Модель T Генри Форда была самым смелым автомобильным ходом 20-го века. Подобно Колину Чепмену из Lotus и любому другому проницательному инженеру в области автоспорта, Форд — даже когда-то давно — считал вес своим врагом. Рамы модели T были сделаны из стали, содержащей ванадий для дополнительной прочности, а миллионы капотов T были изготовлены из алюминия задолго до того, как этот металл стал основным материалом для автомобилей. Имея под капотом всего 20 лошадиных сил, T нуждался в том, чтобы его вес не превышал 2000 фунтов, чтобы соответствовать амбициозным целям Ford. Теперь, когда Ford F-2015 150 года наконец-то в руках покупателей, пытливые умы задаются вопросом, почему алюминию потребовалось целое столетие, чтобы перейти от капотов Model T к кабинам и кузовам самого продаваемого автомобиля Америки. Давайте изучим эту тему, не так ли?
Одна из причин заключается в том, что сталь доступна по цене, легко формуется и, за исключением некоторых очевидных недостатков, таких как отсутствие коррозионной стойкости, является идеальным материалом для использования в автомобилях. В пересчете на фунт алюминий стоит примерно в два раза дороже. Доступность всегда будет главной заботой в любой отрасли, производящей миллионы единиц продукции в год. Только тогда, когда в уравнение входят улучшенные характеристики и топливная экономичность, можно серьезно рассматривать альтернативные материалы. Главной привлекательностью алюминия является его плотность (масса на единицу объема), которая составляет лишь одну треть плотности стали. К сожалению, алюминий также предлагает только одну треть жесткости, поэтому, когда алюминий заменяет сталь, обычно требуется увеличение толщины. В конечном счете, снижение веса достигается за счет выбора алюминиевых сплавов, которые приближаются к пределу прочности на растяжение стали — нагрузке, которую компонент может выдержать без остаточной деформации. Форду удалось заставить математику работать над своим новым F-150, и мы собрали все, что вам нужно знать об алюминии нового грузовика, от того, как он используется, до того, откуда он берется.
Откуда это взялось? Куда это идет?
Исследования Ford в области алюминиевых кузовов всерьез начались два десятилетия назад. Сорок экспериментальных Mercury Sables были построены из легкого металла; на фото видно, как два инженера легко поднимают белый кузов (голый автомобиль без закрывающих панелей). Один из первых извлеченных уроков заключался в том, что необходимы новые подходы к соединению штампованных алюминиевых панелей. В сотрудничестве с Jaguar инженеры Ford разработали различные методы механического крепления и клея для замены точечной сварки. В 2003 году Jaguar выпустила седан XJ, который был составлен из оригинального сочетания алюминиевых штамповок, литья и профилей, скрепленных эпоксидным клеем, стальных заклепок и нескольких гаек, болтов и точечной сварки. Несмотря на то, что XJ был значительно больше, чем предыдущая модель, Jaguar утверждал, что его цельный кузов стал на 60 процентов жестче и легче на 200 фунтов.
Хотя Ford любит рекламировать алюминий военного или аэрокосмического назначения, из которого изготовлены кабина и кузов F-150, эти материалы широко используются уже несколько десятилетий. Алюминиевые составы, выбранные из-за их механических свойств и доступности через поставщиков Alcoa и Novelis, представляют собой сплавы серий 5000 и 6000. Серия 5000, содержащая небольшое количество хрома, меди, железа, магния, марганца и кремния, имеет достаточную прочность для участков с низким уровнем нагрузки, таких как пол кабины, капот и внутренние дверные панели. Прочность алюминия серии 6000 повышается за счет термообработки после процесса формования. Внутренняя панель капота F-150 достигает желаемого состояния во время запекания краски. Максимальный предел текучести Алюминий серии 6000 используется в высоконагруженных областях кабины, порогов и передних стоек. В дополнение к перечисленным выше легирующим компонентам алюминий серии 6000 содержит небольшое количество цинка.
Объединяем все вместе
Для точечной сварки алюминия требуются более высокие электрические токи и некоторые средства для удаления окисленного покрытия, покрывающего поверхность этого металла. General Motors недавно добилась успехов в этой области и сообщила, что продолжит использовать точечную сварку для соединения алюминиевых панелей кузова. Кузов нового F-150 также имеет несколько точечных сварных швов, но уроки, извлеченные из опыта Sable и Jaguar, убедили Форда в том, что в большинстве случаев нужны специальные крепления и клеи. При наличии свободного доступа к тыльной стороне соединяемой поверхности применяют самонарезающие заклепки. Вместо того, чтобы прорваться через противоположную сторону, кончик каждой заклепки распространяется внутри панели и навсегда фиксируется на месте, оставляя лишь небольшой грибовидный выступ на задней поверхности.
