Автомобили с ДВС и гибриды: история, настоящее, будущее

[Touring]

В этом деле всегда смотрят на сочетание инвестиционных затрат, требуемого темпа, достижимого темпа, точности геометрических параметров, качества поверхности, корозионной стойкости, механической прочности и стойкости к деформации, и возможности ремонта повреждений.

Алюминий ручной выколотки применявшейся в 30-60-х давал почти отсутствующие начальные инвестиционные затраты на оборудование но очень большие затраты ручного труда на выколотку и доводку поверхности, к тому же это были особенно редкие и высоко квалифицированные специалисты. Темп поэтому не мог быть выше очень небольшого. Сборка таких элементов на раму производилась не как со сталью, чтобы исключить электрохимическую коррозию, повреждения устранялись не как с нею. Поэтому кроме совсем уж штучного автоспорта выпустили 152 копии дорожной 206-й машины и всё, дальше только навесные и открывающиеся элементы.

Стеклопластик ручной выкладки применявшейся в 70-х давал маленькие начальные инвестиционные затраты на оборудование, поэтому и был популярен у нишевых производителей типа Lotus, но большие затраты ручного труда на выкладку и доводку поверхности, и подготовку её к окраске. Плюс, эта технология не требовала такой квалификации специалистов как алюминий выше. Темп с нужным качеством поверхности был выше, но также не мог быть превышать определённого. Да, нет проблемы коррозии, ни обычной ни электрохимической, но, сборка таких элементов на раму производилась не как с металлом, ведь не сваришь, повреждения устранялись не как с ним, так как тоже не сваришь.

Когда в Фиате оценили все эти параметры, то вложились в гораздо более дорогие по затратам пресс-формы для автоматизированной штамповки стальных элементов, и выпуск 12,433 машин поколения 308 полностью вернул эти вложения.

 

[Touring]

Высокотиражное использование стеклопластиков долгое время ограничивалось процессами армирования короткими волокнами, из-за простоты и отработанности этой технологии.

Например, американские Форд, GM и Крайслер использовали в 80-х для своих минивэнов панели двери багажника из листового формовочного компаунда (SMC), который компаундируется до этапа прессования. Высокоавтоматизированный процесс соединения рубленого волокна и термореактивного связующего и наполнителей позволяет получить полугибкий лист, который затем используется для прессового формования элемента, который отверждается под воздействием тепла и давления.

Из-за напряжений, возникающих при высокотоннажном прессовании, для изготовления двухкомпонентных форм обычно используется только сталь марки P20. Алюминий и другие более мягкие металлы используются для изготовления прототипов, но имеют значительно более короткий срок службы.

Короткое (2–4 минуты) время цикла и использование стальных инструментальных форм позволяет достигать объемов производства более 500,000 единиц в год.

Высокая размерная стабильность составов SMC и использование прецизионной согласованной оснастки обеспечивают высокостабильные и предсказуемые размеры деталей, что, в свою очередь, позволяет производить сборки с жесткими допусками. Использование прецизионных форм которые можно отполировать до зеркального блеска позволяет получать поверхности класса А, на которые можно наносить финишное покрытие.

Недостатком является то, что ориентацию коротких волокон трудно контролировать, что приводит к большой вариативности прочностных характеристик. По этой причине данные элементы ограничены не конструкционными применениями.

 

[Touring]

В Европе, дверь багажника массового Фиата Типо образца 1988-го была изготовлена путем заполнения формы тестообразным формовочным компаундом (DMC), состоящим из термореактивного первичного ненасыщенного полиэфирного связующего с добавлением катализаторов и ингибиторов, и коротких волокон. Данный метод по сравнению с SMC обеспечивал меньше дефектов поверхности, ещё более короткое время цикла и более низкие трудозатраты. Недостаток, тот же.

 

[Touring]

Следующий по способности обеспечить невысокое время цикла процесс, впрыскивания двухкомпонентного реактивного полимера в форму под давлением (RIM).

Двухкомпонентные термореактивные полимеры, обычно используемые в нём, это дициклопентадиен (DCPD) и полиуретан (PUR). Также возможно добавление рубленых армирующих материалов.

Для этого процесса обычно используются двухкомпонентные алюминиевые формы, ради снижения стоимости оснастки можно использовать никелевые оболочки.

Короткое (4–6 минут) время цикла и использование обработанного алюминия позволяют поддерживать объём выпуска более 10,000 единиц в год.

Применяемые материалы, в частности DCPD, демонстрируют очень стойкость к ударным воздействиям. Использование прецизионных согласованных форм и свойства материалов позволяют создавать поверхности класса А, на которые можно наносить финишное покрытие. Низкая вязкость применяемых компонентов и использование металлических форм позволяют формовать различные элементы, сокращая или исключая необходимость во вторичных операциях механической обработки.

Также не подходит для структурных применений.

 

[Touring]

Процесс, пригодный для структурных применений, это трансферное формование (RTM), в его рамках армирующий материал помещается в форму вручную. Затем она закрывается, и одним из трёх методов, впрыскивания, инфузии или вакуумной вытяжки, в неё вводится связующее.

Ручной характер процесса позволяет использовать практически любой армирующий материал, как рубленый с короткими волокнами, так в виде тканых листов или матов с длинными. Аналогичным образом можно варьировать смесь связующего и катализатора, для достижения идеального результата. Формы могут быть изготовлены как из композитных материалов так и из алюминия. Детали, изготовленные этим методом, могут иметь очень качественную поверхностье с обеих сторон, обычно для улучшения её качества на формы наносят гелевое покрытие.

