Алюминиевый кузов — хорошо или плохо? Ищем; плюсы; и; минусы; использования алюминия в автомобилестроении |

Алюминиевый кузов — хорошо или плохо? Ищем «плюсы» и «минусы» использования алюминия в автомобилестроении

Алюминиевый кузов — хорошо или плохо? Ищем "плюсы" и "минусы" использования алюминия в автомобилестроении

Все мы, с раннего детства знаем, что такое алюминий, а также об основных его свойствах, ну например о том, что к нему не пристает магнит, он очень легкий и мягкий, а также не подвержен коррозии. Однако лишь немногие из нас знают о том, что из этого, казалось бы, мягкого и не прочного металла, изготавливают кузовные детали и даже целые кузова.

В этой статье я хочу поднять тему использования алюминия в изготовлении автомобильных кузовных деталей. Я постараюсь взвесить все «за» и «против» если таковые имеются, и перечислить преимущества и недостатки алюминиевых кузовов. Интересно? Тогда читайте дальше.

Предисловие.

Начну, пожалуй, с того, что чистый алюминий в автомобилестроении встречается крайне редко, чаще всего это сплавы с добавлением различных добавок, позволяющих улучшить свойства этого металла. Например, алюминиевый кузов автомобиля или отдельные его части производят из алюминия, в который добавлен магний, кремний или марганец. Такие добавки позволяют получить более прочный, но при этом такой же легкий и пластичный металл.

Алюминиевые детали производятся различными способами, в зависимости от ее назначения. Наиболее распространенные способы производства: ковка, литье, штамповка, а также экструзия. Самый популярный вид изготовления алюминиевых деталей — это конечно же, литье. При помощи этого метода отливают детали двигателя, различные корпусы, а также некоторые детали подвески.

Первопроходцем в «алюминиевом направлении» стала компания «Ауди», которая в 1994 году запустила серийное производство Audi A8, у которого кузов был полностью изготовлен из алюминия. В те времена это решение было революционным и хорошенько всколыхнуло мир автомобилестроения. Вес алюминиевого A8 составлял всего 231 кг. Впечатляет, не так ли?

Среди плюсов алюминиевого кузова можно выделить следующие моменты:

Конвейерное производство автомобилей с алюминиевым кузовом

1. Прекрасное соотношение массы и прочности. Алюминий на 60% легче стали при равных размерах и объемах. Благодаря этому, кузовные детали получаются более легкие, отсюда меньшая масса и существенная экономия топлива, ну и естественно меньше вредных выбросов в атмосферу.

2. Алюминий не подвержен коррозии. Это свойство очень положительно сказывается на длительности «жизни» кузова и самого автомобиля. Однако не стоит полагать, что алюминий вовсе не стареет и не гниет, при определенных обстоятельствах и условиях алюминий также способен окисляться и разрушаться.

3. Алюминиевые детали прекрасно поддаются вторичной переработке. Легкость переплавки делает этот металл очень выгодным для автопроизводителей, поскольку позволяет использовать его по нескольку раз, а сам производственный процесс существенно упрощается.

4. Энергопоглощение. По сравнению со сталью, алюминий намного лучше поглощает и гасит вибрации, это также касается сильных ударов, которые алюминиевые детали поглощают на 50% лучше, не позволяя ей распространяться дальше. Этот фактор весьма важен для тех, кто ценит собственную безопасность, а также безопасность своих пассажиров.

5. Прочность и сопротивление торсионным нагрузкам. Алюминиевый кузов, как бы странно это не звучало, получается более жестким в плане скручивания, это придает автомобилю устойчивости, а также позволяет выполнять более «острые» маневры.

6. Низкая нагрузка на ходовую часть и неподрессоренные массы. Как не крути, а разница в весе положительно сказывается на износе шин, деталей ходовой части, а также придает автомобилю плавности во время движения.

7. Расход топлива. Как я уже говорил, меньшая масса предмета — это всегда меньше усилия для того, чтобы сдвинуть его с места. Поэтому алюминиевый кузов может стать причиной аномально низкого расхода топлива.

Казалось бы, «плюсов» столько ,что «минусов» просто нет. А — нет, как говорится, у медали всегда две стороны.

