giúp cải thiện hiệu suất xe.
Hình 3.2 : Khung xe chếế t o bằằng chấết li ạ u nhôm ệ
Nhôm có cá đặc điểm sau so với thép: Ưu điểm:
- Trọng lương riêng của nhôm nhẹ hơn so với thép (40-60%).
- Độ bền và độ cứng khá tốt., khả năng chống xoắn cao. - Khó bị ăn mòn.
- Có thể tái chế 100% và có thể chế tạo theo nhiều phương pháp khác nhau. - Dễ gia công cơ học. Nhược điểm:
- Giá thành cao hơn từ 3-5 lần so với thép. - Tính hàn kém hơn thép.
- Tính dễ sửa chữa kém hơn thép.
3.2.3) Vật liêu composites
Composites là vật liệu được tổng hợp nên từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau,
nhằm mục đích tạo nên một vật liệu mới, ưu việt và bền hơn so với các vật liệu ban đầu.
Về phần cấu tạo, vật liệu composite được hình thành từ 2 thành phần : pha gián
đoạn ( vật liệu cốt) và pha liên tục ( vật liệu nền). Vật liệu cốt:
- Vật liệu cốt làm gia tăng các tính chất cơ học của vật liệu composite như khả
năng chống chịu và chống mài mòn.
- Vật liệu cốt về cơ bản tồn tại ở hai dạng: vật liệu dạng sợi và vật liệu dạng hạt.
- Vật liệu cốt thường được cấu tạo từ các nhóm sợi như thủy tinh, cacbon, chất
hữu cơ. Mỗi loại vật liệu khác nhau sẽ tăng cường cho vật liệu composite
những đặc tính khác nhau. Vật liệu nền:
- Vật liệu nền trong composite là loại vật liệu có tác dụng gắn kết các thành
phần cốt cán thành 1 thể ổn định và vững chắc.
- Vật liệu nền được chế tạo dưới các dạng như: nền nhựa, nền kim loại, nền gốm, xi măng, polymer,..…
Hình 3.3 : Cấu tạo vật liệu composites Ưu điểm:
- Tạo ra vật liệu nhẹ, giảm thiểu trọng lượng, độ bền cơ học cao, độ cứng vững
và uốn kéo tốt. Chẳng hạn như sợi carbon gia cường có thể cứng hơn thép tới 5
lần và chỉ bằng 1/5 trọng lượng thép.
- Có khả năng chống chịu thời tiết tốt, cách điện và cách nhiệt.
- Khả năng kháng hóa chất và kháng ăn mòn cao, không gây tốn kém trong bảo
quản, không cần sơn chống ăn mòn.
- Gia công, chế tạo đơn giản, dễ tạo hình, tạo màu, thay đổi sữa chữa chi phí thấp.
- Tuổi thọ sử dụng cao, thời gian sử dụng lâu hơn kim loại cũ từ 2-3 lần. Nhược điểm: - Giá thành cao. - Khó tái chế.
- Cần nhiều thời gian để gia công.
4) Công nghệ chế tạo linh kiện thân vỏ ô tô
4.1) Cán định hình (Roll forming) 4.2) Công nghệ dập tấm
4.3) Công nghệ tạo hình thủy lực (Hydroforming)
4.4) Công nghệ dập tấm trong chế tạo thân vỏ ô tô
5) Công nghệ lắp ráp thân vỏ ô tô TÀI LIỆU THAM KHẢO