Так или иначе, но новые материалы уже давно перебрались из таких высокотехнологических отраслей как аэронавтика и космонавтика, военные исследования и физика микромира, в наиболее перспективные направления развития автомобильной техники.
Поначалу применение новых материалов касалось исключительно возможностей получения нового дизайна, стиля и в большой степени рекламных обещаний. Многие из ведущих кузовных ателье пытались привлечь внимание к очень необычным и граничащим с фантастикой решениям в области перспективных моделей автомобилей.
Но как показала практика в дальнейших испытаниях рынком и потребительским спросом выживают и получают признание только те решения, в которых смелый дизайн, был основательно подкреплен практичными и эффективными решениями.
Первое, что позаимствовали конструктора и разработчики у легкомоторной авиации – это возможность формировать кузовные панели из композитных материалов практически любой формы и размеров. Не удивительно, что стеклопластики и углепластики моментально нашли свое применение в строительстве болидов «Формулы-1».
Признанными лидерами в промышленном освоении композиционных материалов стала Япония и США.
Значительное снижение веса кузова (почти вдвое) давало немалые преимущества, но за рекордные показатели пришлось платить значительным удорожанием и усложнение технологии изготовления. Кузов из стеклопластика или углепластика приходилось формовать практически вручную, с постоянным и непрерывным контролем всех технологических операций. Брак не допускался, каждая из панелей была штучным товаром, что-либо восстановить или исправить после формовки уже невозможно.
Конвейерная сборка, даже самых элитных моделей, была основой любого автомобильного завода, в противном случае затраты на производство не покрывались доходами от реализации автомобилей. Даже такие неоспоримые преимущества как, экономия топлива, улучшение динамических свойств машин, гарантия на отсутствие коррозии на 50 лет не были настолько привлекательными в глазах покупателя, чтобы платить за диковинку двойную цену.
Казалось бы, простой перенос технологии углепластиковых сэндвичей из авиации и космонавтики, где они жизненно необходимы, не принес желаемого результата. Стальные кузова оказались в ряде случаев и дешевле и практичнее и технологичнее. Мало того, многие ведущие корпорации такие как «АУДИ» и «СААБ» совершенно уверенно начали применять в серийных моделях кузова, изготовленные панелей на основе алюминиевых сплавов. В готовую конструкцию панельные детали соединялись аргоновой сваркой, давая высокую прочность и легкость.
Анализ и испытания армированных стекловолокном композиционных силовых элементов неожиданно показал, что в роли несущих элементов конструкции, призванных поглотить основную энергию удара композиты значительно уступают металлу. Как минимум в два раза.
Интересную особенность применения неметаллических элементов конструкции отметили итальянские специалисты. Для неклассических образцов кузовов, в которых применялись огромные оконные проемы с большими окнами, стеклянные крыши в конечном итоге вес конструкции только вырос по сравнению с металлическими прототипами. Определенную роль сыграло увеличение массы за счет более тяжелых стекол, но основное увеличение произошло за счет увеличения толщины несущей панели, появление дополнительных армирующих и демпфирующих элементов.
Французскими инженерами были проведены интересные эксперименты по выпуску колесных дисков на основе эпоксидных пластиков, армированных базальтовым волокном. Колесо на основе такого материала получалось на 40 процентов легче, чем стальное. В отличие от колесных дисков на основе алюминий - магниевых сплавов композитные конструкции не боялись коррозии и имели вдвое больший ресурс пробега по усталостной прочности. Стоимость таких дисков лишь немногим была выше металлических. Единственное ограничение – ремонту и восстановлению подобные конструкции не подлежат.
Можно было бы подвести итог – экспансия пластиков и пластмасс в конструкцию автомобиля не принесла желаемого эффекта и оставила основные доминирующие позиции за высококачественной сталью и легкими сплавами.
Возвращение разработчиков к применению композиционных материалов было отмечено экспертами совсем недавно и совпало с появлением на рынке гибридных автомобилей и «чистых» электромобилей. Электрический привод, в большинстве перспективных моделей, подразумевает наличие значительной дополнительной массы электробатарей или топливных элементов. Ресурс, пробег и динамические качества электромобилей жестко зависят от веса машины. При этом модели, рассчитанные на эксплуатацию в городских условиях, выполнены с высоко поднятым центром тяжести и маленьким расстоянием между осями. Небольшие габариты машины позволяют легко находить место для парковки и протискиваться в пробках. Высокий центр тяжести приводит к склонности повышенной опрокидываемости. Композитные материалы снижают вес конструкции практически до 30%, а тяжелые батареи, расположенные в максимально низком положении, смещают положение центра тяжести машины до гарантированно безопасного. В этом случае применение композиционных материалов дает ощутимый экономический эффект.
Изменилась технология производства композитных деталей. Теперь, как и металлические узлы, они изготавливаются на роботизированных линиях. Для упрощения монтажа в точках сопряжения с другими деталями при формовке узла запрессовываются металлические элементы крепежа. Такой способ позволяет применять сварку, болтовое и клепаное соединения. Любые колебания и знакопеременные нагрузки воспринимаются такими изделиями так же как металлическими без риска развития усталостных трещин и расслоения панели.
Уже появились отдельные узлы и агрегаты, выполненные по специальной технологии облегченных металопластиковых элементов, с пониженным весом и прочностью аналогичной легким сплавам. Преимуществом таких материалов является предполагаемое снижение веса машины на 40 и более процентов, по сравнению с цельнометаллическими моделями. Значительное снижение веса автомобиля с 1200кг до 650 и ниже, вероятно повысит общую экономичность на 35-40%.
Значительный интерес представляют работы японских специалистов по замене большинства (кроме шестерней) элементов трансмиссии и подвески на узлы из армированного арамидного композита с керамическими подшипниками качения и скольжения. Первые испытания показали неплохую стойкость материалов агрегатов к действию смазок. Ударные нагрузки и вибрации практически не повлияли на расчетный срок службы агрегатов. Возможно, что и основные корпусные детали электрических батарей тоже буду изготавливаться из углепластиковых или фторопластовых панелей.
22.09.2015
Отправить новый комментарий