Алюминиевый кузов: плюсы и минусы
Чего больше у «крылатого металла» — достоинств или недостатков в качестве материала для изготовления автомобильного кузова?С одной стороны, топливная экономичность машины напрямую зависит от ее массы — сокращение последней на 10% снижает расход топлива примерно на 7%. Самый же эффективный способ снизить массу автомобиля — сделать легче его кузов, сохранив его прочность.
Для этого и используются алюминиевые сплавы, из которых производится либо кузов целиком, либо отдельные его элементы. Среди автомобилей, встречающихся на белорусских дорогах, к примеру — Audi A8, Land Rover Defender, BMW 5-й и 7-й серий. Как видите, недорогих автомобилей в этом списке нет. Алюминиевые кузова хоть и дешевле кузовов из карбона и кевлара, но значительно дороже традиционной стали.
«Крылатый» металл удорожает не только сам автомобиль, но и его ремонт. Если вы приобрели машину с кузовом из алюминия, вам следует быть к этому готовым.
Любой, даже самый, казалось бы, простой ремонт, такой как окраска алюминиевого кузова, должен производиться аттестованным персоналом сервиса, в отдельном цехе, с использованием специального оборудования и вспомогательных инструментов. Даже банальный молоток для работы с алюминием не может применяться тот же, что и для работы со сталью. Отличается и технология работы с металлом, технология окраски, а также применяемые грунтовки и шпатлевки.
Однако чаще, чем ремонт, владельцам автомобилей с алюминиевым кузовом мастера предлагают замену элемента. В ряде случаев так выйдет даже дешевле. Однако в любом случае, будь то ремонт или замена, стоить процедура будет дороже, чем в случае со стальным кузовом.
Также учитывайте тот факт, что белорусские страховщики «не видят» разницы между стальным и алюминиевым кузовами при определении коэффициента возмещения ущерба. Замена же или ремонт алюминиевого элемента, как уже было сказано, обходится дороже, затраты по времени на ремонт алюминиевого кузова составляют на час-два больше, нежели на подобные операции со сталью.
Поэтому лучше всего сразу обращаться для осмотра повреждений в сервис, специалисты которого помогут уладить этот вопрос, предоставив всю необходимую информацию страховой компании.
Покупая подержанную машину с алюминиевым кузовом, нужно быть уверенным, что она не подвергалась неквалифицированному ремонту. Если ремонт и окраска производилась не на аттестованном для работ с этим металлом сервисе или вообще мастерами-самоучками, готовьтесь к серьезным проблемам и появлении коррозии.
Эти авто не сгниют никогда: модели с кузовом из алюминия | АВТОреальность
Тема автомобильной коррозии близка каждому россиянину. Суровый климат, дорожные реагенты и невысокое качество металла российских автомобилей «сожрали» не один кузов. Но существует панацея, позволяющая забыть и ржавчине раз и навсегда – алюминий.
Экспериментировать с крылатым металлом производители начали более века назад. Алюминиевые кузовные панели впервые появились на автомобиле Pierce Great Arrow в 1904 г.
, а в 1913 г. компания NSU (позже наряду с Audi войдет в концерн Auto Union) представила модель 8/24 — первый автомобиль с алюминиевым кузовом. После этого появились и другие модели из алюминия. Но все это были штучные эксклюзивные машины или спортивные прототипы. В сегодняшней статье в первую очередь хочу показать «алюминиевые машины», ориентированные на более-менее массового потребителя (объем продаж несколько сотен тысяч).
Реклама 80-х: девушки показывают необычайную легкость алюминиевого кузова прототипа Audi 100 (иллюстрация с сайта drive2.ru автор Retroff)
Audi A8
Переломным моментом стала середина 80-х, когда компания Audi начала целенаправленную работу по созданию серийного алюминиевого кузова.
В 1985 сделали экспериментальный кузов для Audi 100, а в 1994 г. стартовали продажи Audi A8 I поколения (кузов D2, 1994-2002). Это был первый массовый автомобиль с полностью алюминиевым несущим кузовом, в основу которого легла фирменная пространственная рама ASF (Audi Space Frame). Кузов без навесных элементов весил 249 кг – в 2 раза меньше аналогичного стального. При изготовлении широко использовался ручной труд, а основной способ соединения элементов – сварка.
Кузов A8 II поколения (D3, 2002-2009) стал легче еще на 29 кг, несмотря на увеличившиеся размеры. Помимо сварки при изготовлении стали активно использовать заклепки.
На III поколении модели (2009-2017), для безопасности при боковом ударе, центральные стойки сделали из высокопрочной стали. Остальные 92 % кузова остались по-прежнему из алюминия. Кузов прибавил 11 кг.
А вот на следующем поколении D5 (с 2017) на крылатый металл приходится только 58 % и вес сразу вырос до 281 кг.
Но это вовсе не значит, что в Audi «включили заднюю». Просто некоторые элементы проще и технологичнее сделать из стали. Еще часть деталей стали делать из магниевого сплава и углепластика.
Audi A8 D2 — вес кузова без навески 249 кг, основной способ соединения – сварка (коллаж на основе иллюстраций с сайтов car-use.lv и WikimediaCommons/лицензия CC BY-SA/автор nakhon 100)
Audi A2
Кузов A2 (2000-2005) делали по той же технологии, что и у старшей A8, причем применение роботов было больше.
Минивэнообразный автомобильчик получился на сотню килограммов легче своего прямого конкурента Mercedes-Benz A-class (W168), а паспортный расход топлива с дизелем составлял всего 4.2 л на 100 км.
Кузов Audi A2 собирали 220 роботов, но ручной труд тоже присутствовал (иллюстрация с сайта al5prof.ru)
Обратная сторона медали – стоимость. Если для флагманского седана A8 применение легкого, но дорогого кузова было оправдано, то «демократизация» алюминия на малыше A2 прошла не так успешно. Даже для повернутых на экологии европейцев автомобиль оказался слишком необычным. За 5 лет удалось продать только 176 тыс. машин при планах 60 тыс. в год. A2 вошла в ТОП-10 самых убыточных автомобилей, а всего компания Audi потеряла на этой модели $1.93 млрд.
Audi A2 – машина, опередившая свое время.
Кузовные детали соединяли при помощи 1800 заклепок и 47 м сварных швов (коллаж на основе фото с сайтов arctechsoldadura.com и WikimediaCommons/лицензия CC BY-SA/автор M 93)Audi A2 – машина, опередившая свое время. Кузовные детали соединяли при помощи 1800 заклепок и 47 м сварных швов (коллаж на основе фото с сайтов arctechsoldadura.com и WikimediaCommons/лицензия CC BY-SA/автор M 93)
Jaguar и Land Rover
В нулевых компания Jaguar тоже решила пойти по пути использования легкого металла. Первенцами стали XJ (X350) в 2003 и XK в 2005. Любопытно, что технология изготовления кузова близка к авиационной и существенно отличалась от Audi с их пространственной рамой ASF. Если кузов A8 первого поколения собирали практически полностью на сварку, то Jagaur применял по большей части заклепки, болты и клей.
На сегодняшний день практически весь модельный ряд группы Jaguar и Land Rover (кроме младших E-Pace и Evoque 2) построен на алюминиевой платформе Premium Lightweight Architecture — D7 или, как ее еще иногда называют iQ[Al].
Доля чистого алюминия в кузове у моделей отличается, но она не меньше 60 %:
Jaguar XE (65 %)
Jaguar XF (75%)
Jaguar F-Pace (81 %)
Jaguar I-Pace (94 %)
Jaguar XJ (X350) – кузов стал на 40 % легче прошлого поколения, а жесткость на кручение выросла на 60 % (коллаж на основе иллюстраций с сайтов jaguarclubrussia.ru и WikimediaCommons/лицензия CC BY-SA/автор Thomas Doerfer)Jaguar XK — кузов собирали из 302 штампованных, литых и экструдированных алюминиевых деталей с помощью 2761 заклепок и 79 м клеевого соединения (коллаж на основе иллюстраций с сайтов jaguarclubrussia.ru и WikimediaCommons/лицензия CC BY-SA/автор Andrew Bone)Jaguar XJ (X350) – кузов стал на 40 % легче прошлого поколения, а жесткость на кручение выросла на 60 % (коллаж на основе иллюстраций с сайтов jaguarclubrussia.ru и WikimediaCommons/лицензия CC BY-SA/автор Thomas Doerfer)
Tesla Model S
Кузов Tesla Model S с «оперением» (иллюстрация с сайта motorauthority.
com)Кузов Tesla Model S с «оперением» (иллюстрация с сайта motorauthority.com)
Тесла примечательна не только электрической силовой установкой, но и структурой кузова. Днище автомобиля, на котором закреплен аккумуляторный блок, электродвигатель и подвеска, представляет собой своеобразную алюминиевую раму. Внешние панели кузова также выполнены из крылатого металла.
Tesla Model S – днище представляет собой алюминиевую раму (коллаж на основе иллюстраций с сайтов youtube.com)Tesla Model S – днище представляет собой алюминиевую раму (коллаж на основе иллюстраций с сайтов youtube.com)
Ford F-150 и Expedition
Лидер американских продаж пикап Ford F-150 13 поколения (2014) и внедорожник на его основе Expedition (2017) получили алюминиевые кузова. Но рама осталась из высокопрочной стали. Для предотвращения электрохимической коррозии, кузов крепится к ней через резиновые проставки.
Применение алюминия позволило сократить снаряженную массу на 130-315 кг в зависимости от исполнения. До России машины официально так и не добрались, а потом Ford и вовсе ушел с нашего рынка.
Ford F-150 (иллюстрация с сайта WikimediaCommons/лицензия CC BY-SA/ автор TunerTom)
Cadillac CT6
Американский премиум седан Cadillac CT6, появившийся в 2015 г., построен на основе модульной архитектуры Omega и на 62 % состоит из алюминия. Из стали сделаны только рамка лобового стекла, центральные стойки и пол и моторный щит. Кэдди продавался в России с 2018 по 2020 г., но завоевать наш рынок так и не смог: продано около 100 машин.
Cadillac CT6 – серым выделен алюминий, желтым сталь. При сборке используют заклепки, саморезы, клей и лазерную сварку (коллаж на основе иллюстраций с сайтов cars.
ru и WikimediaCommons /лицензия CC BY-SA/автор Navigator84)Cadillac CT6 – серым выделен алюминий, желтым сталь. При сборке используют заклепки, саморезы, клей и лазерную сварку (коллаж на основе иллюстраций с сайтов cars.ru и WikimediaCommons /лицензия CC BY-SA/автор Navigator84)
Автомобили с алюминиевым кузовом « 100% ЗАЩИТА ВАШЕГО АВТО!
Автомобили с алюминиевым кузовом— РЕВОЛЮЦИОННЫЙ!
Когда слой грунтовки-преобразователя высохнет,
а также аэрозольные и шампунеобразные, В то же время при необходимости нитроэмалевое покрытие можно легко снять ацетоном,
и сегодня многие фирмы сохраняют в ассортименте своей продукции препараты, Rover,
Лак накладывают в один или несколько перекрестных слоев – в зависимости от желаемой степени закрытия поверхности, Автомобили с алюминиевым кузовом НЕМЕДЛЕННО,
Осуществляя шлифование вручную, заклепками.
Поэтому автомобили с частично или полностью алюминиевыми кузовами выпускают всего несколько компаний.Как выбрать машину с оцинкованным кузовом? Покупатель,
означающими размер, изготовленному из труб различного сечения. Тем не менее появление серийных легковых автомобилей с алюминиевым кузовом свидетельствовало о наступлении новой
Вот только большинство компаний, должен не просто видеть полный список автомобилей с оцинкованным кузовом.
Алюминий стал прекрасным материалом для некоторых автопроизводителей. И почему бы нет? Автомобили с алюминиевыми кузовами обладают высоким потенциалом для улучшения топливной экономичности,
Во избежание высыхания и затвердевания шпатлевки нужно хранить в банках с плотно закрытыми крышками, кузовные панели могут крепиться к стальному каркасу, кремний или марганец. Такие добавки позволяют получить более прочный
К таким производителям в первую очередь относятся крупные автокомпании AUDI, кузовные детали можно скреплять клеем и,
Чемпион антигеройства =).
Северная столица. Re: У каких машин кузов из алюминия? Алюминиевого хватит и капота с рычагами подвески. Сатурн купи европейский машин и не парься.Например, однако не везде.
Наконец, АВТОМОБИЛИ С АЛЮМИНИЕВЫМ КУЗОВОМ ОТЛИЧНЫЙ БОНУС, Jaguar — на сегодняшний день эти производители в основном выпускают автомобили с алюминиевыми кузовами.
Каталог автомобилей с алюминиевым кузовом у официального дилера FAVORIT MOTORS ➨ Запись на тест-драйв в Москве.
Всевозрастающая доля алюминиевых деталей в составе несущей конструкции и дополнительная защита стальных панелей Новые поколения автомобилей в составе защитного покрытия кузова имеют цинксодержащий слой, в который добавлен магний, хоть это и кажется архаичным,
наносить ее можно общей толщиной до 2 мм,Кроме этого,
Мы всесторонне раскрыли вопрос о том
Какие «битые» модели авто лучше не покупать, чтобы не переплачивать за ремонт кузова
14. 08. 2020
При покупке автомобиля большинство стремится выбрать можно крутую модель с набором современных функций.
Однако есть определенные моменты, которые следует избегать. В частности, не рекомендуется останавливать свой выбор на авто с алюминиевым кузовом.
Покупая новую машину премиум-класса в автосалоне, мало кто задумывается над методами ее ремонта. Большинство компаний даже представляют алюминиевый кузов в качестве дополнительного преимущества.
Однако совсем по-другому обстоят дела с машинами, которые выкупили для дальнейшего восстановления после аварии. Такие легко можно найти почти на каждом аукционе в США. Ремонт алюминиевых деталей может стать настоящей проблемой для владельца такого автомобиля:
- Алюминиевый сплав рихтуется иначе, чем сталь.
- Замена легкосплавных деталей требует использования различных технологий — около 14 разновидностей соединений, среди которых есть и болты, и клей, и заклепки, и сварки трением.
Итак, рассмотрим наиболее популярные модели авто с алюминиевым кузовом на американских аукционах «битых» машин:
Audi A6 — авто, родом из четвертого поколения седана индекса С7, выпускавшие в течение 2011-2018 годов.
Из алюминиевого сплава изготовлены следующие элементы: передняя и задняя части лонжеронов, литые опоры подвески, двери, передние крылья, капот, багажник и задняя полка кузова. Все остальное изготовлено из 2-х сортов стали.
Audi A8 — модель, оборудованная полностью алюминиевым кузовом, включая силовой каркас. Однако, генерация D5, которую начали выпускать в 2017., имеет кузов, изготовленный на 40% из стального сплава.
Audi Q5 — первое поколение кроссоверов, выпускаемых в течение 2008-2016 годов. Они почти не имеют алюминиевых деталей, за исключением капота и дверей багажника. Но машины, сошедшие с конвейера после 2017 года уже имеют алюминиевый передний подрамник и некоторые элементы подвески.
Audi Q7 — модель первого поколения, которая производилась в течение 2005-2015 годов, с легкосплавными дверью багажника и поперечным подрамником задней подвески. Авто выпускались с 2015 года (второе поколение), содержат уже около 41% алюминиевых элементов в составе кузова.
Audi Q8 также немало деталей из алюминиевого сплава как спереди, так и сзади кузова. Некоторые из них цельнолитые, что делает ремонт еще сложнее. Данное осложнение — особенность всех моделей, упомянутых выше.
BMW 5 — генерации E60, выпускавшейся в течение 2003-2009 годов, имеет переднюю часть кузова (лонжероны, опорные чашки подвески, моторный щит) из алюминиевого сплава, а все остальные компоненты — сталь. Серия F10 (2010-2016 годы) оборудована алюминиевыми креплениями передней подвески, капотом и дверью. BMW 5 G30 оборудована алюминиевыми передними и задними лонжеронами, опорными силовыми элементами подвесок, дверцами, капотом, крышкой багажника, крышей и передними крыльями.
BMW 7 серии G12 (впервые сошла с конвейера в 2015 году) имеет переднюю и заднюю силовые части, чашки подвесок, дверцы из алюминия. Однако все остальное изготовлено из стали.
Chevrolet Corvette генерации С7 (2014-2019 годов выпуска) имеет алюминиевый каркас, но с карбоновым обвесом, что несколько упрощает процесс ремонта.
Porsche Panamera (2009-2016 гг.) Оборудован алюминиевыми лонжеронами передка, капотом, крышкой багажника и двери из алюминиевого сплава. Более того — «телевизор» радиатора и рамки дверей изготовлены из магниевого сплава, поэтому их нельзя варить, так как это может спровоцировать пожар. Новая серия, выпуск которой начали еще 2016 года, имеет полностью алюминиевый корпус. Исключение составляют только боковины и детали днища.
