Сегодня в мировом автомобилестроении просматриваются тенденции замены двигателей и рамы из черных металлов на алюминиевые или из алюминиевых сплавов.
Легкость автомобилестроениЯ
ЛЕГКОСТЬ АВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЯ
Сегодня в мировом автомобилестроении
просматриваются тенденции замены двигателей и
рамы из черных металлов на алюминиевые или из
алюминиевых сплавов.
По данным фирмы Аlkoа (США), автомобильный
рынок во всем мире поглощает 4,5 млн. т алюминия в
год, в том числе в Северной Америке 1,8 млн. т. И на
протяжении последних 50 лет в США прослеживается
постоянная тенденция увеличения использования
алюминиевых сплавов в производстве автомобилей.
Так, в американской автопромышленности в 1956 г. на
один автомобиль (без учета двигателя и коробки)
приходилось 15,7 кг алюминия, в 1962 г. – 30,3 кг, 1972 г. –
45,1 кг, 1982 – 64,4 кг, 1992 г. – 84,2 кг, 2000 г. – 110 кг, 2001 г. –
120 кг. Практически та же тенденция и у ведущих
европейских автопроизводителей. Доля
алюминиевых сплавов в кузовах BMW, VOLVO, VW, Renault, Citroen
и др. составляет 9-10%. Применение алюминиевых
сплавов в автомобилестроении ведет за собой
использование авиационных технологий. Создание
алюминиевого автомобиля является серьезным
сдвигом в мировой автомобильной промышленности,
вызывающим принципиальные изменения в
технологии и организации производства. Взамен
традиционной листовой штамповки и точечной
сварки стали приходят новые технологии, более
характерные для авиационной промышленности.
Преимущества "алюминиевого"
автомобиля
По зарубежным прогнозам в ближайшие годы
сталь может потерять свои позиции в
автомобилестроении, поскольку многие новые
модели автомобилей проектируются с алюминиевым
каркасом и кузовом. Исследования и практика
эксплуатации автомобилей AUDI (с алюминиевым
кузовом) показывают, что алюминиевые
пространственно-рамные конструкции дешевле по
сравнению со стальными при малых и средних
объемах выпуска (60-80 тыс. единиц в год), а в
дальнейшем возможен рост до 120 тыс. единиц в год.
Стимулом к применению алюминия в
автомобилестроении является экономия веса и
топлива. По расчетам фирмы Hydro Aluminum (Норвегия), 100
кг алюминиевых сплавов в автомобиле может
заменить 200 кг стали, и за счет уменьшения массы
машины обеспечивает экономию 0,005 л топлива на 1 км
пути. При пробеге автомобиля 15 тыс. км/г на
четвертом году эксплуатации исходные затраты
энергии на производство металла (алюминий – 40
тыс. кВт·ч/т, сталь – 10 тыс. кВт·ч/т) становятся
сравнимыми без учета рециклирования металла, а
при рециклировании 80% металла они сравниваются
уже в конце первого года. При этом за 15 лет
эксплуатации автомобиля экономия энергии в 8 раз
превышает ее расход, связанный с производством
алюминия. Создание алюминиевого автомобиля –
это не просто замена стальных листов и профилей
на алюминиевые. Все намного сложней.
Эффективные конструкции автомобилей из
алюминиевых сплавов предлагает компания Hydro
Aluminum, Аlkоа и др. Новая концепция конструкции
автомобильных кузовов включает в себя
пространственную раму, т.е. мы практически
возвращаемся к рамным конструкциям первого
поколения автомобилей. Однако принципиальное
технологическое отличие новой концепции от
первых автомобилей заключается в том, что
современные рамы собирают из прессованных
профилей из алюминиевых сплавов, соединяя их в
структурные модули, образующие при последующей
сборке несущую конструкцию автомобиля. Это
позволяет обеспечить уменьшение массы
автомобиля на 30-50% по сравнению с автомобилями
аналогичного класса стальной конструкции, с
технологической точки зрения упрощается
технология сборки и уменьшается количество
технологической оснастки, а следовательно, и
затраты на производство.
Автомобили рамной конструкции из
профилей алюминиевых сплавов имеют повышенную
безопасность. Испытания таких автомобилей,
проведенные фирмой Renault, показали, что автомобиль
пространственной конструкции из алюминиевых
сплавов дал результаты лучше, чем со стандартным
стальным вариантом. При лобовом ударе на
скорости 50 км/ч автомобиль алюминиевой
конструкции получил деформацию на 20% меньше, чем
серийная машина, при полном отсутствии
деформации пассажирского салона. Способность
поглощать энергию удара при уменьшении пути
деформирования особенно важна для
малогабаритных автомобилей с характерным для
них ограниченным пространством, которое может
служить "зоной раздавливания".
Весьма важным моментом в автомобилях,
собранных из алюминиевых прессованных профилей,
является возможность значительной
функциональной интеграции. В прессованных
профилях можно сформировать кронштейны,
направляющие элементы для монтажа других
деталей, каналы для прокладки электропроводки и
т.п. Это уменьшает номенклатуру деталей,
сокращает трудоемкость сборочных операций,
уменьшает материалопотоки в производстве.