Из «минусов» можно выделить следующее:

Недостатки алюминиевого кузова

1. Сложность производства. Алюминиевые детали требуют технологически сложных способов крепления (клепка, лазерная сварка, болтовые соединения), кроме того все они предусматривают наличие дорогостоящего оборудования и материалов.

2. Дорогостоящий и проблематичный ремонт. Сварка алюминиевых деталей предусматривает наличие либо лазера, либо аргонной сварки. Сам сварщик должен обладать огромным опытом сварки, поскольку именно от этого зависит исход всего ремонта и возможности или невозможности дальнейшего использования алюминиевой детали. Кроме прочих неприятностей, такие работы будут стоить в разы дороже по сравнению с аналогичными работами, но с использованием обычной сварки и стали.

3. Цена. Высокая стоимость алюминия по сравнению с обычной сталью так или иначе сказывается на конечной стоимости изделия. Авто с полностью алюминиевым кузовом может стоить в полтора-два раза дороже, чем аналогичное авто с полностью металлическим каркасом.

4. Конфигурация и формы деталей. Изготовление полностью алюминиевого кузова накладывает на производителя определенные обязанности. Например, для придания деталям прочности их приходится усиливать дополнительными ребрами жесткости или делать более объемными, в итоге конструкция может получиться не такой компактной и привлекательной как этого хотелось бы. В качестве примера и доказательства предлагаю обратить внимание на два велосипеда — полностью алюминиевый и полностью стальной. Рамы будут отличаться не только весом, но и диаметром трубок, использованных в их производстве.

5. Хорошая проводимость шума. В данном случае слово «хорошая» является недостатком, я думаю вы понимаете о чем я? Чем лучше металл проводит шум, тем больше его будет в салоне алюминиевого авто, думаю так понятнее? Такая особенность требует дополнительных слоев шумоизоляции, которая увеличивает вес автомобиля, а также стоит немалых денег. В итоге, такой автомобиль либо на конвейере получит хорошую «шумку» и вместе с тем получится более дорогим, либо будет поставляться «как есть», а все затраты на шумоизоляцию лягут на ваши плечи, и признаться потянут не мало денежных средств.

6. Ремонтопригодность. Алюминиевый кузов сложно ремонтировать, а желающих или проще сказать способных его выполнить не так уж и много, причина — алюминиевый кузов сложно ремонтировать! После удара или деформации алюминиевые детали и конструкции очень сложно восстановить, поскольку происходит нарушение структуры металла. По этой причине ремонт таких деталей или конструкций нередко просто невозможен или просто нерентабелен, и заканчивается полной заменой.

Как видите, такой, на первый взгляд, идеальный и безупречный материал имеет немало недостатков, о которых простые обыватели даже не подозревают. Наверное, именно по этой причине большинство из них так рьяно отстаивают свою точку зрения, доказывая, что алюминиевый кузов — это сущее добро и сплошной «плюс». Ну что ж, как говорится, каждому свое, надеюсь вы после прочтения данного материала не будете одним из таких «знатоков» и перед тем как купить автомобиль с алюминиевым кузовом, взвесите все положительные и отрицательные стороны этого непростого материала.

У каких ауди алюминиевый кузов

Вчера на форуме по А2 решил поднять тему по поводу автомобилей из алюминия. Выяснилось, что их существует в природе не так уж мало (правда по количеству выпущенных серийных авто все равно А2 будет лидером). К сожалению, в основном алюминий привлекает к себе внимание создателей спорткаров. Итак, перечень, все еще не претендующий на полноту:

Artega GT (кокпит, двери и передняя часть из алюминия, крыша и крепеж двигателя — стальные трубки, части каркаса — полиуретан)
Audi ASF (прототип Audi A8 D2)
Audi A2 (ASF=Audi Space Frame)
Audi A8 (ASF)
Audi R8 (ASF)
Audi TT (частично)
Aston Martin DB9
BMW 5er (E60, частично, GRAV)
BMW 6er (E63, частично, GRAV)
Ferrari 612 Scaglietti
Ferrari 360 Modena
Ferrari F430
Honda NSX
Jaguar XJ
Jaguar XKR
Lamborghini Gallardo (ASF)
Land Rover Defender (производится с 1948 года, рама — оцинкованное железо, навесные панели — алюминий )
Lotus Elise
Melkus RS2000
Mercedes SLS AMG
Morgan Aero 8
Opel Speedster
Spyker C8
Tesla Roadster
VW Lupo 3L (частично)

Электромобиль с автопилотом – примерно так можно вкратце описать типичную машину условного 2030 года. Если не произойдет каких-то глобальных сломов трендов, то так оно и будет. Но с одной оговоркой – этот электромобиль, скорее всего, будет еще и алюминиевым. В этой статье вспомним все плюсы и минусы кузовов из крылатого металла и отследим, как он постепенно вытесняет сталь из автопромышленности.