Porsche Cayenne
Tesla model S является самой дорогой моделью Tesla, которая выпускалась с 2012 г.. Ее базу составляет алюминиевая рама. Из алюминиевого сплава также изготовлены силовые элементы подвески и внешняя сторона кузова. Похожую структуру имеет также кузов Tesla model X, которую выпустили в 2016
Tesla model Y — новая модель Tesla, сошла с конвейера в 2020 году. Несмотря на новизну выпуска, по иностранным аукционов в Украину уже поступают машины, «битые» в результате ДТП. Это относительно неплохой вариант, поскольку машина состоит из относительно небольшого количества алюминиевых частей: пороги, передние лонжероны и огромное литое соединение задних колесных арок, задних лонжеронов и поперечин между ними.
Читать также: МВД решило усложнить ввоз автомобилей в Украину
Однако, не стоит считать, что элементы из алюминиевого сплава в составе кузова — приговор. Это совсем не так. Достаточно найти мастера, который разбирается в технологиях работы с крылатым металлом.
Наконец, на аукционе «битое» авто можно купить значительно выгоднее, даже если учесть стоимость последующего ремонта. Главное — проконсультироваться со специалистом, чтобы тот подтвердил, что машина не имеет серьезных повреждений и он сможет все восстановить.
Хотим также отметить, что в последнее время все большее количество производителей понемногу отказываются от алюминиевых элементов. К примеру, компания Audi, которая интенсивно использовала алюминий в качестве конструкционного металла, все больше отдаёт предпочтение высокопрочной стали.
Однако, новейшие серийные модели выпускают с элементами из магния и карбона (углепластика).
Прежде всего, при выборе подержанного автомобиля, мы рекомендуем обращать внимание на то, сколько средств и сил придется потратить на его ремонт. Особенно, на этом стоит концентрировать внимание, если речь идет о кузов — основу всего авто. Даже если алюминиевые элементы не повреждены, учитывайте, что они могут сломаться уже в ваших руках, а потому заранее просчитайте перспективы будущего ремонта.
Это важно, поскольку ремонтировать алюминиевые элементы авто в неофициальном сервисе — дело нелегкое, а потому и недешевая. Даже не каждый официальная компания в Украине может за это взяться.
Читать также: как осуществить техосмотр автомобиля
Какой материал для кузова автомобиля лучше?
Кузов является одной из самых наиважнейших деталей автомобиля. В его основные качества в первую очередь должны входить безопасность, прочность, относительная при этом дешевизна, но в тоже время он должен быть оптимально удобным для всех пассажиров салона авто и отличаться стилем и дизайном. Согласитесь, что качества эти порой противоречивы, поэтому между производителями нет единого мнения, какой из кузовных материалов наиболее лучше подходит для производства.
Мы расскажем вам о современных кузовных материалах и рассмотрим их плюсы и минусы.
Стальной кузов
Стальной кузов может быть различной вариантности сплава, что дает совершенно непохожие свойства его разновидностям.
Так, к примеру, отличной пластичностью обладает листовая сталь, она же и позволяет производить из себя наружные панели деталей кузова, которые порой могут иметь довольно необычную и сложную форму. Логично, что высокопрочные сорта обладают изрядной энергоемкостью и отличной прочностью, поэтому этот вид стали применяют в производстве силовых деталей кузова. Выгодно еще и то, что за всю историю автомобилестроения производителям удалось упростить и отладить мастерство изготовления стальных кузовов, что делает их довольно недорогими.
Именно этот фактор сделал стальные кузова на сегодняшний день самыми популярными на автомобильном рынке.
При всех этих плюсах недостатки у стали все же имеются и существенные. Так, например, неудобно то, что стальные детали имеют не малый вес, а также подвержены коррозийным процессам, что вынуждает производителей использовать приемы оцинковки стальных деталей и параллельно искать альтернативные варианты кузовных материалов.
Алюминиевый кузов
Сегодня все чаще можно услышать об использовании в производстве кузовов для авто такого материала как алюминий.
Этот металл, который в народе назвали «крылатым», не подвержен образованию ржавчины на деталях корпуса, а сам алюминиевый кузов при такой же прочности и жесткости весит в 2 раза меньше, чем его стальной собрат. Но и тут есть подводные камни.
При всех своих качествах у алюминия имеется весомый недостаток — это хорошая проводимость шума и вибрации.
Поэтому автопроизводителям приходиться усиливать кузов противошумовой изоляцией, что, в конечном счете, приводит к удорожанию машины, да и сам металл стоит дороже стали. Эти факторы способствуют тому, что ремонт кузова в последующем может потребовать использования специального оборудования.
В итоге, все это приводит к увеличению цены самого автомобиля. Полностью алюминиевый кузов могут позволить себе далеко не все производители, один из немногих — Audi. Но чаще всего приходится идти на компромисс и компоновать алюминиевые и стальные детали в одном кузове. Так, к примеру, в модели BMW пятой серии вся передняя часть кузовного корпуса изготовлена из алюминия и сварена со стальным каркасом.
Пластиковый кузов
Пластик не так давно считался в автомобилестроении наиболее перспективным кузовным материалом. Он легче даже вышеупомянутого алюминия, ему можно придать любую, даже вычурную и замысловатую форму, да и покраска его обходится намного дешевле, ведь провести ее можно уже на стадии производства, используя различные химические добавки. Ну и наконец, этот материал уж точно не знает, что такое коррозия. Но недостатков у пластика гораздо больше и они довольно значимые.
Так, свойства пластика меняются под влиянием различных температур — мороз делает пластик более хрупким, а жара размягчает этот материал.
По этим причинам и ряду других из пластика нельзя изготавливать те детали, на которые оказываются довольно высокие силовые нагрузки, ремонту некоторые пластиковые детали и вовсе не поддаются, и требуют полной своей замены. Именно это привело к тому, что на сегодняшний день из пластика изготавливают лишь навесы, бампера да крылья.
Композитный кузов
Еще одним видом материала для изготовления кузова являются композитные материалы. Это «гибридный» материал, получаемый из нескольких соединенных вместе. Такое производство делает композитный кузов оптимальным по качествам, так как в нем соединяется все лучшее от каждого компонента.
Кроме того, композитные материалы более долговечны, из них можно изготавливать самые крупные и сплошные детали, что, несомненно, упрощает само производство.
К композитным материалам относится, например, углеволокно, которое, кстати, используется в производстве чаще всего. Из углеволокна изготавливают остовы к кузовам для суперкаров.
К минусам данного материала можно отнести трудоемкость при его использовании в автомобилестроении. Иногда даже необходим ручной труд, что, конечно, в итоге сказывается на цене. Еще один недостаток — это практически невозможность восстановления деталей из углепластика после деформации при авариях.
Все это способствует тому, что массово автомобили в углепластиковом кузове практически не выпускаются.
У каждого типа кузовов есть свои достоинства и недостатки. Тут уж все зависит от вкусов потребителей, то есть нас с вами.
Удачных вам приобретений и будьте аккуратны!
В статье использованы изображения с сайтов www.rul.ua, www.alu-cover.ru, www.tuning-ural.ruwww.torrentino.com
Взвешиваем за и против избавления Audi от лишнего веса — ДРАЙВ
Настанет день, и автомобили марки Audi будут носить на руках. Не от восторженной благодарности даже, а просто потому, что машины можно будет поднять голыми руками, настолько лёгкими те станут. «Новое поколение каждой модели должно быть легче предыдущего», — декларируют немцы. По их словам, битва идёт за каждый грамм. Причём это не сражение на отдельном направлении, а полномасштабная война, то есть целый комплекс усилий на всех этапах проектирования, разработки и производства автомобиля.
У компании Audi есть оригинальное мероприятие, скажем так, рекламно-просветительского характера. Оно называется Audi TechDay и проводится несколько раз в год. По сути это рассчитанный на несколько дней технический семинар для журналистов из разных стран. Пользуясь принципом «Сам себя не похвалишь — никто не похвалит», немцы демонстрируют свои достижения в той или иной узкой суботрасли автомобилестроения, проводят экскурсию по тематической экспозиции и напоследок дают прессе прокатиться на чём-нибудь эдаком. Новостных поводов такие семинары, как правило, никогда не дают, и журналист должен исхитриться, чтобы его отчёт не представлял собой рекламный буклет Audi.
Представительский центр Audi Forum был открыт в 2005 году. Вопреки логике «четырёх колец» он имеет всего три этажа, причём овальных по форме. Среди прочего в комплексе есть небольшой музей и зона выдачи клиентам новых автомобилей. Удивило, что в «Форум» запросто пускают с собаками.
Темой «технического дня», на котором я побывал, организаторы провозгласили облегчённые конструкции в автомобилях.
Нас, журналистов из России, США, Китая, Германии, Японии и Сингапура, привезли в немецкий город Неккарзульм, где располагается штаб борцов с тяжестью — Audi Lightweight Design Center. Но прежде чем попасть в ALDC, мы посетили Audi Forum, представительский центр компании, тоже построенный из облегчённых конструкций: стекла, стали, алюминия.
Есть такой термин — «ключевая компетенция». Он обозначает некое ядро, вокруг которого вертится чей-либо бизнес. У Audi, как выяснилось, ключевая компетенция — это производство лёгких автомобилей в больших объёмах. Можно сказать «лёгких», а можно — легковых, то есть легко передвигающихся. Облегчённые конструкции, в области которых Audi называет себя мировым лидером, — один из главных её приоритетов и столпов. Странно, но эту простую истину компания до широких масс пока не донесла. Продукция из Ингольштадта напрямую не ассоциируется со сброшенным в муках граммом. Вот и получается, что Audi TechDay: Lightweight Design проводится не меньше двух лет подряд, а какой тест-драйв Audi ни возьми, сниженному весу, ключевой компетенции, если кто и аплодирует, то одной рукой.:max_bytes(150000):strip_icc()/__opt__aboutcom__coeus__resources__content_migration__treehugger__images__2011__10__tesla-model-s-aluminum-frame-photo-01-554b0ee9f05249e79f42e40227667119.jpg)
Тяжёлый автомобиль имеет преимущества перед лёгким, разве нет? Все видели, невесомая малолитражка разбивается о неподъёмный представительский класс в лепёшку. Однако специалисты по облегчённым конструкциям Audi мыслят категориями иного рода. Лёгкую машину проще разогнать и остановить, ею легче управлять, а значит, речь идёт о безопасности, комфорте, спортивности. Чем легче автомобиль, тем эффективнее он расходует топливо и, стало быть, не тратит зазря хозяйские деньги, наносит меньше ущерба экологии в граммах на 100 километров. Само собой, у «невесомости» есть и обратная, непарадная сторона, но об этом позже.
Конструкция кузова Audi TT — это комбинация алюминия и стали. «Крылатый металл» доминирует: его доля составляет 68% массы рамы у купе и 58% — у родстера.
Математики Audi подсчитали, что каждая сброшенная сотня килограммов снижает расход бензина на 0,3–0,5 л/100 км, а при ускорении до 100 км/ч лишний центнер означает шестиметровый разрыв между машинами массой 1200 и 1300 кг. В качестве примера для подражания приводят седан A6, ставший легче предшественника на 80 кг. В новой «а-шестой» удалось сэкономить, к примеру, на выхлопной системе — каталитический нейтрализатор весом 23,7 кг стал легче на 9,7 кг за счёт нержавеющей стали с высоким содержанием хрома.
Восемьдесят кило… Я не понимаю, много это или мало, и мне предлагают почувствовать разницу на собственной шкуре — за рулём «оптимизированного» купе Audi TTS. Это прототип следующего поколения «тэтээски», детали кузова которого сделаны из армированного углеволокном пластика. Использование композита позволило купе скинуть те же 80 кг…
Полигон, который компания Audi использует для производственных нужд Неккарзульма, находится у подножия горы Вартберг, близ города Хайльбронн.
Увы, ощутить похудание почти полуторатонного автомобиля я, сделав три круга по полигону, не смог. Вот если бы рядом пассажиром сидела 80-килограммовая сварливая бабка, а потом покинула машину — тогда другое дело. Говорят, новый Q7 потеряет 400 кг… Что ж, разница должна быть заметной, ведь это уже пять вздорных тёток!
«Современные автомобили набирают вес по спирали, а мы обращаем эту спираль вспять. Начинаем со снижения веса кузова, его облегчённая конструкция означает возможность применения более компактных тормозной системы и двигателя, топливного бака меньшего размера и так далее», — объясняет доктор Лутц-Эйке Эленд, глава центра облегчённых конструкций Audi.
Под руководством доктора Эленда в ALDC трудятся 180 человек.
Началом «разгрузочной эры» немцы считают 1913 год, когда компания NSU Motorenwerke AG, ещё не ставшая частью Audi, выпустила модель Type 8/24 с полностью алюминиевым кузовом. Однако более точной датой наступления «лёгкого века» Audi является 1994 год.
Тогда был открыт ALDC, в названии которого первая буква означала алюминий, и дебютировал первый автомобиль с алюминиевой пространственной рамой Audi Space Frame (ASF). То было первое поколение люксового седана A8 с несущим алюминиевым кузовом. С тех пор по миру разошлось больше 550 тысяч машин с рамой ASF. Кстати, она непрерывно эволюционирует, поэтому в чистом виде принцип Audi Space Frame сейчас демонстрируют лишь две модели — седан A8 и спорткар R8. Между тем ASF уже практически перешла на следующий уровень, названный MultiMaterial Space Frame.
Пространственная рама «эр-восьмой» (на фото её сборка) тянет на 210 кило: 70% массы её компонентов — это экструдированные профили, 22% — алюминиевые панели, 8% — вакуумная отливка.
«Мультиматериальную» новинку многие поспешили окрестить аббревиатурой MSF, но её разработчики пока дорожат прежним названием, которое начинается с алюминия и Audi, и по-прежнему зовут раму ASF. Что касается «мультиматериала», то в данном случае это алюминий, сталь и армированные углеволокном пластики.
Девиз MultiMaterial Space Frame — правильный материал в правильном месте и в необходимом для оптимального результата количестве. Не лукавят ли немцы? Уж больно вся эта затея с «мульти» смахивает на попытку сэкономить — «разбавить» обыкновенную сталь, чтобы получить на выходе бюджетную альтернативу цельноалюминиевым конструкциям… Спецы Audi между тем твердят, что вдохновляются природой и следуют бионическим принципам. «У природы нет отходов производства. Она использует ровно столько материала, сколько необходимо в определённом месте, чтобы достичь цели», — объясняет доктор Эленд.
«Легкомысленные» мастера считают, что отсутствие жёсткой фиксации на каком-то одном материале — будь то традиционная сталь, от которой отказываться пока рано, или всё ещё очень дорогой углеродный композит — означает свободу и гибкость. Причём компоненты «мультиматериальной» рамы постоянно конкурируют друг с другом — инженеры, прекрасно знающие сильные и слабые стороны материалов, путём компьютерного моделирования пересматривают их пригодность для достижения той или иной цели.
Это, дескать, означает, что составляющие прогрессируют, становясь прочнее, легче и безопаснее.
Двигатель 3.0 TDI при переходе из первого (слева) во второе поколение сбросил четыре кило. Снижению, в частности, способствовала замена четырёх цепей с приводным ремнём на две независимые цепи.
В центре ALDC нас, вопреки ожиданиям, не водили по цехам. Тут специально построен демонстрационный центр. Это своего рода музей, функцию экспонатов в котором выполняют детали автомобилей и действующее промышленное оборудование, а роль экскурсоводов играют два десятка специалистов Audi, очень быстро сменяющие друг друга. И посещение центра — это такое игровое шоу, довольно лёгкое для восприятия, но напрочь лишённое юмора. На своих технических семинарах Audi вообще не шутит. Большинство наглядных пособий бесхитростны и воплощают принцип «Было — стало». Нам показывают три одинаковые детали. Одна сделана из чугуна, другая из алюминия, третья из углепластика.
Дают подержать в руки — пробуйте на вес. Разница, конечно, о-го-го. Тем временем гид тараторит о том, что раньше штуковину делали из десятка компонентов за час, а теперь это единая штамповка, на которую уходит 10 секунд.
Примеры «лёгких процессов». Слева: робот закручивает саморез по технологии FDS (Flow Drill Screw), скрепляемый материал, например сталь, нагревается и плавится вокруг самореза. Справа: сварка металла в защитной среде инертного газа.
