Cấu tạo khung vỏ ô tô và những điều cần biết trong gia công khuôn mẫu ô tô

Cấu tạo khung vỏ ô tô

Về cấu tạo tổng thể, khung xe ô tô ngày nay có 2 dạng chính với tên gọi:
  • Body on frame (Hoặc Ladder frame)
  • Unibody (Hoặc Monocoque body)
Cấu tạo khung vỏ ô tô
Hình 1. Cấu tạo khung vỏ ô tô

Body on frame – Khung ô tô rời

Body on frame là cấu trúc thân xe được đặt trên một khung gầm riêng biệt (chassis). Được lấy cảm hứng từ xe ngựa kéo, với phần khung gầm chắc chắn và cố định. Cấu trúc khung rời cho phép những thay đổi thiết kế khung xe được thực hiện dễ dàng mà không cần tác động đến hệ thống gầm sắt-xi, thậm chí là tạo ra những mẫu xe hoàn toàn mới ngay trên nền tảng chassis cũ, do đó tiết kiệm được khá nhiều thời gian nghiên cứu phát triển (R&D) cũng chi phí thiết kế, đầu tư dây chuyền sản xuất so với việc phải xây dựng cả hệ thống chassis mới.
Các khung này thường gặp ở các dòng xe SUV, xe bán tải, xe tài, xe chuyên dụng…

Ưu điểm của khung ô tô rời

  • Giảm độ ồn khi vận hành. Thân xe và chassis tách biệt, chỉ tiếp xúc với nhau qua lớp đệm cao su, các bu lông đính kèm… Không tạo ra tiếng ồn khi xe chuyển động.
  • Dễ dàng sửa chữa nếu xảy tai nạn làm biến dạng xe. Các vị trí tách rời với “frame” có thể thay thế dễ dàng, thậm chí sửa thành 1 chiếc xe hoàn toàn mới.
  • Khả năng chịu tải cao, sức chống lại lực vặn xoắn lớn, mạnh mẽ và bền bỉ.
  • Ít bị hư hỏng do gỉ sắt gây ra bởi ẩm ướt, bùn, đá, đường cát, nước, tuyết,…

Nhược điểm của body-on-frame

  • Khối lượng lớn và trọng tâm cao do thiết kế đặc thù của phần khung được đặt trên sắt-xi gầm xe. Từ đó dẫn đến hiệu suất hoạt động kém, thiếu sự ổn định khi vào cua & mức tiêu hao nhiên liệu cao hơn. Do vậy các mẫu SUV và bán tải thường sử dụng máy dầu cho sức kéo tốt hơn & tiết kiệm hơn so với máy xăng.
  • Trước đây, khung rời để lại hậu quả nặng nề cho người ngồi trên xe khá nặng nề. Bởi xe không có vùng hấp thụ xung lực, khi có tác động va chạm mạnh, xe sẽ chậm lại, nhưng người ngồi trên xe vẫn tiếp tục di chuyển với tốc độ ngay trước khi va chạm. Tốc độ này chỉ giảm khi người ngồi trên xe va chạm với vô lăng hoặc túi khí. Tuy nhiên, hiện nay, với những cải tiến các hệ thống phanh an toàn mới, nhược điểm này đang dần được khắc phục.

Unibody – Khung ô tô liền

Unibody là cấu trúc thân khung liền nhau, tạo thành một khối thống nhất. Cấu trúc này xuất hiện ở hầu hết các dòng xe sedan, hatchback, một số xe MPV, CUV,… Lí do chính là bởi nó khắc phục nhược điểm lớn nhất của loại Body on frame về trọng lượng. Từ việc sử dụng các vật liệu có khối lượng nhẹ mà độ cứng cao như hợp kim nhôm, carbon,… thực sự Unibody làm kết cấu xe nhẹ đi rất nhiều. Cải thiện hiệu suất hoạt động, tiết kiệm nhiên liệu và tăng ổn định khi vào cua là những điều được nhắc đến khi sử dụng các dòng xe khung liền.
Bên cạnh đó, khung liền ô tô có khả năng hấp thụ xung lực tuyệt vời, an toàn hơn cho hành khách ngồi trên xe khi tai nạn xảy ra. 
 
Nhược điểm là khó sửa chữa, khả năng chịu tải không cao, thiết kế phức tạp,…
 
Cấu trúc khung ô tô unibody
Hình 2. Cấu trúc khung vỏ ô tô unibody

Những điều cần biết trong gia công khuôn mẫu ô tô

Trong bài viết này, tác giả lựa chọn khung liền Unibody để phân tích kết cấu khuôn và đồ gá. Ngoài những chi tiết cấu tạo nên bộ khung xe, còn có các chi tiết cấu thành vỏ xe như hình dưới đây. 
Cấu tạo vỏ xe ô tô
Hình 3. Cấu tạo khung và vỏ xe ô tô
 
Việc chia tách các thành phần trên khung vỏ xe rất quan trọng vì các công đoạn sản xuất sẽ dựa vào đó để phân chia trình tự lắp ráp các cụm chi tiết. Đây cũng chính là luồng công việc ở trong các nhà máy lắp ráp ô tô (Hình 4).
Luồng công việc hay quy trình sản xuất ô tô trong nhà máy
Hình 4. Luồng công việc hay quy trình sản xuất ô tô trong nhà máy

