Статьи

Примечание редактора: Первая из серии статей о положении дел со снижением веса автомобиля в европейских странах была напечатана в нашем журнале в октябре 2002г. Наша задача – познакомить читателя с материалами по этой проблеме, опубликованными на разных европейских языках. Настоящая статья знакомит с недавно опубликованными в европейских технических журналах материалами. Снижение веса - не единственный путь к повышению экономичности легкового автомобиля и легкого грузовика. Давайте вспомним и о совершенствовании конструкции трансмиссии, улучшении аэродинамики кузова, снижении трения колес. Но любое направление должно быть экономически выгодным. Перед поставщиками стали, пластмасс, и, конечно же, легких металлов США, Азии, и Европы эта проблема стоит постоянно. Важная тенденция мирового автомобильного рынка - возрастание веса и размера автомобилей за счет повышения их комфортабельности и усиления мощности двигателя, и Европа не является здесь исключением. Прекрасным примером может послужить динамика немецких Гольфов компании Фольксваген – с первую по 4 модель (1974-1998гг.) их вес вырос на 315кг., в т.ч. на 250 кг увеличился вес шасси, на 30 кг - оборудования, на 15 кг - двигателя, а 20 кг пошло на повышение звукоизоляции, средства пассивной безопасности, и устройства против загрязнения окружающей среды. Снижение веса за счет пластиков Хорошее решение по снижению веса Гольфа 4 предложено компанией Dow Chemical при монтаже цельного передка автомобиля, т.е. воздуховодов, опоры радиатора, замков капота, и фиксаторов фар. Она предложила склеивание передка с помощью армированного волокном полипропилена (ПП), и применение листовой штамповки, для которой не требуется плазменной обработки поверхности для улучшения качества склеивания. Разработанный ей клей LESA обеспечивает прочное соединение таких материалов, как ПП без дополнительной клепки. Испытания, при 23, 85 и -40°C показывают повышение жесткости на 30-100%. Другие плюсы этой технологии - снижение вибрации, снижение веса детали на 20%, и снижение себестоимости. Еще одним решением по снижению веса с помощью композитов на основе термопластов для европейского рынка автомобилей является применение готовых двери, "с начинкой". Примером является новый Форд Фиеста, где внутри двери находятся стеклоподъемники, замки, задвижки, противоугонные устройства, регулятор бокового зеркала, динамики, элементы модуля энергопоглощения при столкновении, провода освещения и др. Такой подход оказывается рентабельным. Применение полипропилена, армированного стекловолокном (StaMax P), при толщине стен дверей 2.0-3.0 мм оказывается на 50% легче, чем из листовой стали толщиной 0,8 мм. Снижение веса за счет алюминия и магния Полезные свойства алюминия все шире и шире используются европейскими автомобилестроителями, и среднегодовой рост применения алюминия в автомобилестроении составляет около 10%, а магниевого литья - 20%. Новые деформируемые магниевые сплавы открывают рынки экструзии магния, листовой штамповки и ковки4. Что касается европейских автомобилей с применением алюминия, т в качестве примера удачного применения алюминиевой стержневой рамы кузова можно привести автомобиль Ауди A8. С 1994г. выпущено более 100 тыс. Ауди. Новая Ауди A8 "одета" в алюминиевый кузов из специального противоударного алюминиевого листа Пешине. Рама представляет собой комбинацию алюминиевого литья, экструзии, и штамповок. Новая Ауди A8 оборудована 6-литровым двигателем W12 мощностью 420 л.с., вместо которого можно установить два дизельных двигателя из алюминия V8 с турбонаддувом. Максимальная скорость - 280 км/час (установлен электронный ограничитель), а до 100 км/час автомобиль разгоняется за 6,3-7.3 сек. в зависимости от двигателя5. Сегодня применение алюминия в европейских автомобилях возросло до 95кг. а к 2015г. оно должно достичь 200кг. Следствием станет устойчивость алюминия в цепочке срока его службы, особенно с учетом будущих изменений в номенклатуре алюминиевой продукции. Сегодня рециклинг автомобильного алюминия в Европе составляет 95%. Поскольку на получение вторичного алюминия идет лишь 5% энергии по сравнению с первичным алюминием, рост применения алюминия в европейском автомобиле зависит от правильного подхода к сроку его службы, и предполагает рост использования в европейских автомобилях деформируемых и высокочистых литейных сплавов вместо стандартного литья. В 1997г. европейская автомобильная промышленность потребила 1 млн. т. первичного и вторичного алюминия. В ближайшем десятилетии ей потребуется уже 2,3млн.