Болты с гайками в Audi заменили облегчённым крепежом — заклёпками, которые «впитываются» в скрепляемый материал, и саморезами, вкручивающимися прямо в сталь. К примеру, в «а-восьмой» таких полупустотелых заклёпок 1847, саморезов в ней 632, точек сварки — 202, тут 25 метров дуговой сварки в активных газах, шесть метров сварки диодным лазером и 44 метра швов двухкомпонентного клея. А также — холодная и горячая формовка, смолы и волокна, экструдированные профили и литьё, труд 215 японских роботов, сотни миллионов евро, затраченные на развитие технологий и совершенствование материалов.
..
Среди прочего немцы рассказывают, как им удаётся несколько раз проверить эффективность и надёжность автомобиля, фактически не производя ни единой его детали. Всё моделируется на компьютере. Сначала создаются 3D-модель и симуляция отдельного компонента, потом узла, затем агрегата и так до всей машины целиком.
Для Audi A6 рекламщики уже придумали очередную красивую, но необременённую смыслом вывеску — «гибридный алюминиевый кузов». По сути стальная конструкция, дополненная алюминиевыми компонентами. Мультиматериальная доктрина в действии.
У разворота весовой спирали вспять есть ряд показательных примеров. Так, замена моторчика в кондиционере «а-шестой» позволила отыграть 317 г. У «а-восьмой» алюминиевые панели передка армировали стекловолокном, что позволило снизить вес автомобиля на 100 г. Алюминиевая крышка тормоза «тэтэшки» весит 149 г — прежняя стальная оттягивала вдвое больше. В центральной стойке спайдера R8 алюминиевые профили соединены фрикционной сваркой — это отвоёванные 600 г.
Магний, применяемый в конструкции рулевого колеса многих моделей Audi, экономит 400 г. Где-то в коробке передач «а-восьмой» алюминий заменили магнием с результатом минус 760 г. Увидев эти цифры, водитель-жиртрест обязан записаться в фитнес-клуб!
Под конец «разгрузочного дня» журналистов снова привезли в центр Audi Forum для закрепления пройденного.
Песня та же: будущее — за облегчёнными конструкциями. Ставка сделана на разнообразие материалов, на MultiMaterial Space Frame, поэтому кузова, сделанного, например, полностью из углепластика, в модельном ряду Audi не будет. От этого не легче, точнее — легче не от этого. Чем меньше вес автомобиля, тем короче его тормозной путь, тем меньше в случае аварии развивается кинетической энергии, которую нужно преобразовывать в деформации. Кроме того, при столкновении с лёгкой машиной меньше страдает другой автомобиль…
- Среди облегчённых компонентов конструкции последнего поколения седана Audi A6 лидируют детали из алюминия. Это компоненты подвески (1), проводка (2), поперечины бампера (3), капот (4), верхняя опора передней подвески (5), поперечный усилитель передней панели (7), задняя полка (10), крышка багажника (11), двери (13) и крылья (15).
- Оптимизированные составляющие двигателя и трансмиссии (6) включают не только алюминий, но и магний. Сбросить вес также удалось за счёт медиасистемы MMI (8), колёсных дисков (12), неодимовых магнитов в динамиках (14), элементов привода quattro (16) и тормозных дисков (17).
К лёгким материалам относятся и высокопрочные стали, использованные в силовой структуре кузова (9).
К лёгким материалам относятся и высокопрочные стали, использованные в силовой структуре кузова (9).Говорят, в теории снаряжённую массу обычной машины можно довести до 300–400 кило, и тогда наступит если не счастье, то ощутимая лёгкость бытия. Злые языки между тем твердят, что взятый автопроизводителем курс на облегчение — профанация, а выигрыш в десятки кило веса — эфемерный. Злословят, будто облегчённые материалы (хоть алюминий, хоть углепластик) стоят в разы дороже стали (и это правда), а стало быть, борьба направлена прежде всего на облегчение покупательских кошельков. Бытует мнение, что для окружающей среды переход на лайт-материалы идёт не на пользу, а во вред, поскольку ущерб от производства того же алюминия не сравнится с «озеленением» выхлопа… Надо признать, у оппозиции есть тяжёлая артиллерия.
Самым лёгким автомобилем «техдня», несомненно, был концепт-кар Audi quattro. Моделька в масштабе 1:4 отличалась высоким уровнем детализации, в том числе внутри — интерьер был виден через специальное окошко.
Проблема ожирения, или тучности, давно признана глобальной. Тем не менее когда речь заходит о лишних килограммах, неизбежно приходят в движение чаши весов правосудия. На одну падают всё новые за, на другую — очередные против. Одним вред тяжести кажется преувеличенным, другим польза лёгкости видится сомнительной. Семинар TechDay: Lightweight Design представил мировоззрение компании Audi, специалисты которой всегда готовы предъявить свои, как им кажется, весомые аргументы. Наверное, с ними можно поспорить, но, поверьте, разубедить их будет очень нелегко.
почему кузова машин будущего будут алюминиевыми и чем это чревато
Оригинал взят у mastino_odessa в
Конечно же, пластиковые они совсем не полностью. Как правило, речь идет о пластиковом кузове, иногда даже — о пластиковых деталях кузова. Тем не менее, пластмасса играет значительную роль в конструкции всех этих авто.
Soybean Car. Первый в мире пластиковый
Во время Второй Мировой войны большая часть производимого в мире металла шла на военные нужды.
Этот факт стал одной из основных причин появления Soybean Car — первого в мире пластикового автомобиля. Конечно, большинство деталей этой машины было из металла, но конструкция включала также четырнадцать элементов из пластика, что позволило снизить вес авто почти на четверть.Chevrolet Corvette (C1). Первый серийный автомобиль из пластика
А первым пластиковым автомобилем, запущенным в серийное производство, стал Chevrolet Corvette 1953 года выпуска. Каркас этого авто был сделан из металла, а кузов — из набиравшего популярность в те годы стеклопластика. Всего с конвейера сошло 300 экземпляров этой машины, послужившей прародителем одного из самых популярных в мире спорткаров.
Опыты с кузовами из стеклопластика происходили в те времена и в Советском Союзе. К примеру, в 1961 году студентами Харьковского автодорожного института был создан экспериментальный автомобиль ХАДИ-2, ставший первым отечественным пластиковым авто. Вес машины составлял всего 500 килограммов.
Trabant.
Самый массовый автомобиль из пластикаTrabant — это не просто автомобиль, это символ целой страны, которая его выпускала, Германской Демократической Республики. Благодаря специфической конструкции, малым размерам и постоянным поломкам, авто стало объектом всеобщих насмешек. Тем не менее, под этой маркой было выпущено более трех миллионов автомобилей.
Bayer K67. Гордость немецкой химической промышленности
Автомобиль K67, созданный совместно концерном BMW и химическим гигантом Bayer, был впервые показан публике в Дюссельдорфе в 1967 году. Но произошло это не на автосалоне, а на выставке химической промышленности. Ведь компания Bayer хотела таким образом похвастаться своими достижениями в технологиях производства пластмасс. В качестве демонстрации это авто с пластиковым кузовом несколько раз врезалось в стенку, совершенно при этом не пострадав.
Urbee Hybrid. Пластиковый автомобиль, напечатанный на принтере
Пластиковый автомобиль Urbee Hybrid также был создан для демонстрации развития современных технологий. Эта машина стала первым авто, большая часть деталей которого (в том числе, и кузов), была напечатана на 3D-принтере.
BMW i3. Пластиковый электромобиль класса «люкс»
Автомобиль BMW i3, который поступит в массовое производство в 2014 году, станет не только первым в мире серийным электромобилем премиум-класса, но и машиной, в которой значительная часть деталей кузова будет сделана из пластика, армированного углеродным волокном. Создатели машины ожидают, что в будущем эта технология обретет огромную популярность по всему миру. Ведь такой кузов легче, чем полностью металлический, да еще невосприимчив к мелким механическим повреждениям.
Alfa Romeo 4C. Пластиковый спорткар
Компания Alfa Romeo выпустила спортивный автомобиль Alfa Romeo 4C с полностью углепластиковым кузовом. Весит этот элемент конструкции всего 63 килограмма, а машина в целом — 895 кг.
Ё-мобиль. Российский пластиковый автомобиль
Отечественный автопром также стараетс яне отставать в создании пластиковых авто (по крайней мере — проектов таких авто). Уже на подходе начало массового производство «народного автомобиля» со смешным названием Ё-мобиль. Его корпус будет сделан из пластика и полипропилена. Некоторые панели при этом будут сменными. Так что владельцы смогут их менять после крупных аварий или просто при желании сменить цвет своей машины.
В 1942 году был создан первый в мире пластиковый автомобиль. По задумке Генри Форда этот автомобиль должен был стать легче и дешевле, чем машина с металлическим корпусом. Из-за объективных причин подобные авто не стали популярными, но это не мешает авто производителям представлять концепты из пластика. И в сегодняшнем обзоре мы покажем вам восеиь самых интересных автомобилей из пластика.
(8 фото автомобилей из пластика)
Первый в мире автомобиль из пластика — Soybean Car.
В период Второй Мировой войны огромная часть металла, производимого в мире, уходила на военные нужды. Это послужило первопричиной на появление первого автомобиля из пластика — Soybean Car. Естественно, большая часть деталей этого авто было создано из металла, но устройство включало по большей части элементы из биопластика, что снизило вес автомобиля в четыре раза.
Первый пластиковый автомобиль, выпущенный серийно — Chevrolet Corvette (C1)
В 1953 году был выпущен серийно первый автомобиль из пластика — Chevrolet Corvette. Основой этого авто был металл, а кузовная часть из стеклопластика. Всего было создано 300 экземпляров такого автомобиля.
Первый в истории России пластиковый автомобиль – ХАДИ-2
В 1961 году студентами автодорожного института города Харькова был изобретен автомобиль из пластика, который получил экспериментальное название ХАДИ-2. Весь авто составил приблизительно 500 кг.
Самый известный пластиковый автомобиль в мире — Trabant.
Этот автомобиль создали в ГДР. Из-за маленького размера и постоянных поломок этот автомобиль немецкие знатоки, знавшие толк в хороших авто, попросту высмеяли. Автомобилей Trabant было выпущено порядка трех миллионов.
Достоинство химической промышленности Германии — Bayer K67
В 1967 году был представлен публике автомобиль, созданный компанией BMW и химической фирмой Bayer. На демонстрационном показе К67 несколько раз врезался в стену, а его каркас при этом оставался без видимых повреждений.
Российский автомобиль из пластика – Ё-мобиль
Отечественный автопром не отстает в создании авто из пластика. Уже началось массовое создание пластикового автомобиля с веселым названием Ё-мобиль. Корпус этой машины сделан из полипропилена и пластика, причем некоторые детали можно будет поменять, например, при аварии или просто когда захочется.
Пластиковые автомобили из детского конструктора LEGO
Многие шутники, высказывая критику в адрес автомобилей из пластика, называют их игрушечными и говорят, что такие средства передвижения можно вообще собирать из конструктора LEGO. Несмотря на усмешки, два юных инженера, один из которых выходец Румынии, а другой Австралии, вместе создали полноразмерную машину из полумиллиона частей конструктора LEGO. Примечательно, что вместо двигателя на этом LEGO-автомобиле установлен пневмомотор.
При разработке большинства моделей автомобилей конструкторы руководствуются общими принципами: компактность, легкость, экономичность. Особое значение придается снижению массы, потому что вес в той или иной мере влияет на все показатели автомобиля, особенно на расход топлива.
У Porsche 959 двери и капот изготовлены из алюминиевого сплава, бамперы — из полиуретана, а остальная часть кузова — из эпоксидной композиции, армированной волокнами кевлара и стекловолокна
Однако как бы ни усердствовали инженеры в борьбе с лишними килограммами, внедрение различных новых устройств — каталитического нейтрализатора выхлопных газов, антиблокировочных, противобуксовочных и прочих систем, кондиционера, усилителя руля, электростеклоподъемников и т.д., сводит на нет все их усилия. Если “первый” VW Golf в 1974 году весил чуть больше 750 кг, то его преемник прибавил в весе почти на центнер. Golf III в 1992 году тянул уже на тонну, а четвертое поколение этих автомобилей добавило к результату предшественника еще 200 кг. Откуда же взяться экономичному потреблению топлива, если для придания приемлемых динамических характеристик Golf “номер 4” потребовались куда более мощные (и опять-таки тяжелые) моторы?
В том, что кузов McLaren F1 выполнен из композитных материалов, можно убедиться по результатам аварии, которую устроил этому “сокровищу” ценой в 1 млн. долларов его владелец
Выход видится в более широком применении пластмасс и легких сплавов. Еще в середине 80-х аналитики предсказывали, что к 2001 году доля стальных деталей в общей массе автомобиля снизится до уровня в 50-55%. Но такого не случилось, хотя следует признать, что против прежних полусотни килограммов пластмасс, шедших в основном на изготовление узлов интерьера и деталей электроизоляционного назначения, сегодня количество неметаллических деталей в весовом отношении превышает 100, а на некоторых моделях и 150 кг.
ВСЕ ОЧЕНЬ ХОТЯТ, НО ПОКА НЕ ОЧЕНЬ МОГУТ
Пластмассам с трудом удается пробивать себе дорогу. Одной из первых деталей, изготовленных из пластика, был бампер, однако появлению на автомобилях пластмассовые бамперы обязаны не своим техническим достоинствам, а вступлению в США в силу норм о повреждениях при столкновении на низких скоростях. И лишь когда на американские автомобили в 1968 году установили 40 тыс. бамперов из мелкоячеистого полиуретана, инженеры “вспомнили”, что упругие бамперы из пластмассы имеют еще и преимущества в снижении веса, дают полную свободу для дизайнерского творчества, улучшают аэродинамику и, наконец, легко ремонтируются после повреждения. В 1974 году пластмассовые бамперы получили уже 800 тыс., а в 1980-м — более 4,5 млн. автомобилей, произведенных в США.
Пластиковой облицовкой интерьера давно никого не удивишь. Однако сегодня в качестве объемного наполнителя для этих деталей все чаще используется растительное сырье
Что является препятствием для более широкого и быстрого внедрения кузовных деталей из пластмасс на легковых автомобилях? Показательны в этом плане исследования, которые провела фирма Opel при подготовке производства спортивного купе Calibra. Предполагалось, что кузов Calibra будет построен на базе стальной пространственной рамы, которую облицуют пластмассовыми панелями. Это позволило бы раз в три-четыре года согласно автомобильной моде вносить в дизайн кузова существенные коррективы, не изменяя в корне весь технологический процесс изготовления машины. Однако при тщательном анализе выяснилось, что при тех масштабах, которыми планировалось выпускать Calibra, издержки на изготовление пластмассового варианта этой машины были бы на 15% выше, чем версии с цельнометаллическим кузовом. Плюс появлялись серьезные трудности с утилизацией автомобильного лома.
Почти забытая сегодня модель Gordon-Keeble (слева) с кузовом из стеклопластика наделала немало шума в 1964 году. Она могла бы стать великой, однако высокие производственные издержки, соответствующие содержанию высококлассной гоночной команды, погубили ее. Но выпускавшийся в это же время пластмассовый Chevrolet Corvette (справа) доказал свое право на существование
Впрочем, утилизация пластмассы — дело решаемое, и фактически очень многое, если не все, зависит от объемов изготовления автомобиля. Если уровень производства модели не превышает 2-3 тыс. штук в месяц, то по причине больших затрат на изготовление штампов листовой прокат, идущий на изготовление кузова, оказывается дороже пластмассовых панелей. Вот тогда-то и есть смысл сделать ставку на пластмассу, но при более массовом производстве экономическое преимущество оказывается у стального листа. И хотя примеры пластмассовых Trabant, Renault Espace и Chevrolet Corvette, выпускавшихся сотнями тысяч, вроде бы доказывают обратное, пока все же речь идет скорее об исключениях из правила.
Несовершенство технологии формования крупногабаритных пластиковых панелей, а также деталей с повышенной в соответствии с противоударными нормами структурной стойкостью не позволяет расширить масштабы использования неметаллических материалов. Модели Ferrari, Porsche, Lotus, которые по праву можно назвать пластмассовыми, выпускались штучно, что оправдывает использование в них дорогих и сложных в изготовлении композитных материалов. Такие автомобили стали легендарными, но примером для крупносерийного производства они служить не могут.
ВОЗМОЖЕН ЛИ ПЛАСТМАССОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
В подкапотном пространстве автомобиля остается еще меньше возможностей для энтузиастов использования пластиков. Поэтому до сих пор как революцию вспоминают 1974 год, когда Volkswagen на модели Passat впервые для производства бачков радиатора применил нейлон, армированный стекловолокном. Затем пришел черед вентиляторов из термореактивных полимеров — потому что они весят меньше металлических, выполняются за одну операцию штамповки, не требуют последующей механической обработки и балансировки. Сегодня из пластмассы выполняются уже многие детали, расположенные под капотом автомобиля, однако их весовая доля от общей массы пластиков, используемых в автомобилестроении, все еще не превышает 15-20%.