Đồ gá cho cụm chi tiết Underbody

Bước đầu tiên của việc lắp ráp cụm Underbody (Gầm xe) sẽ bao gồm lắp ráp cụm Front rail (RH/LH) Assy (Hình 5)
Trong ví dụ của tác giả, chỉ có hai loại thép được sử dụng:
  • FEP04 với giới hạn đàn hồi thấp (khoảng 200MPa)
  • FEE355 có giới hạn đàn hồi cao hơn (lớn hơn 355MPa) nhưng khả năng biến dạng dẻo thấp hơn.
Thông thường các thanh ray ở đây sẽ được làm bằng thép có khả năng biến dạng dẻo tốt, độ dày lớn và được dập bằng khuôn Draw để tạo lòng sâu. Sau khi dập thành hình, chi tiết có độ cứng cao (do dạng hình học) nhưng vẫn có khả năng biến dạng đàn hồi khi va chạm để hấp thụ động năng.
Gia công đồ gá chi tiết cho cụm Front Rail ô tô
Hình 5. Gia công đồ gá chi tiết cho cụm Front Rail ô tô

Các thành phần trong cụm Front rail

  1. Rail boxing asembly
  2. Front rail
  3. Front-end attachment bracket
  4. Front rail extension
  5. Front rail reinforcement
  6. Cross-member to rail gusset
  7. Powertrain support reinforcement
  8. Upper front suspension tower
  9. Lower front suspension tower
  10. Rail box
  11. Tower to cross-member brace
Gia công đồ gá cụm Front Rail
Hình 6. Gia công đồ gá cụm Front Rail
Bộ phận này có kết cấu khá phức tạp, nên nhiều vị trí khó hàn. Thiết kế đồ gá hàn cần chú ý lên phương án chi tiết, tỉ mỉ để không bị bỏ sót mối hàn nào. Có sơ suất thì cực kỳ nguy hiểm, có thể ảnh hưởng tới cả khung xe. Đầu tháng 5/2022 vừa qua, Toyota triệu hồi hơn 200 xe Raize tại Việt Nam do lo ngại sập gầm cũng ở cụm chi tiết này mà ra.
 
Gia công đồ gá cho kết cấu khung ô tô
Hình 7. Gia công đồ gá cho kết cấu khung ô tô
Hai cụm Front rail RH (1) và LH (2) được hàn với Front rail back cross-member (5), cụm Strut tower cross-member assembly (3) và Lower dash panel (4). Tất cả các cụm chi tiết này tạo thành Front frame assembly (Cụm khung trước). Phần này thì làm đồ gá khá dễ dàng cho kết cấu thoáng, không bị vướng nhiều (Hình 7).

Underbody frame

Underbody frame (Khung gầm) bao gồm Front subframe (1) (khung phụ phía trước), Rear subframe (2) (khung phụ phía sau) và hai Underbody rails (3R và 3L) (hai thanh ray dưới gầm) (Hình 8).
Gia công đồ gá Front frame assembly
Hình 8. Gia công đồ gá Front frame assembly

Bước cuối cùng trong quá trình lắp ráp cụm Underbody (gầm xe) bao gồm các chi tiết (Hình 9):

Lắp ráp cụm chi tiết gầm xe ô tô underbody
Hình 9. Lắp ráp cụm chi tiết gầm xe ô tô underbody
  1. Underbody frame assy
  2. Front floor assy
  3. Rear seat cross-member assy
  4. Rear floor front assy
  5. Rear floor back assy
  6. Dash top panel assy or water box
  7. Back panel assy
  8. Rocker panel assy RH/LH
  9. Inner body side assy front RH/LH
  10. Strut tower reinforcement RH/LH
  11. Upper rail boxing RH/LH
Sau đó, công đoạn tiếp theo được thực hiện trong đồ gá body comp, kết nối các cụm chi tiết của phần khung vỏ lại bằng các công nghệ hàn SPOT, SPR,… (Hình 10):
Đồ gá và khuôn mẫu trong sản xuất khung ô tô
Hình 10. Đồ gá và khuôn mẫu trong sản xuất khung ô tô
  1. Underbody assy
  2. Upper rail right
  3. Upper rail left
  4. Body side right
  5. Body side left
  6. Cowl top
  7. Header
  8. Roof frame
Phần gầm xe mang các phụ kiện của hệ thống treo trước và sau, hệ thống truyền lực, hệ thống xả, ghế ngồi, cụm điều khiển, và hơn nữa, nó là kết cấu chính đối mặt với va chạm từ phía trước, phía sau và cũng tham gia vào việc hấp thụ va chạm từ hai bên.

Phân tích kết cấu bên dưới gầm xe

Kết cấu khung gầm ô tô
Hình 11. Kết cấu khung gầm ô tô
Có thể nhận thấy rằng khung dọc bên dưới gầm chạy dọc theo chiều dài của xe. Kết cấu này rõ ràng được cải tiến từ kết cấu body on frame nhưng với độ phức tạp cao hơn, đáp ứng yêu cầu về trọng lượng cũng như chịu tải trọng, hấp thu động năng va chạm. Ngoài ra, trên hình có 2 vị trí A và B là nơi gắn hệ thống treo trước và sau của xe. Khi làm đồ gá body comp, đây cũng là 4 lỗ tiêu chuẩn (hole datum) để định vị khung gầm vào đồ gá, các vị trí này cần lưu ý khi thiết kế.

Công ty cổ phần Khuôn mẫu chính xác Năng Lực Việt

Địa chỉ: Lô B2-3-3b, Khu công nghiệp Nam Thăng Long, Thụy Phương, Bắc Từ Liêm, Bắc Từ Liêm, Hà Nội

SĐT: (+84)24 6687 8283

Email: contact@vcc-group.vn

Hotline/Zalo: 0934683166

Website: www.vcc-mold.vn

Google map: https://goo.gl/maps/u6TrPvLWSb3bXAwQ6

5 1 vote
Đánh giá
Đăng ký
Thông báo về
guest
0 Bình luận
Phản hồi nội tuyến
Xem tất cả bình luận
0
Would love your thoughts, please comment.x