Применение новых технологий
Эти технологии на сегодняшний день не
только теория, но и реальность. Только в Европе
существует уже целый ряд алюминиевых авто. Это
прежде всего AUDI A-8, A-2, MERCEDES-S класса, "Купе"
BMW-Z8 и целый ряд дорогих спортивных автомобилей. В
США фирма "Форд" строит новый завод в
Питсбурге для сборки каркасно-профильных авто
модели "Таурас". Азиатские
автопроизводители уже представили алюминиевые
концепты на разных автосалонах.
Это все касается так называемого
"алюминиевого" автомобиля.
А что же серийные "железные"
авто?
Алюминиевые сплавы эффективно
применяются для изготовления различных
элементов конструкций автомобиля. Наиболее
характерными агрегатами, где целесообразно их
применение, являются следующие:
Элементы подвески. (С 1997 г. Volkswagen В-5 в
серийной комплектации выпускается с
алюминиевыми рычагами подвески (сплав системы
Al-Mg). Рычаги прекрасно зарекомендовали себя в
Европе и Америке, хотя при эксплуатации в Украине
рычаги подвески больше 30 тыс. км "не ходят".
Но, на наш взгляд, это вопрос не рычага подвески, а
покрытия наших дорог или, скорее, отсутствия
такового. Лучший автомобиль SIA2002 – BMW-745 имеет
задний мост и переднюю подвеску из алюминиевого
сплава системы Al-Mg).
Навесные элементы. (Капоты, обшивка
салона и двери, изготавливаемые из листа.
Требования к механическим и технологическим
свойствам (прочность, формуемость, чистота
поверхности) отличаются для внешних и внутренних
деталей, но требования к уровню сопротивляемости
коррозии одинаковы. Для этих целей применяются
сплавы системы Al-Mg серии 5ххх, которые имеют
хорошие механические и технологические
характеристики и высокий уровень
сопротивляемости общей и точечной коррозии.
Навесные панели обычно защищают лакокрасочными
органическими покрытиями. Серийные авто с
алюминиевыми навесными элементами – Renault, Volkswagen,
Volvo, BMW, Opel, AUDI, Honda и др. В мире не осталось ни одного
автопроизводителя, в модельном ряду которого не
было бы хоть одной модели с алюминиевыми
навесными элементами).
Элементы пассивной безопасности. (Здесь
профили из алюминиевых сплавов применяются
наиболее широко, давно и всеми
автомобилепроизводителями, включая российских.
Как уже отмечалось, алюминий имеет способность
поглощать энергию удара при уменьшении пути
деформации. Бамперы, их крепления и арматура
требуют значительной прочности. Используются
сплавы системы Al-Zn, а также сплавы системы Al-Si.
Диски колес из сплава системы Al-Si давно вошли в
моду во всем мире. Как потребители можем также
отметить, что, к сожалению, они не используются в
украинских автомобилях).
А что же в Украине? В дни работы SIA-2002
состоялась презентация нового украинского
автобуса А079 "Эталон", созданного на базе
индийского автомобиля "ТАТА". Не будем
дискутировать о целесообразности использования
технологий cтран третьего мира. Скажем только,
что в достаточно комфортном салоне авто
оказалось, что все поручни выполнены из стальной
трубы. Авторы далеки от мысли, что производители
"Эталон авто" на Бориспольском автозаводе
не хотели бы выполнить поручни из алюминиевой
трубы, но ее в Украине нет.
В отечественном автомобилестроении
целесообразно использовать уже имеющийся опыт
работ по применению высокоточных труб для
радиаторов и отопителей легковых автомобилей,
цельноалюминиевых бортовых и самосвальных
платформ, полуприцепов рефрижераторов и
фургонов различного назначения.
Представляет интерес использование
высокопрочных и жаропрочных отечественных
алюминиевых сплавов 01959, 01969, 01419. 01435 для
изготовления шатунов, шестерен, глушителей,
выхлопных патрубков и т.п.
Учитывая перспективы развития
автопроизводителей ЗАЗа, КрАЗа, ЛАЗа, ЛуАЗа и
целого ряда нововозникающих предприятий, вновь
остро встает вопрос о создании собственного
производства полуфабрикатов из алюминиевых
сплавов, в том числе для нужд автопромышленности.
Мировой опыт и тенденции развития
показывают, что алюминий и его сплавы широко
применяют в автомобилестроении, и объемы их
применения непрерывно растут.
В отечественной автомобильной
промышленности применение алюминия и его
сплавов скромнее, чем в зарубежном
автомобилестроении. Прочно прослеживается
тенденция отставания, в т.ч. и от стран третьего
мира. (Реэкспортные технологии сборки). Только
применение современных материалов и технологий
позволит изменить данную тенденцию.
Целесообразно разработать и создать
программу применения алюминия и его сплавов в
отечественном автомобилестроении, увязав
законодательно и экономически интересы сторон,
участвующих в этой отрасли промышленности.
Рис. 1 Экономия энергии при
применении алюминиевых сплавов в автомобиле