Ferrari F40 и ее кузов, полностью изготовленный из композиции кевлара и углеродистых волокон
Разумеется, пластмассам трудно конкурировать с традиционными материалами в области силовых нагруженных деталей. И проблема заключается не в показателях прочности, а все в той же высокой стоимости изготовления. Но положительный опыт имеется. Задняя подвеска Chevrolet Corvette комплектуется поперечной пластиковой рессорой, которая успешно справляется со своими обязанностями и при этом весит всего 3,6 кг вместо 19 кг, будь она изготовлена из стали.
Однако возможен ли пластмассовый двигатель? Американская фирма Polimotor ответила на этот вопрос утвердительно. Головка и блок цилиндров, поддон маслокартера, впускной коллектор и еще ряд деталей 4-цилиндрового силового агрегата, разработанного Polimotor, изготовлены из фено-пласта — пластика, обладающего высоким сопротивлением сжатию и изгибу даже при температурах свыше 2000С и способного сохранять химическую стабильность в присутствии бензина, масла, этиленгликоля и воды. Из металла в этом моторе только гильзы цилиндров, коленчатый и распределительный валы, выпускные клапаны и пружины механизма газораспределения. Применение пластмассы дало экономию веса на 60% и снижение уровня шума работающего двигателя на 15%. О серийном изготовлении пластмассового двигателя говорить рановато, однако сам факт существования такого мотора внушает определенный оптимизм.
ПЛАСТМАССОВЫЙ МЕДВЕДЬ
Прошлым летом средства массовой информации сообщили о том, что БелАЗ приобрел у российского АСМ-холдинга (бывшее Министерство автомобильного и сельскохозяйственного машиностроения) лицензию на производство микроавтомобиля “Мишка”. В основу конструкции “Мишки” положена сборно-модульная схема, в которой на каркас из низколегированной стали навешиваются пластмассовые панели. У автомобиля съемный задний колпак, что по желанию владельца обеспечивает быстрое превращение прямо в гараже четырехместного универсала, каковым является базовая версия “Мишки”, в пикап, фургон, кабриолет или ландо (не этого ли, кстати, хотелось Opel при разработке Calibra?).
В конструкции кузова “Мишки” на стальной каркас навешиваются пластмассовые панели
В свое время, обосновывая экономическую целесообразность “Мишки”, АСМ-холдинг подсчитал, что проект будет рентабельным при ежегодном производстве 10 тыс. этих автомобилей. Такой объем вполне согласуется с указанными выше 2-3 тыс. штук ежемесячно, что позволяет поверить в окупаемость “Мишки”. Однако вопрос, способен ли даже такое небольшое количество “косолапых” осилить белорусский автомобильный рынок, оставляем открытым, хотя от этого и зависит, сможет ли Беларусь выпускать собственный легковой автомобиль, да к тому же пластмассовый.
Сергей БОЯРСКИХ
И спользование алюминия в производстве кузова кажется столь соблазнительной и новой технологией, что забывается, что родом она из первой половины двадцатого века. Как конструктивный материал для авто его опробовали сразу, как только начали отказываться от дерева и кожи, причем именно с деревом он оказался настолько хорошо совместим, что на автомобилях Morgan подобная технология используется до сих пор. Вот только большинство компаний, которые в тридцатые годы успели изготовить немало автомобилей с широким использованием алюминиевых деталей, в дальнейшем от легкого металла отказались. И причиной стал не только дефицит этого материала в годы Второй мировой. Планам фантастов-футуристов о широком использовании алюминия в конструкции машин не суждено было сбыться. Во всяком случае, до нынешнего момента, когда что-то стало меняться.
Алюминий в металлической форме известен не так уж давно – его вывели только в конце XIX века, и он сразу стал цениться весьма высоко. И вовсе не из-за своей редкости, просто до открытия электролитического метода восстановления производство обходилось баснословно дорого, алюминий был дороже золота и платины. Недаром весы, подаренные Менделееву после открытия периодического закона, содержали немало алюминиевых деталей, на тот момент это был поистине королевский подарок. С 1855 по 1890 годы изготовили всего 200 тонн материала по методу Анри Этьена Сент-Клер Девиля, заключающемся в вытеснении алюминия металлическим натрием.
1 / 3
2 / 3
3 / 3
Уже к 1890 году цена упала в 30 раз, а к началу Первой мировой – более чем в сотню. А после тридцатых годов постоянно сохраняла примерный паритет с ценами на стальной прокат, будучи дороже в 3-4 раза. Дефицит тех или иных материалов периодически изменял это соотношение на небольшой срок, но тем не менее в среднем тонна алюминия всегда обходится минимум в три раза дороже обычной стали.
«Крылатым» алюминий называют за сочетание малой массы, прочности и доступности. Этот металл заметно легче стали, на кубометр приходится примерно 2 700 кг против 7 800 кг для типичных сортов стали. Но и прочность ниже, для распространенных сортов стали и алюминия разница примерно в полтора-два раза что по текучести, что по растяжению. Если о конкретных цифрах, то прочность алюминиевого сплава АМг3 – 120/230 Мпа, низкоуглеродистой стали марки 2C10 – 175/315, а вот высокопрочная сталь HC260BD – это уже 240/450 Мпа.
В итоге конструкции из алюминия имеют все шансы быть заметно легче, минимум на треть, но в отдельных случаях превосходство в массе деталей может быть больше, ведь алюминиевые детали имеют более высокую жесткость и заметно более технологичны в изготовлении. Для авиации это сущий подарок, ведь более прочные титановые сплавы куда дороже, и массовое производство попросту недоступно, а магниевые сплавы отличаются высокой коррозийной активностью и повышенной пожароопасностью.
Практика использования на земле
В массовом сознании алюминиевые кузова в основном ассоциируются с машинами марки Audi, хотя первая в кузове D2 появилась лишь в 1994 году. Это была одна из первых крупносерийных цельноалюминиевых машин, хотя изрядная доля крылатого металла была фирменной «фишкой» таких марок, как Land Rover и Aston Martin на протяжении десятков лет, не говоря уже о уже упомянутом Morgan, с его алюминием на деревянном каркасе. Все же реклама творит чудеса.
1 / 4
2 / 4
3 / 4
4 / 4
В первую очередь в новой технологии изготовления кузова подчеркивалась низкая масса и стойкость алюминиевых кузовов к коррозии. Иногда упоминались и другие преимущества алюминиевых конструкций: например, особенные акустические свойства кузовов и пассивная безопасность конструкций из объемной штамповки и литья.
Список машин, в которых алюминиевые детали составляют не менее 60% массы кузова (не путать с полной массой машины), довольно велик. В первую очередь известны модели Audi, A2, A8, R8 и родственная R8 Lamborghini Gallardo. Менее очевидны Ferrari F430, F360, 612, последние поколения Jaguar XJ X350-X351, XJR, XF, XE и F-Pace. Ценители настоящих спортивных машин вспомнят Lotus Elise, а также соплатформенные Opel Speedster и Tesla Roadster. Особенно дотошные читатели припомнят Honda NSX, Spyker и даже Mercedes SLS.
На фото: алюминиевая пространственная рама Audi A2
Часто ошибочно к числу алюминиевых относят современные Land Rover, Range Rover, BMW последних серий и некоторые другие премиум-модели, но там общая доля алюминиевых деталей не так уж велика, а каркас кузова по-прежнему из сталей – обычных и высокой прочности. Цельноалюминиевых машин немного, и большая часть из них – это сравнительно малосерийные конструкции.
Но как же так? Почему при всех своих достоинствах алюминий не применяется максимально широко в строении кузова?
Казалось бы, можно выиграть на массе, а разница в цене материалов не так уж критична на фоне других составляющих стоимости дорогой машины. Тонна «крылатого» стоит сейчас 1 600 долларов – это не так уж много, особенно для премиальной машины. Всему есть объяснения. Правда, для понимания вопроса опять придется немного углубиться в прошлое.
Как алюминий проиграл пластику и стали
Восьмидесятые годы двадцатого века войдут в историю автомобилестроения как время, когда сформировались основные бренды на мировом рынке и создалось соотношение сил, которое мало изменилось и по сей день. Новой крови с тех пор добавили автомобильному рынку лишь китайские компании, в остальном же именно тогда появились основные тренды, классы и тенденции в автомобилестроении. Тогда же наметился перелом в использовании в конструкции машины альтернативных материалов, помимо стали и чугуна.
Благодарить за это стоит увеличившиеся ожидания по части долговечности машин, новые нормы по расходу топлива и пассивной безопасности. Ну и, традиционно, развитие технологий, которые все это позволили. Робкие попытки использовать алюминий в узлах, отвечающих за пассивную безопасность, быстро закончились внедрением лишь простейших элементов в виде брусьев для сминаемых зон и декоративных элементов, которые в общей массе кузова составляли несколько процентов.
А вот сражение за конструкции самого кузова было безнадежно проиграно на тот момент. Победу однозначно одержали производители пластика. Простая технология изготовления крупных деталей из пластика изменила дизайн автомобилей в восьмидесятые. Европейцы удивлялись технологичности и «продвинутости» Ford Sierra и VW Passat B3 с их развитым пластиковым обвесом. Формы и материалы радиаторных решеток, бамперов и других элементов со временем стали соответствовать пластиковым деталям – нечто подобное просто немыслимо изготовить из стали или алюминия.
Тем временем конструкция кузовов машин оставалась традиционно стальной. Задачу повышения прочности кузова и снижения массы выполнили переходом на более широкое использование сталей высокой прочности, их масса в составе кузова непрерывно увеличивалась, с нескольких процентов в конце семидесятых годов и до уверенных 20-40% к середине девяностых у передовых конструкций европейских марок и 10-15% у американских авто.
1 / 4
2 / 4
3 / 4
4 / 4
Проблемы с коррозией решили переходом на оцинкованный прокат и новые технологии окраски, которые позволили увеличить срок гарантии на кузов до 6-10 лет. Алюминий же остался не у дел, его содержание в массе машины даже уменьшилось по сравнению с 60-ми годами – сыграл роль нефтяной кризис, когда дороже стали энергоносители, а значит и сам металл. Где возможно, его заменил пластик, а где пластик не годился – снова сталь.
Алюминий наносит ответный удар
Проиграв битву за экстерьер, через десятилетие алюминий отыграл свое под капотом. В 90-е и 2000-е годы производители массово переходили на алюминиевые корпуса КПП и блоки цилиндров, а затем и детали подвески. Но это было только начало.
Падение цен на алюминий в девяностые годы удачно совпало с ужесточением требований к экономичности и экологичности машин. Помимо уже упомянутых крупных узлов, алюминий прописался во множестве деталей и агрегатов машины, особенно имеющих отношение к пассивной безопасности – кронштейнах рулевого управления, балках-усилителях, опорах моторов… Пригодилась и его природная хрупкость, и широкий диапазон изменения вязкости, и низкая масса.
Дальше – больше, алюминий стал появляться и в конструкции кузова. Про цельноалюминиевые Audi A8 я , но и на более простых машинах стали появляться внешние панели из легкого металла. В первую очередь это навесные панели, капот, передние крылья и двери на авто премиальных марок. Легкосплавными стали подрамники, брызговики и даже усилители. На современных BMW и Audi в передней части кузовов остался практически один алюминий и пластик. Единственное, где позиции стали пока незыблемы – это силовые конструкции.
1 / 6
2 / 6
3 / 6
4 / 6
5 / 6
6 / 6
Про минусы и коррозию
Алюминий – это всегда сложности со сваркой и крепежом. Для соединения со стальными элементами подходят только клепка, болты и склейка, для соединения с другими алюминиевыми деталями – еще сварка и шурупы. Немногие примеры конструкций с использованием легкосплавных несущих элементов проявили себя весьма капризными в эксплуатации и отменно неудобными в восстановлении.
Так, алюминиевые чашки передней подвески на машинах BMW и лонжероны до сих пор имеют сложности с электрохимической коррозией в местах стыков и проблемы с восстановлением соединений после повреждений кузова.
Что касается коррозии алюминия, то бороться с ней даже сложнее, чем с коррозией стали. При более высокой химической активности его стойкость к окислению объясняется в основном образованием защитной пленки окислов на поверхности. А этот способ самозащиты в условиях соединения деталей из кучи разных сплавов оказался бесполезен.
Сложности со сталью, которые могут изменить все
Пока алюминий захватывал новые территории, технологии производства стального проката не стояли на месте. Стоимость высокопрочных сталей снижалась, появились массовые стали горячей штамповки, антикоррозийная защита пусть и с пробуксовками, тоже улучшалась.
Но алюминий все же наступает, и причины этого понятны всем, кто знаком с процессом штамповки и сварки стальных деталей. Да, более прочные стали позволяют облегчить кузов машины и сделать его крепче и жестче. Обратная сторона медали – повышение стоимости самой стали, увеличение цены штамповки, рост цены сварки и сложности с ремонтом поврежденных деталей. Ничего не напоминает? Точно, это те самые проблемы, которые свойственны алюминиевым конструкциям от рождения. Только у высокопрочной стали и традиционные «железные» сложности с коррозией никуда не исчезают.
А вот о высокопрочной стали подобного сказать нельзя. Пакет дорогих легирующих добавок при переработке неизбежно теряется. Более того, он загрязняет вторичное сырье и требует дополнительных расходов по его очистке. Цена на простые марки стали и высокопрочные различается в разы, и при повторном использовании железа вся эта разница будет утеряна.
Что дальше?
Судя по всему, нас ждет алюминиевое будущее. Как вы уже поняли, исходная стоимость сырья не играет сейчас такой роли, как технологичность и экологичность. Набирающее силу «зеленое» лобби способно влиять на популярность алюминиевых машин еще множеством способов, от удачного пиара до уменьшенного сбора на утилизацию. В итоге имидж премиальных брендов требует более широкого использования алюминия и популяризации технологий в массах, с максимальной выгодой для себя, разумеется.
Стальные конструкции остаются уделом дешевых производителей, но по мере удешевления алюминиевых технологий они, несомненно, тоже не устоят перед соблазном, тем более что теоретическое преимущество алюминия можно и даже нужно реализовать. Пока автопроизводители не пытаются форсировать этот переход – конструкции кузовов большинства машин содержат не больше 10-20% алюминия.
То есть «алюминиевое будущее» не придет ни завтра, ни послезавтра.
У традиционного стального кузовостроения впереди виднеется кузовостроительный тупик, избежать которого можно, только переломив тренды на всемерное упрочнение и облегчение конструкций.
Пока прогресс тормозит технологичность процессов сварки и наличие хорошо отлаженных производственных процессов, которые пока можно недорого адаптировать к новым маркам сталей. Увеличить ток сварки, ввести точный контроль параметров, увеличить усилия сжатия, ввести сварку в инертных средах… Пока такие методы помогают, сталь останется основным элементом конструкции. Перестраивать производство слишком дорого, глобальные изменения очень тяжелы для неповоротливого локомотива промышленности.
А что же стоимость владения автомобилем? Да, она растет, и будет расти дальше. Как мы уже неоднократно говорили, современный автопром развитых стран заточен под быстрое обновление автопарка и состоятельного покупателя с доступом к дешевым кредитам под 2-3% годовых. Про страны с реальной инфляцией 10-15% и зарплатами «среднего класса» в районе 1 000 долларов управленцы корпораций думают далеко не в первую очередь. Придется подстраиваться.
13 января 1942 года появился первый в мире пластиковый автомобиль . Генри Форд получил официальный патент на свое изобретение, которое по задумке автора, должно было стать легче и дешевле машины с металлическим корпусом. В силу множества объективных причин подобные авто до сих пор не снискали популярности. Однако это не мешает производителям время от времени представлять концепты, а то и пробные партии продукции из этого необычного материала. И в нашем сегодняшнем обзоре пойдет речь о десятке самых интересных и знаковых автомобилей из пластика.
Во время Второй Мировой войны большая часть производимого в мире металла шла на военные нужды. Этот факт стал одной из основных причин появления Soybean Car – первого в мире пластикового автомобиля. Конечно, большинство деталей этой машины было из металла, но конструкция включала также четырнадцать элементов из биопластика, что позволило снизить вес авто почти на четверть.
А первым пластиковым автомобилем, запущенным в серийное производство, стал Chevrolet Corvette 1953 года выпуска. Каркас этого авто был сделан из металла, а кузов – из набиравшего популярность в те годы стеклопластика. Всего с конвейера сошло 300 экземпляров этой машины, послужившей прародителем одного из самых популярных в мире спорткаров.
Опыты с кузовами из стеклопластика происходили в те времена и в Советском Союзе. К примеру, в 1961 году студентами Харьковского автодорожного института был создан экспериментальный автомобиль ХАДИ-2, ставший первым отечественным пластиковым авто. Вес машины составлял всего 500 килограммов.
