Сказать, что кузов авто сделан из алюминия, - все равно что ничего не сказать: пивные банки тоже из алюминия. Производственные процессы, разработанные разными автопроизводителями, предполагают применение множества сложных сплавов легких металлов, каждый из которых обладает собственными характеристиками.
Тон здесь задают сливки автомобильного общества : Audi, Ferrari, Jaguar, Mercedes-Benz и Porsche – те, кому проще заложить в цену готового изделия немалые издержки на разработку и внедрение передовых технологий. Сегодня соревнование производителей принимает вполне конкретный характер: одни делают ставку на углепластик, другие – на алюминий, но при этом на разные сплавы и разные процессы.
Все инновации сначала презентуются на топовых моделях – люксовых седанах и спорткарах, а потом внедряются в крупносерийное производство. Часто автомобильные гранды обращаются к опыту коллег-авиастроителей: вот где кладезь технологий, особенно когда речь идет о легких материалах и прочных конструкциях. Не случайно у Lamborghini такие тесные отношения с компанией Boeing и Университетом города Сиэтл (в этом городе находится штаб-квартира американской авиастроительной компании). Однако высокие издержки хотя и серьезное, но не единственное препятствие на пути внедрения новых материалов.
«Снижение массы автомобиля – не та цель, за достижение которой можно заплатить любую цену, даже если речь идет о производстве дорожных грантуризмо, - считает генеральный директор Ferrari Амедео Фелиза. – При рождении любой новой модели авто конструкторы должны точно сбалансировать самые разные требования».
Думать приходится и о том, насколько просто будет выполнить ремонт в случае аварии, и о том, чтобы после многолетней эксплуатации не ухудшались прочностные характеристики и сохранялся исходный внешний вид авто. А еще необходимо разработать решения, позволяющие реализовать прорисованные дизайнерами формы , обеспечив при этом приемлемые затраты времени на сборку, абсолютное постоянство качества и геометрии деталей, гарантированную однородность соединений и так далее.
Новые технологии на начальном этапе внедрения – всегда возможность глубокого совершенствования производственных процессов, ведущего к получению еще больших выгод. Мы решили познакомить читателей с технологиями, которые сегодня внедрены на заводах нескольких автопроизводителе й. Они пошли разными путями. Jaguar решил делать несущий кузов полностью из алюминия подобно тому, как его обычно делают из стали. Audi, а следом AMG, Ferrari и Porsche строят кузова вокруг силового каркаса, в конструкции которого применяются легкие сплавы. Но, несмотря на общее направление, каждый выбирает свой путь. И у одного производителя с каждой новой моделью появляются все более продвинутые решения.
На примере Audi можно оценить, насколько зависят технические решения от объемов производства: для дорогих A8 и R8, которых выпускается всего несколько тысяч, уместен каркас, полностью выполненный из легких сплавов, а для более народного А6 (их производится в десять раз больше, чем А8, и в пятьдесят раз больше, чем R8) немцы разработал и каркас, в конструкции которого присутствуют как алюминиевые, так и стальные элементы. Ту же мултиметаллическую технологию применяет Porsche в производстве кузовов для нового 911-го. Если этой модели авто будет сопутствовать тот же успех, что ее предшественнице, за три года таких кузовов изготовят около 100 000. Это в десять с лишним раз больше, чем у восьмицилиндрового Ferrari, который удостоился и сложной пространственной рамы, и кузова из алюминия.
Главный конкурент алюминия – композитные материалы, полимерные смолы, усиленные углеволокном. Пока такие материалы применялись лишь в мелкосерийном производстве. «Когда производится один автомобиль в день, как в случае с Enzo, углепластик – лучшее решение, - объясняет Роберта Федели, технический директор Ferrari. - Но если ежедневно требуется выпускать десять и более авто, альтернативы алюминию нет».
Но если карбоновый кузов авто изготавливают по технологии автоклавирования, что медленно, но эффективно, он получится на 50 кг легче алюминиевого. В случае же штамповки деталей из углепластика выигрыш близок к нулю: если алюминиевая конструкция весит 150 кг, углепластиковая получается легче лишь на 5 кг.