Во многих случаях нет доступа к задней стороне инструмента для приложения необходимого зажимного усилия. Здесь решение состоит в использовании так называемого шурупа с проточным сверлом: стальной крепеж с острым концом и резьбой вращается с высокой скоростью и плотно прижимается к соединяемым панелям. Нижележащий алюминиевый материал прокалывается, нагревается за счет трения и превращается в цилиндрическую оболочку, которая захватывает резьбу соединительного крепежа.
Новый F-150 также имеет более 350 футов конструкционных клейких валиков для увеличения прочности соединения, обеспечиваемой крепежными элементами. Клей также блокирует шум и влагу и повышает эффективность столкновения. Подобно использованию алюминия и специального крепежа, эти клеи хорошо зарекомендовали себя за долгие годы надежной службы. За последнее десятилетие количество конструкционных клеев в кузовах легковых и грузовых автомобилей в целом увеличилось на 50 процентов.
Сталь по-прежнему является важной частью конструкции F-150. Массивная лестничная рама, поставляемая Metalsa, на 60 фунтов легче конструкции 2014 года благодаря значительному увеличению использования высокопрочной стали. Большая часть дверных балок для защиты от вторжения представляет собой стальные трубы, на боковинах кровати есть несколько небольших стальных пластин с резьбой, нижняя кромка двери багажника выполнена из стали, а все вышеупомянутые крепежные детали представляют собой оцинкованные (для коррозионной стойкости) стальные детали. .
Переосмысление основных материалов, из которых изготовлен этот пикап, потребовало более 3 миллиардов долларов инвестиций в штамповочные и сборочные предприятия Ford в Дирборне, штат Мичиган, и в Канзас-Сити, штат Миссури. До сих пор рабочие приветствовали снижение шума и искрения, связанное с переходом на алюминий. Чтобы компенсировать стоимость более дорогого металла, ценный лом перевозят те же грузовики, которые доставляют рулоны алюминия на заводы. назад поставщикам на переработку.
Предполагаемые последствия
Суть, или, по крайней мере, предполагаемая, заключается в том, что пикапы легче и экономичнее. Сравнение снаряженной массы F-150, который мы тестировали пять лет назад, с версией 2015 года показывает, что чистая масса уменьшилась примерно на 300 фунтов. К сожалению, достоверность таких сравнений подрывается переходом на меньшие и легкие двигатели, более роскошными удобствами и постоянно растущими рейтингами тяги и буксировки. Это негласный закон природы: каждый новый пикап должен быть больше, удобнее и мощнее, чем его непосредственный предшественник.
Не менее сложно оценить выгоды от экономии топлива. В дополнение к более легкому весу, Ford утверждает, что F-2015 150 года может похвастаться 23-процентным улучшением аэродинамического сопротивления, что связано с использованием жалюзи на решетке радиатора и более чистыми формами кабины и кузова (хотя лобовая площадь немного больше). В тестах EPA самый экономичный F-2015 150 года набирает 19 миль на галлон при движении по городу и 26 миль на галлон на шоссе, по сравнению с 16 и 22 милями на галлон прошлогоднего лидера эффективности. Это 22-процентное улучшение общего пробега, и это еще не все. Ведутся работы над гибридной трансмиссией, и вы можете ожидать дополнительных аэродинамических усовершенствований, таких как активные шторки колес, которые Ford продемонстрировал в виде прототипа два года назад, чтобы в конечном итоге просочиться в F-150.
Не удивляйтесь, если гибридный F-150 от Ford нанесет удар королю расхода топлива в этом сегменте, дизельному Ram 1500 EcoDiesel, который расходует 20 миль на галлон в городских тестах Агентства по охране окружающей среды и 28 миль на галлон на экзамене по шоссе. Форд быстро отмечает, что дизели не имеют экономического смысла. Тот, что в Ram, добавляет 4000 долларов к первоначальной стоимости и потребляет топливо, которое в расчете на галлон стоит примерно на 30 процентов больше, чем бензин. Но есть заядлые энтузиасты дизеля, которые вполне готовы потратить дополнительные деньги на владение и эксплуатацию своего типа двигателя. Это убеждение и успех Ram EcoDiesel слишком значительны для Ford и GM, чтобы их игнорировать, точно так же, как эффект от добавления Ford такого количества алюминия в F-150 является тем, что очень внимательно изучает каждый производитель пикапов.
Этот контент импортируется из OpenWeb. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.