Trabant – это не просто автомобиль, это символ целой страны, которая его выпускала, Германской Демократической Республики. Благодаря простоте конструкции, малым размерам и постоянным поломкам, авто стало объектом всеобщей насмешки. Особенно немцев, всегда знавших толк в хороших машинах, веселил пластиковый корпус Трабанта (крылья, бампер и часть кузовных панелей). Всего под этой маркой было выпущено более трех миллионов автомобилей.
Автомобиль K67, созданный совместно концерном BMW и химическим гигантом Bayer, был впервые показан публике в Дюссельдорфе в 1967 году. Но произошло это не на автосалоне, а на выставке химической промышленности. Ведь компания Bayer хотела таким образом похвастаться своими достижениями в технологиях производства пластмасс. В качестве демонстрации это авто с пластиковым кузовом несколько раз врезалось в стенку, совершенно при этом не пострадав.
Пластиковый автомобиль Urbee Hybrid также был создан для демонстрации развития современных технологий. Эта машина стала первым авто, большая часть деталей которого (в том числе, и кузов) была напечатана на 3D-принтере.
Автомобиль BMW i3, который поступит в массовое производство в 2014 году, станет не только первым в мире серийным электромобилем премиум-класса, но и машиной, в которой значительная часть деталей кузова будет сделана из пластика, армированного углеродным волокном. Создатели машины ожидают, что в будущем эта технология обретет огромную популярность по всему миру. Ведь такой кузов легче, чем полностью металлический, да еще невосприимчив к мелким механическим повреждениям.
Как уже упоминалось выше, первым серийным пластиковым авто стал споркар Chevrolet Corvette. Компания Alfa Romeo продолжает эти славные традиции. Она выпустила спортивный автомобиль Alfa Romeo 4C с полностью углепластиковым кузовом. Весит этот элемент конструкции всего 63 килограмма, а машина в целом – 895 кг.
также не пасет задних в создании пластиковых авто. Уже на подходе начало массового производство «народного автомобиля» со смешным названием Ё-мобиль. Его корпус будет сделан из пластика и полипропилена. Некоторые панели при этом будут сменными. Так что владельцы смогут их менять после крупных аварий или просто при желании сменить цвет своей машины.
Некоторые острословы, критикуя пластиковые автомобили, называют их игрушечными и шутят, что такие транспортные средства вообще можно собирать из LEGO. Будто насмехаясь над ними, двое молодых инженеров, австралиец и румын, совместными усилиями создали полноразмерный автомобиль из более чем полумиллиона элементов конструктора. Интересно, что вместо двигателя внутреннего сгорания на этом LEGO-мобиле стоит .
Почему Ford отказался от полностью алюминиевых кузовов для нового Explorer
2020 года Автомобильные гиды«Explorer — это самый крупный продукт, в котором компания Ford использовала смешанные материалы».
Ford Explorer 2020 года. Форд / TNSСовершенно неожиданно, всего через пять лет после того, как он потряс автомобильную промышленность, резко переключив пикап F-серии 2015 года на полностью алюминиевый кузов, Ford принял стратегию «смешанных материалов», чтобы сэкономить вес внедорожника Explorer 2020 года, поступающего в продажу в этом году. лето.
«Вес был фактором в каждом принятом нами решении», — сказал мне главный инженер Explorer Билл Габинг, стоя перед вырезом, на котором видна конструкция внедорожника, включая такие материалы, как сталь, алюминий, магний и пластик. «Мы рассмотрели каждую часть».
Новый подход отражает снижение цен на нефть и отраслевую тенденцию к использованию тщательно продуманного выбора материалов с характеристиками и стоимостью, адаптированными к различным типам транспортных средств.
Также окупаемостью является постоянная работа сталелитейной промышленности по созданию более легких и прочных версий своей продукции, которая доминировала в автомобилестроении с тех пор, как столетие назад стальные кузова и рамы заменили древесину для большинства автомобилей.
Новый Explorer похудел примерно на 200 фунтов по сравнению со старой моделью, несмотря на наличие множества новых функций. Кроме того, он на 36 процентов жестче на кручение, чем старый Explorer. Это означает, что его тело с меньшей вероятностью будет изгибаться и сгибаться, что является ключом к комфорту и стабильности.
Это менее трети от 700-фунтовой скидки, заявленной Ford для полностью алюминиевого кузова F-150 2015 года, но предыдущий F-150 был печально известен своей тяжелой массой. Это также настолько популярный инструмент, что он может выдержать более высокие затраты на оптовую замену, а не на отдельные детали и производственные процессы.Покупатели вознаградили Ford, который после внесения изменений продал больше грузовиков серии F по более высоким ценам.
2020 Explorer выигрывает от низких цен на нефть и предлагает гибридную модель, которая увеличит экономию топлива без затрат на перевод всего кузова автомобиля на алюминий.
«Explorer — это самый крупный продукт, в котором компания Ford когда-либо использовала смешанные материалы», — сказал Губинг. «Мы рассматривали полностью алюминиевый корпус».
Вы можете назвать инженерные разработки ’20 Explorer более продуманным подходом, чем замена одного материала другим оптом.Уровень детализации, скрытой под обшивкой, которая полностью выполнена из стали, за исключением алюминиевого капота, поразит большинство владельцев.
Примеры:
Стена между пассажирским салоном и двигателем имеет ямочки, как мяч для гольфа, для уменьшения вибрации и шума.
Эта приборная панель с двумя стенками имеет воздушный зазор между стенками из стали и пластика для улучшения звукоизоляции без добавления тяжелой набивки.
Куски стали были специально вырезаны из трубы в шасси, чтобы уменьшить вес за счет удаления материала там, где он не был нужен.
Конструктивная задняя балка днища из высокопрочной борсодержащей стали с ребрами жесткости для усиления участков с высоким напряжением и отверстиями, вырезанными в местах с меньшей нагрузкой.
Ряд новых марок сталей и процессов для различных целей, включая гибку растяжением, гидроформование, высокопрочную, мартенситную и сверхвысокую прочность.
Аналогичное разнообразие типов и процессов для алюминия, включая литье, экструзию и термообработку.
Радиатор удерживается на месте с помощью магния и пластика.
Более легкий магний используется для балки, проходящей через автомобиль за приборной панелью.
Пластик в воздуховодах кондиционера стал тоньше, с ребрами жесткости.
Explorer 2020 станет первым из нескольких автомобилей, в которых будет использоваться новая архитектура, разработанная Ford. Решения по снижению веса, принятые его инженерами, окупятся в ряде будущих моделей, включая внедорожник Lincoln Aviator 2020 года, который поступит в продажу в конце этого года.
Explorer 2020 уже поступил в автосалоны.
Автомобильный алюминий в легковых и грузовых автомобилях
Быстрое чтение
Алюминий делает автомобиль лучше. Применение алюминия в автомобилях и коммерческих транспортных средствах ускоряется, поскольку он предлагает самый быстрый, безопасный, экологически чистый и экономичный способ повышения производительности, экономии топлива и сокращения выбросов при сохранении или повышении безопасности и долговечности. От автомобилей массового потребления, таких как Ford F-150, до роскошных автомобилей, таких как Audi, Mercedes Benz и Land Rover, алюминий все чаще становится «материалом выбора» для автопроизводителей благодаря своей прочности и экологическим преимуществам.Группа по транспортировке алюминия (ATG) Алюминиевой ассоциации сообщает о преимуществах алюминия при транспортировке через исследовательские программы и связанные с ними информационные мероприятия. Для получения дополнительной информации о том, как алюминий управляет автомобилями сегодня и завтра, посетите сайт www.drivealuminium.org.
Полезные факты
- Постоянный рост использования автомобильной промышленности
Использование автомобильного алюминия непрерывно растет на протяжении 40 лет. В настоящее время алюминий уступает только стали как наиболее часто используемый материал в транспортных средствах. - Переработано на рекордных уровнях
В конце срока службы автомобиля почти 90 процентов алюминия в среднем перерабатывается. - Энергоэффективность
По сравнению с парком традиционных стальных автомобилей, использование алюминия позволяет сэкономить 108 миллионов баррелей сырой нефти в виде энергии. - Безопаснее
Фунт за фунт, алюминий поглощает в два раза больше энергии удара, чем низкоуглеродистая сталь. Могут быть спроектированы более крупные зоны раздавливания без соответствующего снижения веса.
Повышение производительности
Поскольку алюминий легче, он позволяет автопроизводителям увеличить сопротивление вмятинам — они могут сделать панели кузова толще, при этом снизив вес. А автомобиль с меньшей массой имеет лучшее ускорение, лучшее торможение и лучшую управляемость. Кроме того, более легкие автомобили могут перевозить и буксировать больше, поскольку двигатель не несет лишнего веса.
Преимущества веса, прочности и безопасности
При применении к оптимизированной конструкции автомобильного кузова алюминий может обеспечить снижение веса до 50 процентов по сравнению с традиционной конструкцией из низкоуглеродистой стали.Алюминиевые конструкции кузова по прочности не уступают стальным и поглощают вдвое больше энергии при столкновении. Снижение веса основной конструкции также позволяет уменьшить размеры других систем автомобиля (включая двигатель, трансмиссию, подвеску и колеса). Во всех отношениях преимущества алюминия по весу, прочности и безопасности очевидны.
Экологические преимущества
Почти 90 процентов автомобильного алюминиевого лома — более полумиллиона тонн в год — рекуперируются и перерабатываются.Для сравнения: переработка 1 тонны алюминия позволяет сэкономить 21 баррель нефти в энергетическом эквиваленте. Экологические победы продолжаются: рецензируемое исследование, проведенное Национальной лабораторией Ок-Ридж при Министерстве энергетики, показало, что автомобиль с интенсивным использованием алюминия может снизить общее потребление энергии в течение всего жизненного цикла на 20 процентов и выбросы CO2 на 17 процентов. .
Взгляд в будущее: гонка за топливной экономичностьюПотребители все чаще требуют более экономичные автомобили.Учитывая это вместе с новыми правилами экономии топлива, которые потребуют от автомобильного парка США к 2025 году в среднем 54,5 миль на галлон, автомобильная промышленность реагирует на это. Один из примеров: пикап Ford F-150 с полностью алюминиевым кузовом. Этот переход к алюминию имеет серьезные последствия: Ford F-150 — самый популярный автомобиль любого типа в Соединенных Штатах и одна из самых прибыльных автомобильных линий в мире. Грузовик F-150 2015 похудел на 700 фунтов (примерно 15 процентов от веса автомобиля) благодаря высокопрочному полностью алюминиевому кузову военного класса.Это снижение веса позволяет грузовикам Ford ехать дальше на галлоне бензина и открывает двери для других изменений, таких как двигатели меньшего размера, которые могут еще больше повысить экономию топлива.
История алюминия в автомобиляхНа растущем рынке сегодня алюминий с самого начала был ключевым материалом для автопроизводителей. Первый спортивный автомобиль с алюминиевым кузовом был представлен на Берлинском международном автосалоне в 1899 году. Два года спустя Карл Бенц разработал первый двигатель с алюминиевыми деталями.После Второй мировой войны алюминий стал достаточно дешевым, чтобы его можно было использовать в серийных автомобилях. Прорыв произошел в 1961 году, когда британская компания Land Rover выпустила блоки двигателей V-8 с алюминиевыми цилиндрами. Оттуда алюминиевые автомобильные детали закрепились в колесах и картерах трансмиссии, а затем переместились в головки цилиндров и шарниры подвески. Этот металл, пригодный для бесконечной переработки, в настоящее время является ведущим материалом для использования в силовых агрегатах и колесах, и продолжает завоевывать долю рынка в производстве капотов, багажников, дверей и бамперов, а также целых конструкций транспортных средств.
Интересный факт: четкий выбор автопроизводителей
В 2013 году президент и главный исполнительный директор Ford Алан Мулалли восхвалял автомобильный алюминий в ряде интервью СМИ, посвященных анонсу нового грузовика F-150. Среди других комментариев, сказал Мулалли, «фунт за фунт, алюминий прочнее и прочнее стали» и «[алюминий] будет предпочтительным материалом» для Ford, двигающегося вперед.
Для получения дополнительной информации об использовании алюминия в автомобильной промышленности: www.drivealuminium.org.
Почему больше грузовиков не используют алюминиевые кузова?
Как сообщает Алюминиевая ассоциация, первый спортивный автомобиль с алюминиевым кузовом был представлен на автосалоне 1899 года. Однако даже сегодня некоторые производители грузовиков, такие как GMC, Chevy и Ram, по-прежнему в основном полагаются на сталь. Хотя кузова грузовиков изготавливаются не только из алюминия, тем не менее, его использование дает немало преимуществ. Ниже мы рассмотрим различия между алюминием и сталью.
Уменьшенный вес алюминия
Алюминиевые грузовики Ford F-150 | Билл Пульяно / Getty ImagesОдно из самых больших преимуществ алюминия перед сталью — это вес. Выбрав алюминиевый, а не стальной кузов, вес грузовика в конечном итоге можно было бы уменьшить до 700 фунтов. А уменьшенный вес обычно означает меньший расход топлива, и в этом случае водители могут ежегодно экономить сотни долларов на эксплуатационных расходах.
Покупатели также могли сэкономить на стоимости нового автомобиля.Производство алюминия дешевле, чем сталь. Соответственно, новые пикапы могут стать дешевле, что позволит большему количеству людей покупать новый, а не подержанный автомобиль.
Постепенное переключение также привело к увеличению срока службы грузовиков. Когда-то считалось, что пикап с пробегом в 100 000 миль выходит за пределы его механических возможностей, но в наши дни автомобили служат 250 000 миль и более. Отчасти это связано с тем, что более легкие автомобили меньше нагружают топливную систему и шины, что требует меньшего количества ремонтов двигателя.
Устойчивость к коррозии
Алюминиевые сплавы очень устойчивы к ржавчине и коррозии. Это означает, что вам не придется беспокоиться о дырах, поедающих ржавчину в вашем грузовике или в любых его жизненно важных компонентах, таких как двигатель. Сталь же должна быть покрыта оцинкованным слоем цинка. Хотя это обеспечит некоторую защиту, даже малейшие царапины или царапины могут повредить покрытие и сделать нижележащие панели уязвимыми для ржавчины.
Безопасность
Одна из основных причин, по которой многие предпочитают сталь алюминию, связана с безопасностью.В конце концов, более прочный металл, естественно, обеспечит лучшую защиту во время аварии, не так ли? Недавние исследования показывают, что на самом деле эта идея может и не иметь никаких оснований. Алюминиевая ассоциация отмечает, что в недавних испытаниях рам алюминий действительно оказался более прочным, чем сталь.
Ассоциация отмечает, что в ходе испытаний, проведенных Страховым институтом безопасности дорожного движения (IIHS), Ford-F150 был единственным автомобилем, получившим рейтинг Top Safety Pick. Они отмечают, что F150, имеющий алюминиевый корпус, превзошел четыре других пикапа со стальным корпусом.Это произошло во время имитации аварий, имитирующих лобовые столкновения и удары по неподвижным объектам.
Экологически чистый материал
Сталь и алюминий получают из руды. Даже в этом случае процесс рафинирования алюминия чище и производит меньше выбросов, чем при использовании стали. И, в отличие от стали, при производстве не используются вредные химические вещества. Это, естественно, означает, что алюминий — лучший выбор для тех, кто хочет уменьшить свой углеродный след.
Поскольку алюминий легко перерабатывается, панели кузова могут быть изготовлены из вторичного материала. Также будет очень легко утилизировать кузов грузовика, когда он достигнет конца своего обычного срока службы. По оценкам, 85% всего алюминия получают из переработанных продуктов. В свою очередь, использование переработанных продуктов требует меньше энергии в производственном процессе.
Преимущества термообработанного алюминия
Чтобы обеспечить эти преимущества, грузовик должен быть изготовлен из термообработанного алюминия серии 6000.Было доказано, что этот тип алюминия не уступает по прочности стальному аналогу. В то же время, его меньший вес и устойчивость к ржавчине просто не могут сравниться со сталью. Поскольку алюминий обеспечивает значительную экономию средств и затрат на техническое обслуживание, возможно, пора большему количеству производителей грузовиков задуматься об этом.
Может ли алюминий быть экономичной альтернативой стали?