По сравнению с процессами формования в открытых формах, такими как ручная выкладка и распыление, здесь обеспечивается более точный контроль размеров, особенно толщины. Это достигается благодаря использованию оснастки с закрытыми, взаимно подобранными формами. Размер детали ограничен только возможностями изготовителей пресс-форм. Данный процесс используется для производства особо крупных элементов, которые было бы сложно изготовить с использованием любого другого.

Использование алюминия вместо композитов для пресс-форм позволяет улучшить качество поверхности и значительно продлить срок службы форм, до более чем 20,000 циклов. Закрытые формы, используемые здесь, позволяют формовать элементы непосредственно на обеих сторонах, с невысокими допусками.

Размещение армирующих волокон вручную перед заполнением связующим позволяет точно оптимизировать эксплуатационные характеристики элементов. Дополнительные (или же иные по типу) волокна можно расположить очень точно, например, в областях, подверженных повышенным нагрузкам.

Есть множество способов подачи связующего в закрытую форму в рамках этого процесса, два наиболее распространённых, под высоким давлением, и вакуумной инфузией, последняя устраняет необходимость в высокотоннажном оборудовании для удержания формы в закрытом состоянии, и позволяет изготавливать элементы практически где угодно.

Одним из вариантов литья под давлением является использование камеры, которая вставляется в форму и надувается перед заполнением её связующим. Этот процесс используется для создания компонентов с внутренними полостями.

 

[Touring]

В 1989-м Фиат опробовал на малосерийной Альфе SZ/RZ капот ракушечного типа, крышку багажника, панели крыльев, бамперы и пороги сформированные путём заполнения формы термореактивным метакриловым связующим Modar от ICI.

Панель крыши купе, алюминий, задний аэродинамический спойлер, углепластик.

Силовая основа машин, штампованно-сварная сталь.

 

[Touring]

Изготовлением большинства стеклопластиковых элементов занималась Carplast в Италии. Выкладка матов из длинных волокон в формы, ручная.

 

[Touring]

Капоты поставляла Stratime, из Франции.

 

[Touring]

В 1994-м Фиат опробовал на среднесерийных Альфе GTV/Spider капот ракушечного типа, полученный путём формования из полиэстерного связующего со стекловолоконными матами (KMC), на то время это была самая большая цельная композитная деталь на серийном автомобиле. Причина, изготовление детали такой формы из стали или алюминия путём прессования приводило к слишком высокому проценту брака.

Он состоял из внешней облицовки, с высокими эстетическими характеристиками и высоким уровнем пластичности (класс поверхности А, то есть внешний вид, аналогичный листовому металлу, достигаемая точность размеров 0.4 мм на метр), и внутренней структурной части, с высокими прочностными характеристиками, устойчивой к повышенным температурам.

Две этих части были склеены между собой структурным эпоксидным двухкомпонентным адгезивом, обеспечивающим высокую жесткость и размерную стабильность. Конструкция обеспечивала высокую ударопрочность и, в частности, способностью поглощать незначительные удары без повреждений. При падении на него объекта массой 1 кг с высоты 2 метра он оставался неповрежденным, в то время как листовой металл повреждался. К тому же, он не был подвержен коррозии.

Масса такого капота составляла около 30 кг, что привело к необходимости использования двух телескопических азотонаполненных опор. Нижние панели передних крыльев изготавливались из полиуретана (PUR RIM процесс).

 

[Touring]

На ней же применили вместе с передним Макферсоном заднюю двухрычажную подвеску типа в колесе.

В модифицированном, 4-рычажном варианте, с разделением пружины и амортизатора, с дополнительной верхней тягой контроля схождения, и отдельными нижними рычагами. Система на уровне задней 5-рычажной Бенца, но, с фокусом не на величину рабочего хода, уровень оттягивания колеса назад на неровностях и увеличения за счёт этого комфорта, а на скорость отклика.

Она была разработана Джанклаудио Травальо из Фиата.

На каждый градус угла крена с ней приходится полградуса прироста отрицательного развала, в то время как на каждые 100 кг боковой силы в повороте приходится только один градус отклонения колеса. Изначально это обеспечивает очень небольшой эффект противо-подруливания, но если вы идёте с большими значениями g и кренами, происходит переход к синфазному подруливанию. На начальном этапе поворота центробежная сила создают небольшой эффект подруливания задних колёс в направлении, противоположном направлению поворота передних. Затем, по мере нарастания центробежной силы в повороте, задние колёса начинают поворачиваться в том же направлении, что и передние. В результате достигается большее ввинчивание в поворот первом этапе и повышенная устойчивость на последующих.

Чтобы закрепить рычаги амортизаторы и пружины такой подвески максимально жёстко, понадобился недешёвый пространственный подрамник, его выполнили из алюминия.

Он был не плоским, а трёхмерным.

За счёт такой задней подвески машина обладала приличной устойчивостью. К тому же, посадка водителя по центру колёсной базы, и её сравнительно небольшое значение, 2.54 метра, улучшали качество реакций и скорость отклика. В общем, Golf GTI и прочие Peugeot 306 с их задними торсионными балками на фоне этой машины были совсем дубовым.

Но на фоне заднеприводных машин с продольной компоновкой агрегатов типа Е36 всё портил передний привод исходного Фиата Типо, применявшийся ради использования его силовой основы кузова (хоть и сильно упрочнённой), передней подвески Макферсон (хоть и переработанной в части опор) и поперечных коробок, не дававший реализовать потенциал альфовских моторов V6. Поперечная типовская компоновка агрегатов, с двигателем висящим над передней осью, высоко, не только избыточно нагружала переднюю ось, и разгружала заднюю, но и вдобавок приводила к повышенном полярному моменту, и повышенным кренам.

 

[zopuh]

Веселая машина была, хоть и очень странная ))