т. алюминия, и роль рециклинга возрастет. Анализ потоков автомобильных алюминиевых ломов в 1997г. и прогноз для стран ЕС на 2015г. говорит о том, что от господства алюминиевого литья в 1997г. к 2015г. мы придем к ситуации, когда деформируемые сплавы и литье составят лишь 50% всего алюминия. С целью улучшения рециклинга внедряются новые технологии отделения алюминиевого литья и деформируемого алюминия6. Проведенное в 2001г. исследование рынка магниевого литья для автомобилей говорит о его росте на 26% по сравнению с 1991г., причем 85-90% изделий идет в автомобилестроение. В 2000г. североамериканский спрос на магниевое литье по сравнению с 1999г. снизился, хотя спрос в странах Eвропы и Азии продолжает расти и к концу 2002г. должен был превзойти спрос стран Северной Америки. Мировой спрос на первичный магний, оценивался в 2000г. в 400 тыс. т. Быстрый рост китайского производстве магния за последние 5 лет дестабилизировал рынок и привел к сокращению мощностей на Западе. Внедрение новых магниевых сплавов, конкурирующих с алюминиевым сплавом AA380 для автомобильной трансмиссии, новые технологии литья (новое реологическое литье (NRС), Thixomolding, Thixomag) и оптимизация рециклинга будут способствовать росту применения магния в автомобилестроении7. Снижение веса за счет стали Применение новых высокопрочных сталей (AHSS) для снижения веса автомобиля, в основном, для дверей, крышки багажника и капота предлагают многие сталелитейные компании. Прочность таких сталей составляет 300-800 МПа, и такой более легкий и тонкий стальной лист можно использовать вместо обычного низкоуглеродистого листа прочностью 175-200 МПа. Кроме высокопрочных сталей для снижения толщины, предлагаются и стальные сэндвич-панели, обладающие более высокой жесткостью. Недавно номенклатура стальных сэндвич-панелей была пополнена французской сталелитейной компанией Usinor8. Панели Usiconfort состоят из 2 стальных листов толщиной 0,2-0,15мм., между которыми находится вязкоупругое полимерное ядро толщиной 25-45 микрон. Они обеспечивают хорошую шумо- и виброизоляцию, а также некоторое снижение веса. В зависимости от частоты вибрации и температуры достигается снижение шума на 2-10 децибел. Другая панель компании Usilight из 2 стальных листов толщиной 0,25 мм и полимерным ядром толщиной 0,4-0,8мм предназначена для снижения веса кузова. Штампованные изделия Usilight обладают повышенной сгибаемостью и жесткостью на кручение и при этом на 35% легче обычных стальных листов. Температурные ограничения этих изделий составляют 160-200°C. Библиография 1. Haberbusch, M. (PSA Peugeot Citroen), "Problems of Lightweighting of Automotive Vehicles in a Competing Context in Terms of the Product, Benefit, and Technology," Ing. Automob., Oct. 2002, No. 756, p. 71-73 (in French). 2. Naughton, P., J. Rottger, B. Bowser, and J. Buisson (Dow Automotive), "A New Approach to the Front End," Ing. Automob., Oct. 2002, No. 756, p. 76-81 (in French). 3. Schijve, W. (DSM Research Geleen, the Nether­lands), "Developments in Thermoplastic Door Mod­ules," Ing. Automob., Oct. 2002, No. 756, p. 82-86 (in French). 4. Casella, E., "Growth of Interest in Light Alloys," Riv. Mecc. Oggi, Sept. 2002, No. 13, Vol. 57, p. 156-158 (in Italian). 5. Anon., "Audi A8: An Avalanche of Technologies," Ing. Automob., Nov.-Dec. 2002, No. 757, p. 30-32 (in French). 6. De Gelas, B. (European Aluminum Association, Brussels), "Recycling of Aluminum in the Automobile Chain in Europe," Fonderie Fondeur Aujourd'hui, Nov. 2002, No. 219, p. 30-35 (in French). 7. Anon., "Market and Technologies for Magnesium: Evolution of Pressure Die Casting and Automobile Applications," Fonderie Fondeur Aujourd'hui, Mar. 2002, No. 213, p. 38-48 (in French). 8. Anon., "Steel Sheet Metal Sandwich: A New Re­sponse to Lightweighting Requirements," Ing. Automob., Oct. 2002, No. 756., p. 68-69 (in French).