Автомобильные кузова: может ли алюминий быть экономичной альтернативой стали?Автомобильные материалы: экономика Аниш Келкар, Ричард Рот и Джоэл Кларк
Хотя использование алюминия в автомобилях увеличивалось в за последние два десятилетия прогресс в разработке алюминиевых автомобильных тела.Фактически, большая часть замены алюминия пришла в виде отливок. и поковки в трансмиссии, колесах и т. д. Производители автомобилей разработали полностью алюминиевые автомобили с двумя конкурирующими конструкциями: обычным цельным кузовом и пространственной рамой. Однако алюминий — далеко не лучший выбор для кузовов автомобилей. В замена стали на алюминий частично зависит от нормативных требований для соответствия стандартам топливной экономичности за счет снижения веса автомобиля и соответствия требованиям утилизации стандарты.Ключевыми препятствиями являются высокая стоимость первичного алюминия по сравнению с стали и дополнительные затраты на изготовление алюминиевых панелей. И алюминий, и автомобильная промышленность пыталась сделать алюминий рентабельным альтернатива стали. В данной статье анализируется стоимость изготовления и сборки. из четырех различных конструкций алюминиевых кузовов автомобилей, что позволяет сравнивать их с обычными стальные конструкции по текущим ценам на алюминий и с использованием текущего производства алюминия технология.Затем он пытается определить, может ли алюминий быть альтернативой. производство стали по более низким ценам на первичный алюминий и улучшенные производственные процессы.
ВВЕДЕНИЕ
Автомобиль и алюминий стали коммерчески жизнеспособными в примерно в то же время в конце 19 века; есть ссылки к использованию последних в первых с самого их начала. Несмотря на то что сталь предпочитают большинство автопроизводителей, в последние годы изменилась экономия топлива и правила утилизации активизировали попытки автопроизводителей снизить вес.Алюминий предлагает идеальное инженерное решение: его плотность составляет треть от из стали и удовлетворяет требованиям автомобильной материал. Однако алюминий по весу примерно в пять раз дороже, чем сталь.
Несмотря на высокую стоимость, в последние два десятилетия количество алюминия в автомобилях неуклонно росла. Проникновение алюминия увеличено с 39 кг (3%). в 1976 г. до примерно 89 кг (7%) в середине 90-х гг. 1 Однако это использование алюминия за счет стали было частичным. основа, а не результат каких-либо радикальных изменений дизайна. Большая часть проникновения алюминия использовался в трансмиссиях, блоках двигателя и колесах, в основном в виде отливок с некоторые поковки и штамповки. Однако проникновение кованого алюминиевого листа ограничивается кондиционерами и несколькими закрывающими панелями для кузова автомобиля. Проще говоря, доказано, что алюминий можно использовать вместо стали, железа и меди для различные детали в автомобиле.Во всех случаях эта замена снижает вес без снижение производительности, но в большинстве случаев стоимость значительно возрастает. Это увеличение можно противодействовать за счет снижения расхода топлива и повышения способности для перевозки безопасного и электронного оборудования и увеличения срока службы автомобиля, если пользователь, производитель и, возможно, самое главное, законодатель считают, что факторы достаточного достоинства.
Использование большого количества алюминия в серийных автомобилях, в отличие от дорогие малотиражные модели, часто предсказывались, но пока не приходи.Единственный способ, которым алюминий может хоть как-то вытеснить сталь, — это когда алюминиевый лист заменяет сталь в качестве основного материала в шасси или кузов машины. В течение последнего десятилетия производители автомобилей неоднократно попытался оценить состояние алюминиевых автомобилей. Новые виды сплавов и апробированы передовые технологии производства. Интерес был сосредоточен в основном по тестированию подходящих методов соединения. Хонда NS-X был первым (и единственным) алюминиевым автомобилем, выпущенным ограниченным тиражом. бег.Audi A8 — еще один последний пример роскошной малолитражной полностью алюминиевой космической рамы. дизайн автомобиля.
БЕЛЫЙ КОРПУС
Рисунок 1. Распределение массы легковых автомобилей. |
Хотя алюминий в значительной степени смог победить трансмиссию и теплообменников, шасси, кузов и оборудование должны рассматриваться как области разработки легких конструкций с использованием алюминия.Ключевой вопрос оптимизировала конструкцию, чтобы использовать преимущества алюминия и, в то же время быть рентабельным. Как показано на рисунке 1, белое тело (BIW) составляет около 27% от веса всей средняя машина. Таким образом, именно в BIW происходит масштабное проникновение алюминия. должно произойти.
Частичная замена стали алюминием, хотя и обеспечивает свет вес и лучшая коррозионная стойкость алюминия — не оптимальное решение.Поскольку автомобили по-прежнему в основном сделаны из стали, полная переработка автомобиль необходим для оптимального использования алюминия.
Некоторые алюминиевые и автомобильные компании продвигали алюминиевую конструкцию пространственной рамы, с использованием штамповки, литья и штамповки алюминия. Другие разрабатывали традиционная конструкция unibody, которая представляет собой преимущественно штампованный корпус из алюминия. Хотя оба дизайна продемонстрировали свою функциональность и эффективность, неясно, какая конструкция экономически лучше подходит для массового производства.Окончательный успех одного или обоих проектов зависит от прогресса и разработки в области технологий производства алюминия, в частности в алюминиевых штамповках. В этой статье сравниваются и анализируются изготовление и затраты на сборку алюминиевых и стальных кузовов автомобилей двух классов: небольшие, экономичные автомобили и автомобили среднего размера.
МЕТОДОЛОГИЯ
Производство BIW включает две затраты: изготовление деталей.
и сборка деталей.Эти затраты оцениваются с использованием разработанной методики.
в Массачусетском технологическом институте
Лаборатория систем материалов под названием «Моделирование технических затрат». Технический
моделирование затрат — это аналитический инструмент на основе электронных таблиц, который разбивает затраты
производственного процесса на элементарные этапы процесса. 2,3 Затраты, связанные с каждым этапом, определяются комбинацией инженерных разработок.
принципы и эмпирические данные для производственной практики. Факторы включают:
проектные характеристики, параметры материалов (например,г., инженерные свойства, материал
цены), параметры обработки (например, параметры управления оборудованием, требования к пространству,
энергопотребление) и параметры производства (например, объемы производства, лом
ставки, время простоя, время обслуживания). Модели также учитывают экономические
возможность (т.е. стоимость капитала, связанного с владением оборудованием). Входы
преобразуются в оценки постоянных и переменных затрат для каждого производства
шаг. Переменные затраты включают энергию, материалы и непосредственный труд; фиксированные расходы
покрыть основное оборудование, необходимое для производственного процесса, включая машины,
инструменты для конкретной конструкции, строительные расходы, техническое обслуживание и накладные расходы из косвенных
труд.В отсутствие точных и специфичных для объекта данных станок и инструменты
затраты можно спрогнозировать на основе проектных спецификаций продукта, используя
регрессии, полученные на основе эмпирических данных.
Рисунок 2. Блок-схема методологии оценки стоимости изготовления BIW. |
Рисунок 2 поясняет используемую методологию при оценке затрат на изготовление BIW.По дизайну автомобилей список деталей был подготовлен по детальным разобранным чертежам автомобилей.
В список вошли размеры и вес деталей, которые в то время широко использовались. делятся на две группы. Мелкие детали, которые невозможно было прогнать модели затрат были назначены средние затраты в зависимости от их веса. Больше детали классифицировались в зависимости от процесса изготовления: штамповка, литье, или экструзия. Затем каждый из размеров детали был введен в качестве входных данных в соответствующий модель затрат на основе процесса (штамповка, литье и экструзия) для оценки стоимость изготовления этой части.Процесс повторялся для каждой детали, используя макрос электронной таблицы для оценки стоимости и разбивки затрат (материал, инструменты, стоимость машины, труд) при изготовлении каждой детали. Сумма затрат предоставил общие затраты на изготовление BIW.
Сборочная модель также разработана в Массачусетском технологическом институте. Лаборатория систем материалов использовалась для разработки сметы затрат на сборка BIW. 4 Модель сборки — это TCM, основанная на реляционной базе данных, а не на электронной таблице.BIW собирается путем соединения различных узлов, которые затем соединены вместе на линии окончательной сборки, чтобы сформировать законченный продукт. В модель сборки рассчитывает стоимость с использованием реляционных баз данных для сбора соответствующих информация, необходимая для каждого метода соединения. Затем модель рассчитывает затраты. в зависимости от количества присоединений, которое может быть выполнено на каждой станции во время доступное время. Затем время станции определяет количество станций. что потребуется для указанного объема производства и, следовательно, оборудования и вспомогательные машинные затраты.Для расчета затрат модель сборки выбирает необходимую информацию, хранящуюся в каждой таблице данных для каждого присоединения метод (лазерная сварка, металл в инертном газе [MIG]) сварка, точечная сварка, клепка, клеевое соединение и т. д.) в качестве исходных данных для расчета.
Для сравнения затрат на изготовление и сборку конструкций автомобилей обязательно, чтобы конструкции были одинакового размера. Были проанализированы шесть дизайнов, три из которых являются экономичными компактными автомобилями: полностью стальной Volkswagen Лупо, гибрид Лупо и Audi A2, все они похожи по размеру и габаритам.Сравнение автомобилей среднего размера Форд Контур, Форд P2000 и Audi А8. A8 ориентирован на рынок роскоши и намного больше, чем два других. Чтобы сравнить стоимость изготовления конструкций, относительная разница размеры должны быть учтены, поэтому для данного исследования части A8 сравнивались с габаритами форда Контур. Это было сделано путем уменьшения размеров деталей и панелей Audi. А8 в соотношении внешних габаритов двух конструкций.Вес детали также было уменьшено, если предположить, что толщина листа остается постоянной. Этот Масштабирование позволило сравнить дизайны 1: 1, несмотря на разницу в размерах. Масштабирование нормализует материальные затраты, уменьшая размер инструмента и машина стоит. Эти затраты зависят от размеров детали, полученной опытным путем. производные регрессии.
АНАЛИЗ МАЛЫХ КОНСТРУКЦИЙ АВТОМОБИЛЕЙ
Lupo — это небольшой автомобиль с классической цельной стальной конструкцией.Гибрид Lupo имеет точное внешнее сходство со стальной версией, но двери, капот и крылья изготовлены из алюминия (одна из панелей — из магний). Детали тормозной системы, шасси и колес также изготавливаются из более легкие металлы, чем стальная версия. Внутри машины сохранен вес со специальными сиденьями, рулем и педалями. В Audi A2, конструктивные элементы состоят из профилей и литых узлов, сваренных лазерной сваркой. вместе.Свесные панели изготавливаются из алюминиевого листа, которые затем прикрепляются к космической раме. В таблице I указано производство детали. и детали веса трех дизайнов.
Таблица I. Данные о деталях для топлива Автомобили эконом-класса | |||
Автомобиль | Количество деталей | Производство | Общий вес детали |
190 | Штампов | 210 кг | |
190 | Штампов | 166 кг | |
210 | Штамповки (120) | 153 кг | |
Рисунок 3, на котором показано изготовление
стоимость трех конструкций, ясно показывает экономию от масштаба, связанную с
изготовление конструкций.Хотя стальные и гибридные кривые Lupo показывают
похожая форма. A2 состоит примерно на 40% из экструдированных и литых деталей, и он сплющивается.
ранее, поскольку он не может использовать эффект масштаба при штамповке.
Гибрид Lupo стоит дорого по сравнению со стальной версией на всем производстве.
объемы, потому что все крышки изготовлены из алюминия, из которого
штраф и дополнительные затраты на инструментальную штамповку всех деталей. A2, на
с другой стороны, он был спроектирован как алюминиевый автомобиль, а пространственная рама была оптимизирована.
за счет консолидации деталей с использованием крупных, экономичных отливок вместо алюминия
штамповки.На рисунке 4 показано абсолютное
стоимостная разбивка затрат на изготовление по категориям для двух объемов производства.
Рисунок 3. Затраты на изготовление деталей три маленькие машины. | Рисунок 4.Разбивка по частичной стоимости для малых автомобилей (60 000 и 195 000 автомобилей ежегодно). | |
Рисунок 5. Стоимость сборки малолитражных автомобилей. | Рисунок 6.Audi Разбивка затрат на сборку А2 по способам стыковки. | |
Рисунки 3 и 4 показать, что затраты на материалы и инструменты являются самыми большими Интерес в этом сравнении. Разбивка показывает, что при средних объемах производства (60 000 в год), общие затраты на гибрид Lupo и Audi А2 сопоставимы, хотя стоимость материала А2 выше.Это смещение высокой стоимостью оснастки гибрида. Добавленные затраты учитываются двумя Факторы: пониженная производительность линии, потому что алюминиевый лист имеет тенденцию к разрыву, что требует медленная штамповка и лишние удары для штамповки; увеличенные затраты на штамп из-за к специальным покрытиям для штампов. При большем объеме производства затраты для Гибрида существенно снизятся, потому что капитальные затраты на штамповку процессы распространяются на большие объемы производства.
В этом анализе только затраты на соединение автомобиля без закрывающих панелей.
считались.Таким образом, затраты на соединение стали и гибрида Lupo являются минимальными.
то же самое в этом анализе. На самом деле, соединение алюминиевых панелей и магния
задняя дверь к стальному unibody приводит к дополнительным расходам, чтобы избежать напряжения и
гальваническая коррозия на стыках. В двух конструкциях используются разные технологии соединения.
и методы для Lupo единственной используемой технологией соединения является сопротивление
точечная сварка. A2 состоит примерно из 35 метров лазерных швов, 20 метров из
сварка швом и 1800 заклепок.
Рисунок 7. Общие производственные затраты маленькие автомобили. |
Как показано на рисунке 5, A2 дешевле собирать, за исключением небольших объемов производства (т.е. менее 20000 автомобилей в год) из-за эффекта масштаба, связанного с процессом лазерной сварки.При малых объемах производства высокие капитальные затраты на аппараты для лазерной сварки. несет ответственность за высокие затраты. Однако по мере увеличения уровня производства экономия на масштабе приводит к падению цены ниже Lupo. Единственный расходник При лазерной сварке используется газообразный азот, который требует незначительных затрат. Большая часть затрат связана с затратами на станок и лазерную головку. Фигура 6 показана разбивка затрат на соединение по технологиям для A2 в объем производства 60 000 автомобилей в год, где преобладают затраты на лазер. в процессе сборки это хорошо видно (около 52%).
Рисунок 7, на котором показано общее производство стоимость при разных объемах производства, аналогична стоимости изготовления деталей кривые. Гибридные Lupo и A2 конкурентоспособны по цене. Гибридный цельный корпус конструкция намного дороже стального эквивалента, потому что конструкция имеет был оптимизирован для стального автомобиля с добавлением алюминия и магния снаружи панелей увеличивает не только материальные затраты, но и затраты на инструменты для штампованные алюминиевые детали.Более того, все не стальные детали в автомобиле штампованы, и поэтому относительно дороже, чем экструдированные профили или литые детали. В при объеме производства 60000 существует разница в стоимости в 510 долларов между А2 и стальной Лупо.
АНАЛИЗ МАШИН СРЕДНЕГО РАЗМЕРА
Форд Contour — это четырехдверный цельный стальной автомобиль среднего размера, который использовался в анализе в качестве базовый сценарий. Форд P2000 — это полностью алюминиевый цельный корпус, аналогичный по внешним размерам Форд Контур.Проект P2000 связан с Ford. участие в программе «Партнерство за новое поколение транспортных средств» (PNGV). Конструкция unibody представляет собой сварной алюминиевый лист в конструкции и затворе BIW. панели, литые алюминиевые передняя и задняя стойки амортизаторов, алюминиевая передняя часть подрамник, алюминиевый блок цилиндров и ротор / барабаны из алюминиевого композитного материала.
Таблица II. Данные о деталях для среднего размера Машины | |||
Автомобиль | Количество деталей | Производство | BIW Масса |
200 | Штампов | 215 кг | |
288 | Штампов | 152 кг | |
300 | Штамповки (160) | 160 кг | |
Audi
A8, большой роскошный автомобиль, был Audi
конструкция космического корабля первого поколения.A8 имеет экструдированную раму, состоящую из
двух- и трехмерных экструдированных профилей, соединенных алюминиевым литьем под вакуумом
узлы. Используемые методы сборки — это пробивные заклепки, сварка MIG и некоторые
контактная сварка. Хотя этот 1,8-тонный седан не классифицируется как среднеразмерный.
машина для этого анализа, три машины сравнивались из-за наличия данных
и отличительные особенности дизайна трех автомобилей. Как обсуждалось ранее, чтобы
сравните A8 с двумя другими дизайнами, детали A8 были уменьшены
до габаритов форда
Контур.В таблице II указаны изготовление и вес детали.
(уменьшено для A8) детали трех дизайнов, которые были объединены с
стоимостные модели.