Немного из истории

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.

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 A8 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.

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.

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 рассказывал подробно, 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.

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.

Еще один минус – сложности рециклинга. В век, когда вещи становятся одноразовыми, о переработке задумываются все чаще и чаще. И высоколегированные стали в этом отношении – плохой пример. Цена алюминия мало зависит от его марки, содержание в сплаве ценных присадок сравнительно невелико, а основные характеристики задаются содержанием кремния. При переплавке добавки хорошо извлекаются для дальнейшего использования. К тому же сравнительно мягкий металл хорошо перерабатывается.

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.

В 1994 году начал выпускаться автомобиль Audi A8 (D2) – четырехдверный седан представительского класса. С тех пор он прошел длинный путь: от почти полностью алюминиевого кузова до увеличения доли стали в кузове, а также применения новых материалов — углепластика и магния — в модели Audi A8 (D5).

Audi A8 D2 — алюминиевый кузов

Space Frame

Новизна автомобиля Ауди А8 была в том, что при его разработке впервые применялась концепция пространственной самонесущей конструкции кузова – ASF (Audi Space Frame). Эта концепция продолжалась в последующих моделях Ауди, в том числе, алюминиевом кузове Ауди А2.

Рисунок 1 – Ауди A8 (D2)

Рисунок 2 –Алюминиевый кузов Ауди А8 (Д2)

Сущность этой концепции заключается в том, чтобы максимально снизить вес кузова путем использования в автомобиле преимуществ различных форм алюминиевой продукции:

  • алюминиевых листов,
  • алюминиевых профилей и
  • алюминиевых отливок.

В этой концепции роли различных компонентов самонесущего кузова автомобиля четко разделяются:

  • профили – несут нагрузки;
  • листы – обеспечивают жесткость;
  • отливки – служат соединительными элементами.

Алюминиевый скелет

Самонесущий кузов Ауди состоит из скелетной конструкции, выполненной из полых алюминиевых профилей. Эти алюминиевые профили могут быть прямолинейными или гнутыми (2D или 3D). При необходимости применяют алюминиевые профили с несколькими полостями со специально разработанным поперечным сечением. В самых нагруженных углах и других соединениях элементы кузова обычно соединяются с помощью сложных, тонкостенных алюминиевых узловых деталей. Эти алюминиевые литые детали отливают методом вакуумного литья под высоким давлением.

Рисунок 3 – Покомпонентное изображение
алюминиевого кузова Ауди A8 (D2)

Виды алюминия в кузове

Автомобиль Ауди A8 (D2) выпускался с 1994 по 2002 год. Его алюминиевый кузов имел вес 249 кг (без дверей) – на 200 кг легче стального кузова. Этот алюминиевый кузов включает 334 детали:

  • 47 алюминиевых профилей (14 % веса);
  • 50 отливок (15 %) и
  • 237 листовых штамповок (71 %).

По сравнению с предыдущей — стальной — конструкцией кузова количество отдельных деталей уменьшилось на 25 %.

Первые самонесущие алюминиевые кузова Ауди содержали:

  • Гнутые алюминиевые профили, плоские (2D) и пространственные (3D), из сплава 6060
  • Наружные листовые панели кузова из алюминиевого сплава 6016
  • Внутренние листовые панели из алюминиевого сплава 6009
  • Несущие листовые панели из алюминиевого сплава 5182
  • Литые узловые детали из алюминиевого сплава А356

Для производства алюминиевого кузова первой модели А8 (D2) была характерна низкая степень автоматизации. Сборка кузова производилась примерно на 75 % вручную. Соединения к литым узловым деталям, которые производились сваркой MIG, служили для компенсации допусков.

