Законодавчі обмеження викидів шкідливих речовин змушують автовиробників шукати все нові і нові засоби зниження витрати палива. Одним з напрямків є зменшення маси автомобіля. Великий автомобіль має свої переваги - насамперед в безпеці і комфорті. Але вектор розвитку змінився в напрямку економії і екології. Тому увагу споживача звертається на переваги легкого автомобіля: його простіше розігнати і зупинити, їм легше управляти, при ДТП він завдає меншої шкоди іншим машинам. Зниження ваги автомобіля на кожні десять відсотків дає паливну економію в шість відсотків.
Противники стверджують, що застосування алюмінію і вуглепластика підвищує вартість машини і виробники, таким чином, більше дбають про свій прибуток. А виробництво того ж алюмінію далеко не екологічно, і зводить нанівець зниження викидів автомобілів.
Але факт залишається фактом: всі великі автоконцерни взяли курс на зниження маси. І в першу чергу це стосується кузова. Його полегшена конструкція означає можливість застосування більш компактних гальмівної системи і двигуна, паливного бака меншого розміру і так далі.
Полегшення кузовів йде по декількох напрямках: оптимізація структури кузова, застосування легких матеріалів і впровадження нових виробничих процесів. До останніх відносяться, наприклад, технології зварювання лазером, тертям, або способи виготовлення деталей методом гарячого штампування або гидроформовки.
Полегшені матеріали сучасних кузовів машин
Основні матеріали для виробництва сучасних кузовів - це надміцні сталі і алюміній. Причому, міцність сталі за останні два десятки років зросла в рази, а алюмінієвих сплавів - на чверть. Більш широке застосування алюмінію стримує його висока ціна. Але такі гіганти як Audi, BMW, Mercedes все більшу увагу приділяють розробці та впровадженню композитних матеріалів.
Композит - матеріал, що складається з армуючого і сполучного компонентів. Армуючий надає деталі міцність і жорсткість, а сполучний - потрібну форму. Важливою умовою є розташування армуючих волокон строго в напрямку прикладеного навантаження. Якщо ж сила буде направлена поперек волокон, композит не витримає. Тому якщо напрямки яких докладають навантажень відомі, то, змінюючи положення волокон, легко можна створити деталь з потрібними характеристиками.
Композити мають кращі показники жорсткості та міцності, ніж високоміцна сталь. При ударному стисненні труба з армованого пластика не мнеться, як сталева, а повністю руйнується. Питома енергія, що поглинається вуглепластиком, при цьому вчетверо вище. Чому ж такий ідеальний з усіх точок зору матеріал до сих пір широко не застосовується при створенні кузовів? Причин кілька: висока ціна, низька технологічність, немає істотного виграшу у вазі. Наприклад, в вуглепластика небажано свердлити отвори, так як міцність від цього падає набагато більше, ніж у сталі.
Але, як видно, технологічний прорив станеться саме в композитних матеріалах. У BMW, наприклад, вважають, що несучі обшивки цілком можна виготовляти з двох тонких композитних аркушів, простір між якими заповнено алюмінієвими сотами або спіненим полімером. Капот для М3, виготовлений за такою експериментальної технології, важить всього 5 кг! Поки ж з композитів виготовляють менш навантажені елементи, наприклад, різного роду кронштейни. При тій же міцності вони виходять набагато легше сталевих і алюмінієвих. Вуглепластикові гальма вдвічі легше сталевих, але набагато дорожче, а головне, ефективні тільки після розігріву.
Резерви зниження ваги інженери знаходять не тільки в кузові. Наприклад, інженерам Форда вдалося знизити навіть вага пластика! Суть ідеї в тому, щоб при виробництві пластикових деталей проводиться ін'єкція бульбашок газу: вони створюють структуру, схожу з пористим шоколадом. Завдяки крихітним «порожнім» просторів деталь стає легше без втрати цілісності.
А тепер - тільки факти, що наочно ілюструють винахідливість фахівців в питанні зниження ваги (без зазначення конкретних моделей і виробників).
Магній, застосований в конструкції рульового колеса, заощадив 400 грам. У коробці передач заміна окремих алюмінієвих деталей магнієвими відняло 760 грам. Оптимізація розташування проводки допомогла зменшити її довжину і заощадити 2,68 кг, пластикові кошики і неодимові магніти динаміків акустичної системи зберегли ще кілограм. Комбінація алюмінієвої маточини і чавунного диска дозволила знизити масу на 20% в порівнянні зі сталевими гальмами. Вставки зі спіненого полімеру привели до зниження ваги колеса на 1,5 кг.