Ауди А8: алюминий и сталь

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

Крис Рунге и его самодельные автомобили из полированного алюминия

Крис Рун­ге (Chris Runge) в про­шлом про­фес­си­о­наль­ный сно­убор­дист. В 26 лет решил кар­ди­наль­но сме­нить свою дея­тель­ность и посвя­тить себя люби­мо­му делу – созда­нию спор­тив­ных авто­мо­би­лей в вин­таж­ном сти­ле. Впо­след­ствии он создал ком­па­нию « RÜNGE Cars », кото­рая спе­ци­а­ли­зи­ру­ет­ся на изго­тов­ле­нии на заказ авто­мо­би­лей руч­ной рабо­ты. Исполь­зу­ют­ся тех­ни­ки тра­ди­ци­он­ной руч­ной фор­мов­ки алю­ми­ни­е­вых листов и уста­нов­ки их на супер лёг­кую раму из алю­ми­ни­е­вых труб.

Становление мастера

Сколь­ко себя пом­нит, Кри­сто­фер все­гда увле­кал­ся авто­мо­би­ля­ми, посто­ян­но что-то кон­стру­и­ро­вал и стро­ил. С под­рост­ко­во­го воз­рас­та Крис под­ра­ба­ты­вал стро­и­те­лем и хоро­шо изу­чил кон­струк­тив­ные осо­бен­но­сти кар­кас­ных домов. Потом он начал зани­мать­ся ремон­том авто­мо­би­лей и их про­да­жей. В 14 лет Крис купил пикап GMC 1951 года, что­бы отре­мон­ти­ро­вать и про­дать. Поло­ви­ну сто­и­мо­сти он нако­пил сам, а поло­ви­ну опла­тил его отец. Потом он начал поку­пать ста­рые VW Bug и Karmann Ghias. К 18 годам Крис Рун­ге при­об­рёл свой пер­вый Porsche 911 за более низ­кую сто­и­мость, под восстановление.

В 2011 году Крис нашёл по объ­яв­ле­нию Porsche 912 1967 года в Южной Дако­те. Вла­де­ли­цей была вдо­ва. Её муж был инже­не­ром, про­фес­си­о­наль­ным фор­мов­щи­ком метал­ла. Маши­на была зава­ле­на мно­же­ством инстру­мен­тов и зап­ча­стей. Сре­ди инстру­мен­тов были сва­роч­ный аппа­рат, ста­нок Англий­ское коле­со, раз­лич­ные молот­ки и дру­гие руч­ные инстру­мен­ты, пред­на­зна­чен­ные для фор­мов­ки метал­ла. Крис дав­но хотел попро­бо­вать фор­мов­ку листо­во­го метал­ла, но у него не было спе­ци­аль­но­го обо­ру­до­ва­ния. Он дого­во­рил­ся с хозяй­кой, что купит маши­ну вме­сте со все­ми инстру­мен­та­ми и запчастями.

Так появи­лось жела­ние начать делать свой соб­ствен­ный авто­мо­биль. У Кри­са было пони­ма­ние того, что он хочет сде­лать, но не было нуж­ных зна­ний и умений.

С того само­го момен­та, всё сво­бод­ное вре­мя Крис про­во­дил в мастер­ской. Он пытал­ся разо­брать­ся, как фор­му­ет­ся алю­ми­ний, изу­чая прин­цип рабо­ты раз­лич­ных инстру­мен­тов. Крис купил кни­ги по фор­мов­ке метал­ла, дизай­ну и изго­тов­ле­нию кузо­вов спор­тив­ных авто­мо­би­лей. Он научил­ся пони­мать свой­ства и дви­же­ние метал­ла во вре­мя фор­мов­ки. Он обна­ру­жил, что в неко­то­рых кни­гах не пра­виль­но опи­са­ны про­цес­сы фор­мов­ки. Мето­дом проб и оши­бок Крис до все­го дошёл сам. Свар­ка алю­ми­ния была одной из самых слож­ных задач для него. У него был сва­роч­ный аппа­рат MIG , кото­рым доста­точ­но слож­но делать каче­ствен­ный шов на алю­ми­ни­е­вых панелях.

Первую маши­ну Крис сде­лал за 2200 часов (2 года). Его друг пред­ло­жил ему выста­вить само­дель­ный авто­мо­биль в Мин­не­со­те, на мест­ной авто­мо­биль­ной выстав­ке. Крис был удив­лён повы­шен­ным инте­ре­сом людей к его авто­мо­би­лю, изго­тов­лен­но­му пол­но­стью вруч­ную. Отзы­вы были раз­ны­ми, кто-то был вос­хи­щён, кто-то кри­ти­ко­вал, но это опре­де­лён­но вызы­ва­ло бурю эмо­ций. В ито­ге, у Кри­са сра­зу появил­ся заказ­чик. Одни из посе­ти­те­лей выстав­ки попро­сил сде­лать для него похо­жий автомобиль.

