Prove materiali nel settore dell’automotive: una grande varietà di sfide specifiche
Questo articolo esamina le sfide chiave per le prove sui materiali del settore automobilistico, con particolare attenzione alle soluzioni che possono adattarsi in modo flessibile ai molteplici test di prova.
Perché le prove su materiali per l'industria automobilistica sono così impegnative?
L'industria automobilistica prevede prodotti complessi che devono essere progettati attentamente per garantire sicurezza e prestazioni in una varietà di sottosistemi cruciali. La questione viene amplificata dall'alto livello di concorrenza nel settore, che spinge le case automobilistiche a innovare costantemente la ricerca per migliorare il prodotto.
In questo contesto, le prove assumono un'importanza ancora più grande. I materiali devono essere specificati nel modo più preciso possibile al fine di garantire costi, peso e prestazioni ottimali. I risultati dei test devono essere della massima qualità per evitare errori che potrebbero causare costose procedure di ritiro dal mercato o, peggio, problemi di sicurezza.
Tramite un’ampia varietà di prove richieste, le case automobilistiche hanno il dovere di mantenere le procedure affidabili, precise, accurate e ripetibili attraverso un'ampia varietà di test necessari. Di seguito illustriamo i test sui vari componenti dei veicoli richiesti dai produttori dell’industria automobilistica, evidenziando inoltre quanto siano complicati i requisiti di prova per gli OEM dell’automotive.
Prove sui materiali automobilistici: carrozzeria
Grazie all’impiego di materiali ad alta resistenza tra cui acciai, alluminio e plastiche rinforzate con fibre, le carrozzerie dei veicoli stanno diventando sempre più complesse. Gli ingegneri affrontano una competizione costante per utilizzare i materiali sempre più leggeri senza compromettere la sicurezza dei passeggeri.
Soluzioni rappresentative per i test sulle carrozzerie automobilistiche includono macchine per prove di stampaggio su lamiera e crash-test strutturali.
Macchine per prove sui materiali automobilistici: telaio
Un telaio automobilistico è fondamentale per la sicurezza generale del veicolo, il comfort di guida e il consumo del carburante. Vista la progettazione critica di sicurezza dei componenti vengono inserite ispezioni di affidabilità quando si sviluppano nuovi materiali e nuove tecnologie di produzione.
Le prove rappresentative per i telai automobilistici includono:
Prove su molle: i requisiti chiave per le prove su molle riguardano le molle elicoidali a compressione, le molle pneumatiche e gli ammortizzatori idraulici. Per valutare le caratteristiche come attrito, usura e durata di servizio è necessaria un’ampia gamma di strumenti adeguati (tra cui piattaforme di misurazione della forza, macchine di prova servoidrauliche e test multiassiali).
Prove su ruote, cerchioni e pneumatici: Nel settore automobilistico, le ruote sono realizzate in acciaio, metallo leggero o materiali compositi, con gli pneumatici relativi. I pneumatici sono compositi complessi formati da materiali con varie proprietà fisiche ed essendo il collegamento tra strada e veicolo, essi trasferiscono tutte le forze e le torsioni. I sistemi di prova ZwickRoell sono usati per determinare le proprietà quasi statiche e dinamiche delle ruote e degli pneumatici. Con i nostri sistemi si eseguono prove standard su gomma, tessili, cavi e sull'intero sistema di ruote/pneumatici.
Prove su impianto sterzante: questo genere di prove vengono svolte per determinare le forze e i momenti di attrito, incluso l’effetto “stick-slip”, all’interno e all’esterno dell’asse di prova. Inoltre, è possibile determinare anche l'angolo massimo di torsione e utilizzare una macchina di prova integrata nel ciclo di produzione, permettendo un’analisi orientata al processo delle fasi precedenti.
Prove sui materiali automobilistici: componenti interni e di sicurezza
Dalle cinture di sicurezza, ai poggiatesta, ai pedali dei freni, ogni parte dell'interno di un veicolo deve essere progettata per usabilità, comfort e sicurezza ottimali. Le case automobilistiche devono effettuare prove su una vasta gamma di componenti, tra cui:
Sedili e componenti interni: i componenti fondamentali dei sedili devono funzionare in condizioni di lunga durata e a temperature che si verificano durante il funzionamento quotidiano: dalle temperature artiche sottozero alle temperature elevate del deserto. I processi di prova sono importanti per valutare diversi parametri di qualità come i materiali dei sedili, la rigidità dei poggiatesta e altre superfici imbottite attraverso test di durezza.
Componenti di sicurezza: i sistemi di sicurezza come le cinture (con prove regolamentate severamente da UN/ECE-R16), tessuti e connettori per airbag e sistemi di protezione antischiacciamento per porte/finestrini richiedono un alto livello di competenze di prova per garantire un funzionamento affidabile e duraturo nel tempo.
Comandi funzionali: i pedali, il freno a mano e gli interruttori di controllo devono soddisfare le loro funzioni in modo sicuro e dare all'attuatore i necessari feedback tattili, ottici o acustici per l'azione selezionata. Per farlo con successo sono necessarie competenze di prova specializzate come attuatori a forza curva per pedali e afferraggi con servoattuatori specifici per il test del freno a mano.
Prove sui materiali automobilistici: motori e azionamenti
I motori e i sistemi di azionamento svolgono un ruolo essenziale nel definire le prestazioni, l'efficienza e le emissioni ridotte. Le case automobilistiche sono spinte a progettare motori più leggeri e più veloci, anche se le caratteristiche (come la sovralimentazione e l'ibridazione) diventano sempre più complesse.
Componenti del motore: le competenze fondamentali dei test sui componenti del motore includono prove di fatica su bielle meccaniche, alberi a motore e molle della valvola. Sono necessarie ulteriori tecniche di prova per i sistemi legati al motore quali cuscinetti in gomma, impianti di scarico e materiale catalitico.
Trasmissione: i test sulla trasmissione devono acquisire proprietà specifiche a velocità, torsioni e temperature elevate. Le prove fondamentali sulla trasmissione includono prove sulla frizione, test di torsione sugli alberi di trasmissione, test di durezza/fatica sugli ingranaggi e test torsionali sugli elementi in gomma-metallo.
Azionamenti alternativi: con la diffusione dei veicoli ibridi, i produttori automobilistici stanno investendo per ottenere una maggiore efficienza nei motori di trazione, il che richiede abilità di prova incentrate sui componenti come sistemi di accumulo di energia/idrogeno e attuatori elettromagnetici.
La nostra soluzione: macchina per prove di trazione sull’acciaio
Un sistema di trazione, noto anche come pull tester o macchina di prova universale (UTM), è un sistema di prova elettromeccanico che applica una forza di trazione (pull force) a un materiale per determinarne la resistenza e il comportamento di resistenza e di deformazione fino alla rottura.
Mentre l'acciaio potrebbe essere il materiale principale nelle prove di trazione nel settore automobilistico, le UTM di ZwickRoell sono in grado di eseguire test di trazione secondo ISO su svariati materiali:
• Metalli – ASTM E8 / ISO 6892
• Materie plastiche – ASTM D638 / ISO 527-2