Термическая обработка кузова

Другой особенностью изготовления кузовов D2 была термическая обработка всего кузова в сборе при 210 ºС в течение 30 минут непосредственно перед окраской. Цель этой операции заключалась в том, чтобы обеспечить необходимую прочность кузова за счет идеального – искусственного – старения профилей и листов сплавов серии 6ххх (AlMgSi).

Однако впоследствии опыт показал, что в отдельной операции термической обработки кузова нет необходимости, и она была отменена уже на следующей модели Ауди с алюминиевым кузовом – Ауди A2. Вместо этого требуемый уровень прочности кузова достигался во время нагрева в печи при операции окраски кузова. Дело в том, что эта операция окраски включает окунание кузова катафорезную ванну и затем обработку его в печи в течение примерно 20 минут при температуре 180 ºС. Этого нагрева оказалось вполне достаточно для эффективного упрочнения алюминиевых сплавов серии 6ххх за счет искусственного старения.

Химический состав алюминевых сплавов

Красным цветом выделены главные легирующие элементы, синим — вспомогательные легирующие элементы и ужесточенные требования по примесям.

Audi A8 D5: возврат к стали

40 % стали

Однако, стало известно [2], что кузов новой модель Audi A8 D5 выпуска 2018 года содержит уже более 40 % стали. Это представляет собой разворот на 180 градусов от почти полностью алюминиевого кузова, разработанного для Audi А8 D2 в 1994 году.

В конструкторском центре компании Ауди Leichtbauzentrum заявили [3], что в будущем не будет автомобилей с полностью алюминиевыми кузовами. В развитии автомобилей особую роль будут играть стали, которые термически упрочняются в закалочных штампах. Эти марки стали обрабатываются при высокой температуре путем нагрева в печи и штамповки в горячем состоянии с применением охлаждаемого инструмента (рисунок 4). Высокая скорость охлаждения в штампе обеспечивает формирование структуры, которая на 100 % состоит из мартенсита. Для повышения закаливаемости эти стали обычно содержат бор.

Дебют магния в Ауди А8

Ауди немного запоздал с применением магния, который другие производители уже применяют в той или иной мере. Магний еще легче алюминия: его плотность составляет всего 1,74 г/см3. Новая модель Ауди А8 уже включает компонент из магния в виде распорки между стаканами передней подвески (рисунок 4). Ее основная цель – увеличивать жесткость на кручение.

Рисунок 4 — Кузов Audi A8 D5 из алюминия, стали, углепластика и магния

Увеличение веса

Поворот от алюминия к стали подтверждают данные об изменении соотношения веса материалов в конструкции кузова Audi A8 (таблица 1). В результате этого, например, вес кузова увеличился до около 280 кг вместо 230 кг у предыдущей модели [3].

Таблица — Изменение состава материалов кузова Audi A8 [3]

Почему больше стали?

В конструкторском центре Ауди называют три причины [2]:

  • Наиболее важной характеристикой автомобиля является его прочность при столкновении (crash strength). Новые повышенные требования к безопасности, а также необходимость дополнительной защиты литий-ионной батареи, потребовали применения высокопрочной горячедеформированной стали для укрепления внутренней «клетки» салона автомобиля.
  • Кроме того, применение стали способствует повышению жесткости кузова на кручение – на 24 % по сравнению со старой конструкцией. Это повышает управляемость автомобилем.
  • Наконец, сталь имеет более благоприятные акустические свойства, снижая шум в салоне автомобиля.

Алюминий остается главным игроком

Алюминий еще насчитывает около 58 % веса кузова Ауди А8 (D5) и применяется в трех основных видах: отливках, прессованных профилях и листах. Литые компоненты образуют главные детали конструкции, а также являются «узлами», к которым прикрепляются другие детали. Несмотря на увеличение веса этой модели по сравнению с предыдущими моделями, новая версия на 40 % легче, чем, если бы она была сделана полностью из стали.

1. The Aluminium Automotive Manual, Европейская Алюминиевая Ассоциация, 2013

Источник https://avtopulsar.ru/alyuminievyj-kuzov-xorosho-ili-ploxo-ishhem-plyusy-i-minusy-ispolzovaniya-alyuminiya-v-avtomobilestroenii/
Источник https://skoda-rapid.ru/avtomobili/u-kakih-audi-aljuminievyj-kuzov/

Интересные статьи

Leave a Comment

X