Кри­су все­гда нра­ви­лись авто­мо­би­ли Porsche. Маши­ны Porsche сна­ча­ла понра­ви­лись Кри­су фор­мой кузо­ва, потом он спол­на оце­нил ходо­вые каче­ства авто­мо­би­лей этой мар­ки. Он изу­чил исто­рию ком­па­нии. Ему понра­вил­ся немец­кий под­ход к дизай­ну и дотош­ность к тех­ни­че­ским каче­ствам. Всё это резо­ни­ро­ва­ло с его пони­ма­ни­ем авто­мо­би­ле­стро­е­ния. Впо­след­ствии, он исполь­зо­вал боль­шин­ство дета­лей для созда­ния сво­их авто­мо­би­лей от Porsche.

Одна­жды Кри­сто­фе­ру посчаст­ли­ви­лось позна­ко­мить­ся с опыт­ным масте­ром, кото­рый изго­тав­ли­ва­ет неболь­шие само­лё­ты. В ито­ге, он про­ра­бо­тал с ним 2 года. Это был насто­я­щий про­фес­си­о­нал сво­е­го дела. Он научил Кри­са цен­ным тех­ни­кам и кон­цеп­ци­ям фор­мов­ки метал­ла и дизайна.

Как рас­ска­зал Кри­сто­фер в одном из интер­вью, сей­час он на любую маши­ну смот­рит, слов­но ска­ни­руя её и дос­ко­наль­но пони­мая кон­струк­цию пане­лей, каж­дый изгиб.

Мастерская и заказы

На дан­ный момент « RÜNGE Cars» — это мастер­ская раз­ме­ром все­го 120 квад­рат­ных мет­ров, рас­по­ло­жен­ная в деревне у леса в Мин­не­со­те. Кри­сто­фе­ру все­гда нра­ви­лись маши­ны 50‑х (Porsche, Glöckler и Rometsch). Они вдох­нов­ля­ли его на созда­ние чего-то ново­го в этом сти­ле. Ему нра­ви­лось, что эти маши­ны были созда­ны после Вто­рой Миро­вой Вой­ны, когда не было боль­ших воз­мож­но­стей в авто­мо­би­ле­стро­е­нии. Он так­же начи­нал с очень скром­ным бюд­же­том. Спор­тив­ные маши­ны тех годов име­ли кра­си­вый обте­ка­е­мый кузов и ниче­го лиш­не­го в конструкции.

Мастер­ская Кри­са полу­ча­ет 3 зака­за за год. Неко­то­рые из заказ­чи­ков Кри­са – кол­лек­ци­о­не­ры. Сто­и­мость авто­мо­би­лей варьи­ру­ет­ся от 149000 до 275000 аме­ри­кан­ских долларов.

На построй­ку каж­дой маши­ны ухо­дит око­ло 6–7 меся­цев. Обыч­но, полу­ча­ет­ся закон­чить 2 маши­ны за год. Ино­гда Крис при­бе­га­ет к помо­щи несколь­ких дру­зей. Сей­час он рабо­та­ет над тем, что­бы уве­ли­чить про­из­вод­ствен­ные воз­мож­но­сти, что­бы про­из­во­дить боль­ше авто­мо­би­лей в год.

Он пла­ни­ру­ет рас­ши­рить пло­ща­ди и спла­ни­ро­вать мастер­скую так, что­бы там было место для клу­ба по инте­ре­сам, куда мог­ли бы прий­ти такие же энту­зи­а­сты как он, обме­ни­вать­ся зна­ни­я­ми и иде­я­ми. Крис счи­та­ет, что это под­ни­мет его увле­че­ние на новый уровень.

Крис при­зна­ёт­ся, что его худо­же­ствен­ные спо­соб­но­сти остав­ля­ют желать луч­ше­го. Он хоро­шо пред­став­ля­ет авто­мо­биль­ные фор­мы в уме, но ему слож­но их нари­со­вать от руки. По этой при­чине, для созда­ния подроб­ных чер­те­жей, он при­бе­га­ет к помо­щи дру­га хоро­шо вла­де­ю­ще­го ком­пью­тер­ным моде­ли­ро­ва­ни­ем, а так­же изу­ча­ет ком­пью­тер­ные про­грам­мы по дизай­ну сам.