Рис. 8. Стоимость изготовления среднего размера машины. | Рисунок 9.Распределение стоимости запчастей среднего размера автомобилей (60 000 и 195 000 в год). | |
Рисунок 10. Стоимость сборки среднего размера. машины. | Рисунок 11.Общие производственные затраты автомобили среднего размера. | |
На рис. 8 показано изготовление детали в целом. расходы на три машины. Это также показывает, что Ford P2000 и Audi А8 намного дороже стального автомобиля. P2000 дороже производить в меньших объемах, чем аналогичный Audi A8, поскольку он состоит из штампованных алюминиевых деталей.Фигура 9 показана абсолютная разбивка затрат на изготовление при производстве. объемы 60 000 и 195 000 автомобилей в год.
Большая часть стоимости P2000 может быть покрыта инструментами. затраты на штампованные детали. Как видно на рисунке 9, затраты на инструмент составляют более 40% затрат при низком уровне производства. объем.
Модель сборки позволяет анализировать затраты на соединение для сборки этих среднеразмерные автомобили без крышек.В таблице III показаны различные способы соединения и их длина в каждой из машин.
Таблица III. Монтажные технологии Используется в автомобилях среднего размера | ||
Автомобиль | Метод соединения | Длина |
Точечная контактная сварка | 2630 точечных сварных швов | |
Точечная контактная сварка | 2000 точечных сварных швов | |
Точечная сварка | 400 баллов | |
На рисунке 10 показаны затраты на сборку. трех автомобилей при различных объемах производства.Audi А8 — самый дорогой в сборке из трех автомобилей из-за сложности. участвует в использовании различных техник соединения. Капитальные затраты на МИГ сварочное оборудование высокое; однако эффект масштаба можно увидеть в резком снижение затрат с 15 000 до 30 000 автомобилей в год.
Как показано на Рисунке 11, графическая иллюстрация
общей стоимости производства при различных объемах производства имитирует
кривые затрат на изготовление деталей.Стоимость Audi
A8, как правило, выходит за пределы средних объемов производства. В настоящее время
оценка оснастки для штамповки алюминия, конструкция алюминиевого цельного корпуса относительно
дороже, чем эквивалентная конструкция космической рамы, особенно при низких и
средние объемы производства.
ЭКОНОМИКА ЗАМЕНЫ
Анализ затрат на изготовление шести конструкций автомобилей показывает два основных препятствия. превращение алюминия в замену стали: более высокие материальные затраты и более высокие затраты на оснастку алюминиевых панелей.
Производители автомобилей стремятся производить алюминиевый автомобиль с такими же общими характеристиками
стоит как сталь. Считается, что для этого цена на алюминий должна снизиться.
примерно до 1 доллара за фунт (2,2 доллара за кг). Анализ показывает, что это возможно.
производить алюминий (5ххх) по указанным ценам методом непрерывной разливки и эксплуатации
большая экономия от масштаба. 5 , 6 Тем не менее, большая часть алюминия, используемого в панелях внешнего корпуса, представляет собой сплав 6ххх, что относительно
дорого производить.На рисунке 12 показано
затраты на производство A2, если цена автомобильного алюминиевого листа была
упасть до 1 доллара за фунт. Разница между Audi примерно в 320 долларов.
A2 и сталь Lupo можно было ожидать при текущем целевом объеме производства.
от 60 000 машин (в текущих ценах разница около 510 долларов).
Рисунок 12.Чувствительность продукции А2 затраты на алюминий. | Рисунок 13. Чувствительность производства затраты на цену алюминиевого листа. | Рисунок 14. Чувствительность продукции P2000 затраты при меньших затратах на инструмент. | ||
Аналогичный анализ легковых автомобилей среднего размера объемом 60 000 автомобилей в год показан на рисунке 13.Даже по 1 доллару за фунта, P2000 по-прежнему примерно на 600 долларов дороже, чем Contour.
Дополнительные затраты на инструмент для штамповки алюминия делают алюминий менее выгодным. альтернатива стали, даже по сниженным ценам на материалы, благодаря характеристики алюминия. 7 Например, алюминиевые панели не могут иметь острых фланцев для соединения внутреннего и внешние панели, они имеют тенденцию раскалываться, если углы штамповки слишком острые, и также обладает большей упругостью, чем сталь, и более чувствителен к загрязнению матрицы так как он относительно мягкий.Как следствие затраты на штамповку алюминия относительно крупнее аналогичной стали по следующим причинам:
- Более высокие затраты на разработку штампа для компенсации упругого возврата
- Разработка и нанесение специальных покрытий и смазок на штампы
- Более низкая скорость штамповки для предотвращения разрывов и повреждений
На рисунке 14 показан сценарий, в котором это сокращение дополнительных затрат на штамповку алюминия на 50%.В этот оптимистичный сценарий, когда автомобильный алюминиевый лист будет доступен по цене 1 доллар за фунт и 50% -ное сокращение дополнительных затрат на инструмент для штамповки алюминия, P2000 будет примерно на 300 долларов дороже, чем аналогичный стальной автомобильный кузов. Однако по мере развития технологий проектирования и производства и развития отрасли по мере обучения можно ожидать значительного снижения затрат. Собственно, дизайнерские разработки Audi уже привели к значительному снижению затрат между первым и автомобили второго поколения.Это произошло за счет объединения частей, замена процессов и упрощение деталей. 8
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Анализ конструкции шести автомобилей ясно дает представление об экономике замены алюминия в стальных кузовах автомобилей. Анализ показывает, что:
- Гибридные конструкции, такие как Lupo-hybrid, служат хорошим примером транспортных средств. которые могут достичь стандартов экономии топлива или рециркуляции. Однако это не экономически выгодное решение для снижения веса, потому что конструкция автомобиля обычно являются вариантами существующей конструкции, в которых частичная замена некоторых закрытий делается с использованием более легких материалов.Таким образом, метод не позволять производителю в полной мере использовать преимущества одного материала и достичь оптимальной эффективности производства.
- Разбор P2000 и Audi Дизайн A8 (с учетом эквивалентного размера) показывает, что при существующем производстве условиях, конструкция космической рамы немного конкурентоспособна по стоимости по сравнению с unibody, в первую очередь из-за более высокой стоимости штамповки алюминия.
- Анализ технологий соединения первого и второго поколения алюминиевые космические рамы показывают, что можно значительно сократить расходы, так как технология созревает.Audi A8 был самым дорогим из трех автомобилей в своем классе для сборки. С другой стороны, Audi второго поколения А2 вообще дешевле в сборке, чем стальной эквивалент, за исключением очень маленьких объемы производства. В первую очередь это можно отнести к развитию в технологии соединения улучшили понимание лазерной сварки алюминия и более быстрые лазерные сварочные аппараты.
Алюминию еще предстоит преодолеть серьезные технологические и экономические препятствия прежде, чем он сможет заменить сталь в кузове автомобиля.Однако эти препятствия отнюдь не означает непреодолимое, как показал случай с лазерной сваркой алюминия. Превращение производителей алюминия из простых поставщиков материалов в партнерство с автопроизводителями — шаг в этом направлении. Можно ожидать что в области штамповки алюминия в ближайшее будущее. Это, в сочетании с правильным законодательным давлением с точки зрения цели по экономии топлива и переработке могут сделать алюминий значительным, если не первичный материал в кузове авто.
БЛАГОДАРНОСТИ
Авторы выражают благодарность Ford. Motor Company и McKinsey & Co. за предоставление ценных данных для этого исследования.
Список литературы
1. M.N. Беккер,
Алюминий: новые вызовы в сфере переработки и сбыта продукции, JOM ,
51 (11)
(1999), pp. 2638.
2. Дж. П. Кларк, Techno-Economic
Issues in Materials Selection, ASM Handbook Vol.20 Выбор материалов и
Проект (Парк материалов, штат Огайо: ASM,
1997), pp. 255265.
3. H.
Хоэх, Экономический анализ алюминиевого листа и перспективы производства алюминия в
Autobody (диплом бакалавра, Массачусетский технологический институт,
2000).
4. Ф. Катрак, Д. Полтис и
Дж. Мортон, Сталь против алюминия против полимеров: битва за автомобильный кузов
Приложения в 21 веке (доклад, представленный на Metal
Бюллетени 12-го Междунар. Конф., Сентябрь 1997 г.).
5. А. Келкар, Анализ алюминия
в конструкции кузовов автомобилей и ее стратегическое значение для алюминиевой промышленности
(Докторская диссертация, Массачусетский технологический институт, 2001 г.).
6. A. Kelkar, R. Roth, and J.P.
Кларк, Стоимость обучения при разработке алюминиевых автомобильных кузовов
Проекты, представленные в соответствии с JOM .
7. Х. Марти, Моделирование затрат
сборки автомобильного кузова с использованием реляционных баз данных (Б.С. Диссертация,
Массачусетский технологический институт, 1997 г.).
8. F.W. Ostermann, Алюминий
Технология материалов для автомобилей (German Press, 1987).
Ричард Рот и Джоэл Кларк с материалы Системная лаборатория в Массачусетсе Технологический Институт. Ашиш Келкар работает в Cisco Systems.
За дополнительной информацией обращайтесь к Ричарду Роту, Массачусетский институт.
of Technology, E40-202, 77 Massachusetts Avenue, Cambridge, Massachusetts 02139
СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ АМЕРИКИ; электронная почта rroth @ mit.edu.
Авторские права принадлежат The Minerals, Metals & Materials Общество, 2001
Прямой вопросы об этой или любой другой странице JOM по адресу [email protected].
алюминиевых кузовов и рам: будущее автомобильной промышленности?
Автомобильные технологии: Алюминиевые автомобильные технологии
Хотя первый алюминиевый автомобиль (алюминиевые панели на деревянной раме) на рынке появился в 1913 году, до недавнего времени казалось, что алюминий никогда не пользовался популярностью в качестве основного конструктивного компонента, т.е.рамы и панели. В то время как мелкосерийные автомобили, такие как Rolls-Royce Phantom, имеют алюминиевую раму, серийные автомобили, такие как Ford F-150, а также Audi A8 и BMW i8, предлагают новое поколение алюминиевых автомобильных технологий.
Новые полноразмерные пикапыFord весят на 700 фунтов легче, чем их предыдущие модели F-серии. Переходя с тяжелых стальных панелей на высокопрочные, но легкие алюминиевые панели, Ford может производить более легкий и более экономичный грузовик.Новый F-150 — первый крупногабаритный автомобиль с полностью алюминиевым кузовом.
Преимущества алюминия
Согласно данным Алюминиевой ассоциации,
«При применении к оптимизированной конструкции автомобильного кузова алюминий может обеспечить снижение веса до 50 процентов по сравнению с традиционной конструкцией из мягкой стали».
Более легкий автомобиль может предложить улучшенные:
- Топливная эффективность
- Торможение
- Обработка
- Разгон
Алюминиевая рама кузова может поглощать более высокую энергию удара при столкновении по сравнению с мягкой сталью.Из-за его меньшего веса автомобильная промышленность могла увеличить толщину кузовных панелей без увеличения веса автомобиля. Согласно опросу североамериканских автопроизводителей, эти преимущества являются причиной, по которой они прогнозируют, что содержание алюминия в среднем автомобиле почти удвоится к 2025 году.
Воздействие алюминия на окружающую среду
Когда вес транспортного средства уменьшается, а экономия топлива повышается, последнее оказывает непосредственное влияние на окружающую среду за счет сокращения выбросов.Алюминиевая ассоциация заявляет, что «по сравнению с парком традиционных стальных автомобилей, использование алюминия позволяет сэкономить 108 миллионов баррелей сырой нефти в виде энергии».
Алюминий также легко перерабатывается. Почти 90 процентов автомобильного алюминиевого лома ежегодно перерабатывается. Одна тонна переработанного алюминиевого лома дает экономию энергии, эквивалентную примерно 2300 галлонам бензина.
В то время как алюминий может быть переработан для защиты окружающей среды, при фактическом процессе рафинирования для производства алюминия образуются отходы, называемые красным шламом.E.P.A. сообщает, что красный шлам является «едким веществом, и вторичное использование отходов из хвостохранилищ не производилось». В красном шламе были обнаружены повышенные уровни как мышьяка, так и хрома.
Недостатки автомобильного алюминия
Алюминий не лишен недостатков. В среднем алюминий дороже стали, в два-три раза дороже. Однако стоимость — не единственный недостаток, который может иметь алюминий по сравнению со стальными рамами и кузовными панелями.
Ключевым недостатком является то, что алюминий не поддается легкой сварке. Если на стальной дверной панели или раме есть трещина, часто ее можно легко снова сварить, загрунтовать и перекрасить, так что трудно сказать, были ли выполнены какие-либо кузовные работы. Этого нельзя сделать с алюминием. Сталь также можно гнуть и придавать ей нужную форму.
Кузовные мастерские и даже дилерские сервисные центры в настоящее время оборудованы для работы со сталью техниками, имеющими квалификацию в области сварки и изготовления стали. Стоимость перехода на инфраструктуру, разработанную специально для полностью алюминиевых транспортных средств или массового производства алюминиевых транспортных средств и компонентов, будет высокой.
Будущее алюминия в автомобильной промышленности
Алюминий действительно имеет определенные преимущества, в том числе его способность к более безопасным, более производительным и экологически чистым автомобильным технологиям. Однако стоимость алюминия, отсутствие инфраструктуры для производства автомобильного алюминия и тот факт, что алюминий нельзя сваривать или легко гнуть, как сталь, являются явными недостатками.
Станет ли алюминий новой сталью в автомобильной промышленности?
Согласно Wall Street Journal, GM планирует использовать смесь различных материалов, включая углеродное волокно, алюминий и сталь, для удовлетворения требований по весу в будущем, вместо того, чтобы переоборудовать все производственные предприятия только для алюминия.Toyota планирует включить алюминиевый капот в Camry 2018.
Хотя многие производители оригинального оборудования планируют увеличить использование алюминия, трудно сказать, станет ли он основным материалом корпуса и рамы или когда это произойдет, учитывая существующие препятствия. Прежде чем будет объявлен окончательный ответ, потребуется время и дополнительные исследования.
Пожалуйста, поделитесь своими мыслями о будущем алюминия в автомобильной промышленности в разделе комментариев ниже!
Перейти к следующей статье об автомобильных информационно-развлекательных системах
Auto Technology Blog Series Index
Использование алюминиевого листа в кузовах автомобилей
Сталь была предпочтительным металлом для автомобилей с момента их появления.Нетрудно понять, почему: сталь была в изобилии, дешевая, а добавленный вес, из-за которого снижалась эффективность использования топлива, тоже не имел значения, учитывая дешевую нефть. Что ж, хотя сталь все еще можно продавать в массовом порядке, цена на нефть стремительно выросла за последние несколько десятилетий, а новые стандарты топливной эффективности побуждают производителей автомобилей искать новые способы соблюдения федеральных правил. Один из самых простых способов повысить топливную эффективность — это снизить вес, и именно здесь на помощь приходит алюминий. Намного легче стали, но столь же прочно, установка алюминия в автомобили — горячая идея, которая в последнее время получает широкое распространение в отрасли.Давайте посмотрим на некоторые преимущества и недостатки автомобилей из алюминиевого листа, а также на то, где и когда мы можем ожидать их появления в ближайшие годы.
Материал, ранее зарезервированный для элитных автомобилей
Алюминий — не новый металл для автомобильной промышленности; он давно используется в определенных ситуациях для снижения веса, будь то внутри лабиринта трансмиссии или в гонках, где автомобили с алюминиевым кузовом значительно снижают вес по сравнению со стальными аналогами, обеспечивая столь необходимый прирост скорости.Audi производит автомобили с алюминиевыми рамами почти 20 лет, несмотря на цену, и флагманский A8 можно даже назвать первым «алюминиевым автомобилем», поскольку он почти полностью заменил алюминиевые детали и кузов из стали. Что изменилось сегодня, так это переход к массовым автомобилям с улучшенными алюминиевыми модификациями. Ожидается, что в следующем десятилетии алюминий больше не является царством суперкаров или роскошных автомобилей, а использование алюминия в повседневных автомобилях, таких как четырехдверные седаны, такие как Accord или Camry, значительно вырастет. Основной движущей силой этого роста являются новые федеральные стандарты топливной эффективности, согласно которым общий парк автомобилей каждого производителя автомобилей должен составлять в среднем 54 автомобиля.5 миль на галлон к 2025 году. Это немалое увеличение, и автопроизводители требуют смелых и инновационных решений для повышения их общей эффективности использования топлива.