Porsche
Porsche 911 последнего поколения «похудел» по сравнению с предшественником на 98 кг. И это при том, что за счет более богатой комплектации масса дополнительного оборудования в целом увеличилась на 58,4 кг, в том числе на 26,9 кг потяжелели системы безопасности и на 15 кг – устройства, позволяющие снизить расход. Еще 7,1 кг автомобиль «набрал» из-за удлинения колесной базы на 1 см. В конструкции кузова использованы различные материалы: алюминий, сталь, некоторые детали выполнены из магния.
Jaguar
Jaguar «Сел на диету» в 2003 году, когда увидела свет модель авто XJ. Конструкторы пошли по пути коллег из авиационной промышленности, изготовив каркас из штампованного листа, то есть без пространственной рамы, но не стального, а алюминиевого (точнее, из алюминиевых сплавов). Вместо 5000 точек сварки - 3200 заклепок.
Тот же подход применили в 2006 году, когда вышел ХК, и в XJ сегодняшнего поколения. Инженеры Jaguar свели к минимуму применение сварки, отдав предпочтение клеевым и клепаным соединениям. При этом доступ к соединениям возможен только с одной стороны. К коробчатым элементам, изготовленным по технологии экструзии , детали кузова крепятся заклепками (концепция практически та же, что у Audi и других производителей), но там, где необходимо обеспечить особую жесткость и прочность, на сопрягаемые поверхности дополнительно наносится клей. Готовый металлический каркас ХК cabrio весит 287 кг, что на 19% меньше, чем масса стального кузова модели предыдущего поколения.
Mercedes-Benz AMG
Если не рекорд, то почти: каркас и сам кузов Mercedes-Benz AMG SLS на 96% изготовлены из легких сплавов, а их общая масса, несмотря на такое сложное решение, как двери типа «крыло чайки», составляет всего 241 кг: 45% массы приходится на профиль, 31% - на лист, 20% - на литые элементы. И всего 4% на специальную сталь, примененную в основном для усиления передних стоек в целях обеспечения безопасности при столкновениях и опрокидывании. Высокий порог эффективно поглощает энергию бокового удара, распределяя нагрузки между полом и крышей.
Audi
В Ингольштадте отсчет эры алюминия начали с 1994 года, когда в ход пошли пространственные рамы. Конструкция представляет собой ферму из элементов, изготовленных различными методами: экструзия, литье, штамповка. Она оправданна при производстве дорогих моделей авто, чей годовой выпуск не превышает нескольких тысяч штук. Для более тиражных А6 и А7 Audi применяет технологию мультиматериальной пространственной рамы, объединяющей в единой конструкции элементы из легких металлов, сталей и композитов. Это требует особой технологии их соединения. Так, детали из листового алюминия крепятся к панелям из углепластика самоуплотняющимися винтами, а для крепления алюминиевого листа к стали придумали специальную заклепку: она прижимается к стальному элементу с большим усилием, вращаясь с высокой скоростью. В результате выделяется достаточно тепла, чтобы заклепка приварилась к стали.
Audi R8 – модель авто нишевая, в ней можно широко использовать легкосплавные материалы: высокая цена позволяет.
Силовой каркас Audi A6 изготовлен по мультиматериальной технологии: материал каждого элемента обладает требуемой прочностью при оптимальной стоимости.
Ferrari
Чтобы оптимизировать массу и прочность облегченных элементов силовой конструкции авто, инженеры Ferrari проводят за компьютерными расчетами не менее 100 000 часов в год. Кроме того, недавно компанией внедрена новая технология сварки СМТ (Cold Metal Transfer- сварка с холодным переносом метала). Она вдвое уменьшает зону ослабления металла вблизи сварного шва. Достигается это за счет применения тока высокой частоты, который отдает металлу намного меньше энергии. Технология внедрена на заводе Scaglietti, где реализованы все этапы сборки кузовов для Ferrari, в том числе изготовление пространетвенной рамы и монтаж на ней кузовных панелей. Предпочтение отдается клепаным соединениям, поскольку клеевые значительно затрудняют ремонт авто. Склеиваются лишь внутренние элементы, не подверженные повреждениям при ударах. В конструкции кузова 458 Italia, например, общая длина клеевых соединений составляет восемь метров, а сварных – семьдесят.
По материалам «QUATTRORUOTE»