Крис так­же вдох­нов­ля­ет­ся дизай­ном само­лё­тов при созда­нии сво­их обте­ка­е­мых кузо­вов. Он часто при­ме­ня­ет заклёп­ки для креп­ле­ния неко­то­рых эле­мен­тов кузо­ва, как и в само­лё­тах. Заклёп­ки мож­но лег­ко высвер­лить и поме­нять панель, что очень удоб­но. Крис всё дос­ко­наль­но рас­счи­ты­ва­ет в кон­струк­ции сво­их авто­мо­би­лей, что­бы все ком­по­нен­ты были лег­ко­до­ступ­ны для заме­ны и маши­на была ремонтопригодной.

Модели автомобилей « RÜNGE »

На дан­ный момент ком­па­ния « RÜNGE » пред­ла­га­ет 3 базо­вых модели.

• Пер­вая его модель – «Flyer». На созда­ние это­го кузо­ва его вдох­но­ви­ли после воен­ные гоноч­ные авто­мо­би­ли Гер­ма­нии (осо­бен­но авто­мо­би­ли Porsche Glöckler). Он очень лёг­кий и хоро­шо управляется.
• Вто­рая модель – RS . Этот дизайн более изыс­кан­ный. RS – это род­стер, идея дизай­на кото­ро­го взя­та с Porsche 718 RSK и Spyder, а так­же при­сут­ствую чер­ты Maserati и Ferrari 1950‑х.
• Тре­тья модель — R2 . Эта модель в про­цес­се созда­ния. Име­ет 6 цилин­дро­вый дви­га­тель от Porsche 3.6 L и пол­но­стью неза­ви­си­мую под­вес­ку. Мощ­ность авто­мо­би­ля 285 лоша­ди­ных сил. Маши­на может наби­рать ско­рость до 320 км в час. Салон пла­ни­ру­ет­ся пол­но­стью шумо­изо­ли­ро­вать и обтя­нуть кожей. Кузов будет сде­лан из отпо­ли­ро­ван­но­го алюминия.

RÜNGE R2 — послед­ний про­ект Кри­сто­фе­ра Рунге

У Кри­са так­же есть мно­го дру­гих нара­бо­ток дизай­на кузо­ва, кото­рые он будет реа­ли­зо­вы­вать в бли­жай­шем будущем.

Процесс создания автомобилей RÜNGE

• Построй­ка маши­ны начи­на­ет­ся с чертежа.

• Потом изго­тав­ли­ва­ет­ся дере­вян­ная макет-осно­ва кузо­ва. Макет-фор­ма изго­тав­ли­ва­ет­ся поверх шас­си авто­мо­би­ля. Это очень ответ­ствен­ный этап, так как от неё будет зави­сеть фор­ма кузо­ва. Она мно­го раз дора­ба­ты­ва­ет­ся и под­го­ня­ет­ся. На изго­тов­ле­ние маке­та-осно­вы может уйти до 3 недель. Она исполь­зу­ет­ся толь­ко в про­цес­се созда­ния кузо­ва, а после готов­но­сти авто­мо­би­ля, не при­сут­ству­ет в его конструкции.

• После того, как дере­вян­ная макет-осно­ва гото­ва, Кри­сто­фер пере­хо­дит к созда­нию кар­ка­са из труб, кото­рый дела­ет­ся по фор­ме дере­вян­но­го маке­та-осно­вы. Этот кар­кас уже оста­нет­ся на машине, и на него будут кре­пить­ся кузов­ные пане­ли. Это не сило­вая рама, а кар­кас-осно­ва для пане­лей, но так­же при­да­ёт жёст­ко­сти общей конструкции.
• После созда­ния кар­ка­са-осно­вы для пане­лей, Крис начи­на­ет делать внут­рен­ние пане­ли и инте­гри­ру­ет сталь­ной сило­вой кар­кас без­опас­но­сти в раму автомобиля.

• Теперь он начи­на­ет про­цесс фор­мов­ки кузов­ных пане­лей. На началь­ном эта­пе созда­ния кузов­ной пане­ли слож­ной фор­мы может изго­тав­ли­вать бумаж­ный шаб­лон, по кото­ро­му уже изго­тав­ли­ва­ет­ся алю­ми­ни­е­вая панель. Крис исполь­зу­ет несколь­ко инстру­мен­тов для фор­мов­ки листо­во­го метал­ла. Это ста­нок «англий­ское коле­со», ста­нок для гиб­ки листо­во­го метал­ла, киян­ки, молот­ки и спе­ци­аль­ные меш­ки, на кото­рых он формует.

Источник Источник Источник Источник Источник Источник https://aluminium-guide.com/alyuminievyj-audi-a8/
Источник Источник Источник Источник Источник https://kuzov.info/kris-runge-i-ego-samodelnye-avtomobi/