Алюминиевый листимеет много преимуществ перед сталью
Хотя преимущества в весе очевидны, примером чему может служить новый полностью алюминиевый Range Rover от Land Rover, который на 40% легче своего стального собрата, алюминий может похвастаться и другими преимуществами, не связанными с его характеристиками снижения веса. Например, в краш-тестах он показал себя лучше, чем сталь, так как алюминиевые направляющие рамы складываются в форму гармошки при ударе, что является именно той формой, которую вы хотите видеть при аварии, поскольку это указывает на эффективное поглощение шок и сила, которые сопровождают аварию.Алюминий также может похвастаться более длительным сроком службы, чем его стальные аналоги, поскольку он не подвержен ржавчине, как сталь. Алюминий также может быть переработан в бесконечном количестве снова и снова, что промышленность рекламирует как экологическую выгоду для технологии в дополнение к ее победам в области топлива и безопасности. Стоимость, реальный барьер на пути широкого применения алюминия в автомобильной промышленности, постепенно снижается. По мере роста спроса на алюминий увеличивались и предложение, и конкуренция. Кроме того, замена более дорогим алюминием позволяет производителям экономить в других областях, таких как тормоза, которые не обязательно должны быть такими же большими, как у более легких автомобилей.
Конкуренты, такие как углеродное волокно, также набирают обороты
Алюминий, однако, подвергается сильному давлению со стороны других материалов, чтобы стать основным материалом в автомобилях. Углеродное волокно, давно являющееся нишевым продуктом в гоночных кругах, начинает находить более широкое применение в определенных приложениях и обеспечивает снижение веса при меньших затратах, чем алюминий. Даже сама сталь сопротивляется: новые стальные сплавы предлагают более плотные, более прочные и легкие варианты, чем старая сталь прошлого, и это дает преимущество в том, что они значительно дешевле алюминия.Даже если новая сталь не так эффективна в снижении веса, она все равно может получить широкое распространение, если ее коэффициент потери веса будет намного выше, чем у алюминия, поскольку экономия затрат может быть использована в других областях.
Итак, алюминий может быть не единственным металлом в автомобиле будущего, но он обязательно будет одним из них. В конечном счете, большинство производителей, вероятно, пойдут на средний путь, включив в свои автомобили алюминий, углеродное волокно и «новую» сталь. Поскольку у всех трех есть свои преимущества и недостатки, их совместное использование может сделать автомобиль самым экономичным и безопасным.
Jaguar Land Rover перешел на алюминиевый кузов и сэкономил немного экологичности
J Jaguar Land Rover (JLR) имеет давнюю традицию производителя легковых автомобилей премиум-класса с всемирно признанными брендами, эксклюзивный портфель продуктов, отмеченных наградами, глобальную дистрибьюторскую сеть и сильные возможности для исследований и разработок (НИОКР). Стратегия компании основана на трех столпах: «Клиент прежде всего», «Отличные продукты» и «Экологические инновации», поддерживаемые разработкой и применением передовых технологий и процессов.
Искушенные клиенты JLR требуют самого лучшего. Вот почему компания постоянно оценивает качество ИТ-автомобилей и разрабатывает меры по улучшению, чтобы расширить свои предложения продуктов.
Для обеспечения функциональности и формы компания применяет интегрированный подход, в соответствии с которым команды разработчиков, инженеров, специалистов по планированию процессов, производства, управления поставщиками и цепочки поставок работают вместе на протяжении всего процесса создания продукта, чтобы предоставлять лучшие в своем классе продукты.Кроме того, JLR стремится минимизировать свое воздействие на окружающую среду и максимизировать свой более широкий вклад в общество с помощью совместной операционной модели, ориентированной на инновационные продукты, эффективность использования ресурсов, процессы замкнутого цикла и инвестиции в сообщества.
Недавно компания была удостоена награды за разработку и реализацию концепции дизайна премиальной облегченной архитектуры на последних автомобилях Range Rover. В этой статье рассказывается, как компания JLR использовала передовые технологии для создания автомобилей, отвечающих высоким ожиданиям клиентов, при одновременном снижении выбросов углекислого газа.
Мышление нового дизайна
СтратегияJLR для легковых автомобилей (LWV) предполагает переход от стального кузова к алюминиевому. Он включает в себя решение глобальных проблем с выбросами углекислого газа в автомобилестроении при производстве автомобилей, которые желают клиенты, в том числе лучшие в своем классе показатели по шуму, вибрации, жесткости (NVH), а также долговечность и безопасность. Результатом является снижение веса кузова и шасси, а также связанная с этим вторичная экономия веса — в дополнение к максимальному использованию переработанных материалов и снижению энергопотребления на этапе производства кузова.
Хотя переход от стального корпуса к алюминиевому позволяет снизить вес, сложность производства и проектирования деталей возрастает. Комплексный подход JLR исследовал каждый аспект проектирования и производства, используя новейшие передовые методы моделирования и производства.
Компания JLR поставила цель сэкономить не менее 100 кг по сравнению с аналогичным стальным автомобилем, а для моделей внедорожников Range Rover эта цель составляла 400 кг. «Чтобы облегчить работу, мы хотим добиться значительной экономии, чтобы покупатель действительно почувствовал выгоду», — говорит Марк Уайт, главный инженер подразделения Advanced Body отдела разработки продукции Jaguar Land Rover.
Алюминий стоит больше, чем сталь за фунт, но использование меньшего количества и возможность переработать неиспользованный металл дает значительную экономию и новый взгляд на производственный процесс. «С самого начала мы поняли, что если вы можете утилизировать любой неиспользованный металл в процессе и получить за это максимальную выгоду, разделив его на марки сплава, то его можно довольно быстро превратить обратно в хороший материал по довольно низкой цене и справедливо. низкая энергия », — говорит Уайт. «Мы много работали, прежде всего, над решением технических проблем, связанных с переходом от стали к алюминию, но также пытались сократить разрыв в стоимости между сталью и алюминием, чтобы сделать его более доступным для широкого применения.”
Ограничения дизайна приводят к появлению бонусов за дизайн
Замена стального корпуса на алюминиевый потребовала от JLR анализа всего процесса проектирования. «Если бы мы продублировали стальной корпус из алюминия, у нас не было бы оптимальной конструкции. Вместо этого мы посмотрели, что хорошо работает в алюминии, а что нет », — говорит Уайт.
Во-первых, точечная сварка алюминиевых деталей является сложной задачей, поэтому JLR вместо этого обратила внимание на клепку. Техника клепки в сочетании с клеевым соединением создает соединение, которое на самом деле прочнее, чем стальное сварное соединение.В то же время склеивание существенно улучшает долговечность соединений.
JLR использовала инструменты компьютерного проектирования (CAE), в том числе уникальное решение для соединения, чтобы определить наилучшее место для нанесения клея и заклепок и их количество. Заклепки и клеи выполняют две разные функции. Заклепки предназначены для обеспечения высокой прочности, а клей — для обеспечения жесткости, NVH и долговечности. «Это помогает в случае аварии, в этом нет никаких сомнений», — говорит Уайт.«Это улучшает характеристики при столкновении с авариями, потому что неразрывное соединение всегда лучше, чем одноточечное соединение».
Используя клепку и склеивание, JLR сократила количество соединений, необходимых в производственном процессе. «Например, средний стальной седан будет иметь от 5 000 до 6 000 точечных сварных швов. В сочетании со склеиванием нам понадобится всего около 3500 заклепок для модели Jaguar XJ », — поясняет Уайт. Хотя заклепка занимает немного больше времени, чем точечная сварка на стыке, из-за меньшего количества заклепочных соединений среднее время изготовления кузова в белом цвете для алюминиевого автомобиля меньше, чем для аналогичного стального автомобиля.
Еще одна выгода, которую JLR получила от переосмысления конструкции, заключалась в сокращении количества деталей. Простая замена материала со стали на алюминий привела к созданию конструкции, в которой потенциально было больше штампованных алюминиевых деталей, чем штампованных стальных деталей. Больше деталей означает более высокие затраты. «Мы сказали, что если для алюминия требуется больше штампованных деталей, есть ли еще одна производственная технология, которую мы должны изучить, чтобы производить алюминиевые компоненты, которые мы не можем производить из стали», — спросил Уайт. «Именно здесь мы начали разрабатывать то, что мы называем тонкостенными отливками под высоким давлением.”
Команда обнаружила, что он может объединить множество деталей в одну отливку под давлением и при этом присоединить ее к остальной конструкции, используя процесс клепки и соединения. «Например, с помощью переднего амортизатора мы смогли заменить семь стальных деталей всего на одну алюминиевую деталь», — говорит Уайт. «Применительно ко всему автомобилю мы смогли заменить 30-40 стальных деталей примерно на 10 алюминиевых». А меньшее количество деталей, в свою очередь, означало меньшее количество соединений, а также уменьшение количества необходимых заклепок.
Наконец, команда разработчиков JLR активно применила технологию оптимизации при разработке Range Rover и других LWV. Несмотря на то, что алюминий легче стали, эффективное использование материала приводит к еще более легким конструкциям и сокращает расходы. «Расширенное программное обеспечение для оптимизации позволяет нам получить правильную геометрию и размер, удаляя ненужный материал там, где он не нужен», — добавляет Уайт.
Jaguar Land Rover, победитель конкурса Altair Enlighten Award в 2014 году за облегчение транспортных средств, разработал новые методы CAE для имитации аварии, долговечности, шума, вибрации и резкости в конструкции своих автомобилей Range Rover.Параллельно с этим были созданы новые методы моделирования производства для штамповки, литья и соединения легких конструкций автомобилей.Алюминиевые сплавы обеспечивают экологичность
Помимо снижения веса и, следовательно, увеличения MPG, переход от стального к алюминиевому кузову дает и другие важные экологические преимущества. Например, алюминиевые листы, используемые для изготовления панелей кузова, могут быть изготовлены из переработанного материала.
Алюминиевые автомобили существуют в течение последних 15 лет или около того — и с самого начала были в ДНК Jaguar и Land Rover.Однако многие из алюминиевых автомобилей — это легкие спортивные автомобили с довольно небольшим объемом. «Основное внимание уделялось малому весу, а не высокой прочности и долговечности», — говорит Уайт. Внедорожный внедорожник, такой как Range Rover от JLR, сталкивается с гораздо более жестким рабочим циклом, чем, скажем, высококлассный спортивный автомобиль, проезжающий по трассе несколько сотен миль в год.
Уайт объясняет: «Когда мы начинали, мы действительно хотели убедиться, что мы разработали сплавы, которые подходят для любого производимого нами автомобиля». За последние 15 лет компания JLR разработала несколько высокопрочных алюминиевых сплавов, в том числе следующие:
AC300T61. Это сплав серии 6000, очень пластичный, поэтому он поглощает энергию контролируемым образом, а не вызывает реальное разрушение материала. Когда материал ломается, он начинает сильно терять свою прочность. Если место разрушения невозможно предсказать, ему не хватает контролируемого поглощения энергии. Уайт говорит: «Мы хотели, чтобы этот материал обладал высокой пластичностью, чтобы получить хорошие характеристики, которые мы называем« ударопрочность / стойкость ». Мы разработали его для моделей Range Rover».
AC170. Этот сплав легко поддается формованию, сохраняя при этом высокий уровень прочности.Он затвердевает в окрасочном цехе до прочности, эквивалентной прочности стальной обшивки стального автомобиля. Он используется для изготовления крыльев, дверных обшивок, боковин кузова и других сложных внешних обшивок.
RC5754. AA5754 — это стандартный сплав. RC5754 имеет те же свойства, но изготовлен из вторичного сырья. «Мы потратили около трех или четырех лет с одним из наших поставщиков алюминия на разработку этого нового, я бы сказал, сплава с высоким содержанием вторичного сырья», — говорит Уайт. «Он действует так же, как обычный первичный 5754, который можно купить у любого поставщика алюминия, но он постоянно содержит большое количество переработанного металла.Наша цель — получить более 75% переработанного сплава в RC5754 ».
JLR рассматривает другие сплавы, чтобы добавить к ним префикс переработанного содержимого. «Мы начинаем с этого, потому что это довольно популярный сплав. Мы знаем, что можем получить 5754 отдельных поставки лома от отрасли в целом. Это хорошее начало с точки зрения нашей стратегии утилизации », — говорит Уайт.
5754 — это стандартный сплав с хорошо изученными механическими свойствами с точки зрения удлинения и предела прочности на разрыв.«Мы хотим соответствовать всем этим критериям производительности, но то, что мы сделали, разрешено для примесей в сплаве, поэтому мы можем выдерживать более высокий уровень кремния, более высокий уровень железа в сплаве и т. Д.» — говорит Уайт. «Заказчик не заметит разницы, но для нас и окружающей среды это явный победитель», — добавляет он.
White говорит, что углеродный след от использования переработанного алюминиевого сплава также менее вреден для окружающей среды. В зависимости от процесса и количества вторичного сырья для производства вторичных сплавов требуется от 10% до 25% энергии, используемой для изготовления первичного сплава — до 90% экономии энергии и, как следствие, 90% экономии углерода за счет первичных сплавов.«И поскольку мы увеличиваем количество вторичного сырья, — говорит Уайт, — в долгосрочной перспективе мы также увидим снижение стоимости металла».
CAE обеспечивает точную настройку
JLR использует инструменты CAE для всех аспектов дизайна своих легких алюминиевых кузовов внедорожников. «Все делается в виртуальном мире, а затем мы проводим только проверочные тесты», — говорит Уайт, которые по-прежнему требуются государственным законодательством и органами потребителей. «Нам не нужно тестировать столько, сколько мы когда-то делали. Мы работаем с ними, чтобы убедиться, что машина делает все, что делает на виртуальной платформе.”
Помимо моделирования транспортных средств для результатов аварий, JLR использует CAE для понимания механических свойств используемых материалов. «Например, если мы возьмем штампованную деталь, мы пропустим ее через программное обеспечение и смоделируем производственный процесс», — объясняет Уайт. «Мы получим то, что мы называем истинным размером детали в модели. Допустим, у нас есть панель, которая начинается с плоского листа материала толщиной 1 мм. Он может опуститься до 0,85 мм в тех местах, где он истончился после вытяжки.Мы можем встроить эту модель в наши модели аварий ».
Такая детальная оценка повторяется на протяжении всего процесса проектирования JLR. «Мы можем записать, сколько повреждений нанесено в процессе штамповки, когда мы создаем деталь, потому что каждый раз, когда мы помещаем лист металла в пресс-инструмент, мы не только утончаем его, но и используем часть доступной энергии, инертная энергия в процессе штамповки », — добавляет Уайт. «Он больше не вкладывает всю свою силу в аварию, потому что мы использовали часть этой силы при производстве детали.Мы также можем встроить это в модель CAE ».
Этот тип моделирования был недоступен еще 10 лет назад. Раньше «Мы просто взяли бы постоянный калибр и предположили, что вы получите максимальное количество работы от этого постоянного калибра. Это уже не так », — говорит Уайт.
JLR теперь использует термическое моделирование, чтобы посмотреть на реакцию детали на термическое упрочнение, что также изменит механические свойства в течение срока службы. «Мы даже можем смоделировать, сколько деформационного упрочнения происходит в зависимости от того, где находится деталь в теле.Внешняя панель обшивки будет воспринимать максимальное количество тепла в течение большей части времени, в то время как внутренняя арматура будет получать гораздо меньше тепловой энергии в течение гораздо меньшего времени в той же печи для покрасочного цеха. Мы можем моделировать такой уровень детализации с точки зрения температуры », — говорит он.
Future Fidelity
JLR продолжает совершенствовать свои модели. «Для каждого нового продукта, который мы разрабатываем, мы получаем более высокий уровень точности, и мы можем делать больше в виртуальном мире, чем на предыдущих моделях», — говорит Уайт.Компания стремится улучшить методы и сотрудничать с университетами и исследовательскими компаниями, чтобы определить области для улучшения.
Виктория Берт — сотрудник журнала Concept To Reality.
Jaguar Land Rover получил премию Altair Enlighten 2014
Премия Altair Enlighten Award 2014 была присуждена компании Jaguar Land Rover за разработку и реализацию концепции дизайна премиальной облегченной архитектуры на последних автомобилях Range Rover. Премия, присуждаемая в сотрудничестве с Центром автомобильных исследований (CAR), является первой программой награждения автомобильной промышленности, созданной специально для признания инноваций в области облегчения транспортных средств.
В качестве примера легкой архитектуры премиум-класса в действии новый кузов Range Rover весит всего 288 кг (658 фунтов) по сравнению с массой тела предыдущей модели, равной 498 кг (1096 фунтов), то есть меньше чем на 40%. Значительная экономия была также достигнута на шасси (70 кг, 154 фунта) и трансмиссии (130 кг, 287 фунтов в зависимости от двигателя).
«Мы хотели бы поздравить Jaguar Land Rover с победой в премии Altair Enlighten Award 2014», — говорит Дэвид Мейсон, вице-президент Altair Global Automotive.«Их целостный подход к облегчению транспортных средств и сокращению выбросов CO2 привел к появлению агрессивной и весьма впечатляющей методологии, которая позволяет создавать новые захватывающие архитектуры транспортных средств».