Lexus LFA z pakietem Nurburgring

Pakiet Nürburgring modelu LFA

Z okazji trzeciego zwycięstwa LFA w swojej klasie w 24-godzinnym wyścigu na torze Nürburgring, Lexus stworzył specjalny pakiet Nürburgring, przeznaczony dla tych klientów, którzy woleliby, aby ich auto było nieco bardziej „wyścigowe”.

Wprowadzenie pakietu Nürburgring planowane jest w drugim roku produkcji LFA, czyli w 2012; liczba pojazdów z tym pakietem będzie ograniczona do 50 sztuk spośród całkowitej liczby wyprodukowanych egzemplarzy.

Aby jeszcze bardziej poprawić stateczność jazdy z dużymi prędkościami, efektywność aerodynamiczna LFA z pakietem Nürburgring zostanie zwiększona poprzez wprowadzenie modyfikacji i uzupełnień kilku istotnych elementów wykonanych z kompozytów wzmacnianych włóknem węglowym. Modyfikacje te, opracowane w celu zwiększenia siły dociskającej przy dużych prędkościach obejmują zastosowanie szerszego spoilera przedniego, bocznych dyfuzorów, specjalnego użebrowania, oraz stałego spoilera tylnego typu „skrzydło”.

Moc maksymalna zostanie zwiększona o 11 KM do wartości ponad 571 KM. Dzięki temu LFA zachowa dotychczasowy czas rozpędzania od 0 do 100 km/h wynoszący zaledwie 3,7 s oraz prędkość maksymalną 325 km/h, pomimo wzrostu oporu aerodynamicznego spowodowanego zwiększeniem siły dociskającej. Czas zmiany biegu wyniesie 0,15 s.

Jeśli chodzi o zmiany mające na celu poprawę prowadzenia auta, pakiet Nürburgring LFA obejmie sportową modyfikację zawieszenia, zmniejszenie wysokości pojazdu o 10 mm, zastosowanie ekskluzywnych, ażurowych tarcz kół oraz dedykowanych opon o dużej przyczepności (high-grip).

LFA w pakiecie Nürburgring dostępne będzie tylko w czterech kolorach nadwozia: czarnym (Matte Black i Black), białym (White) i pomarańczowym (Orange), oraz w dopasowanych do nich trzech wersjach kolorystycznych wnętrza: czarno-czerwonej (Black and Red), czarno-purpurowej (Black and Purple), i czarnej (Black). Wszystkie wersje wyposażone są w konsolę centralną i tapicerkę drzwi wykonane z włókna węglowego; wykonane również z włókna węglowego fotele kubełkowe pokryte są tkaniną typu Alcantara .

Klienci zakupujący auto z pakietem Nürburgring otrzymują możliwość indywidualnego przeszkolenia na torze Nordschleife przez jednego z głównych instruktorów Nürburgring oraz karnet uprawniający do bezpłatnego wjazdu, ważny przez rok.

Wytwarzanie części z kompozytów CFRP

Ultradynamiczny LFA będzie produkowany w cyklu jednego egzemplarza dziennie, przy zatrudnieniu całkowitym 175 pracowników zajmujących się wytwarzaniem części z kompozytów CFRP oraz lakierowaniem i montażem auta.

Łącząc wyjątkową wytrzymałość i sztywność oraz szczególnie mały ciężar właściwy, kompozyty CFRP stanowią ok. 65% masy nadwozia LFA. Oznacza to redukcję masy nadwozia o ok. 100 kg w porównaniu do masy nadwozia o konstrukcji aluminiowej.

W związku z przyszłym rozwojem firmy Lexus, komponenty z CFRP są wytwarzane i montowane na miejscu. W porównaniu do stosowania stali lub aluminium, produkcja CFRP jest bardziej czasochłonna i dlatego projekt LFA jest ważnym polem doświadczalnym, służącym rozwojowi nowych, zautomatyzowanych procesów wytwarzania CFRP, które będą wykorzystane przy produkcji przyszłych modeli Toyoty i Lexusa.

Biorąc pod uwagę kształt, przeznaczenie oraz wymagane właściwości poszczególnych komponentów zastosowano kompozyty CFRP otrzymywane drogą trzech różnych procesów technologicznych:

- z wykorzystaniem materiałów typu „prepreg” – standardowych, przemysłowych płyt wykonanych z włókna węglowego, wstępnie impregnowanych żywicą epoksydową.
- metodą RTM (Resin Transfer Moulding) - polegającą na wtłaczaniu żywicy epoksydowej do formy zawierającej wyrób z „suchej” płyty
- metodą uzyskiwania tłoczywa w postaci płyty z włóknem węglowym C-SMC (Carbon fibre – Sheet Moulding Compound).
W ramach adaptacji każdej z trzech rodzajów technologii inżynierowie Lexusa osiągneli dwa główne cele: udoskonalenie procesu wytwarzania służące wzrostowi produktywności oraz opracowanie nowych technik kontroli jakości.

Materiały typu „prepreg”

Materiały typu „prepreg” mają zastosowanie do konstrukcji głównych elementów strukturalnych nadwozia, takich jak ściana grodziowa, podłużnice, belki poprzeczne i poszycia wewnętrzne.

Dla potrzeb modelu LFA Lexus opracował warstwowy, dwukierunkowy materiał typu „prepreg” o nazwie NFC (Non-Crimp Fabric), mający na celu zastąpienie konwencjonalnego materiału tkanego, co pozwoliło na uzyskanie większej wytrzymałości i łatwiejszego odpowietrzania (usuwania pod ciśnieniem powietrza z materiału znajdującego się w formie).

Dzięki znaczącemu zwiększeniu wydajności procesu odpowietrzenia mogą być zastosowane grubsze wiązki włókien (24 tys. włókien w wiązce), co pozwala na uzyskanie grubszego arkusza o gęstości 450 g/m2 – dwukrotnie większej niż gęstość konwencjonalnie tkanego materiału. W efekcie liczba warstw arkuszy „prepreg” może być mniejsza, co wpływa na wzrost wydajności produkcyjnej.

Metoda RTM (Resin Transfer Moulding)

Metoda RTM znajduje głównie zastosowanie przy produkcji pomocniczych elementów konstrukcyjnych (np. wsporników wzmocnienia zderzaka), wzmocnień dachu lub podłogi pojazdu.

Choć pozwala ona na szybszą produkcję niż w przypadku wykorzystania materiałów typu „prepreg”, ma też istotną wadę, którą jest długi czas wypełniania żywicą podczas wytwarzania wielkogabarytowych, zintegrowanych elementów, co często wymusza konieczność ich produkcji w postaci podzielonej na mniejsze części.

Aby temu zaradzić, w firmie Lexus opracowano nową metodę wtłaczania i prasowania, która nie tylko skraca czas wypełniania żywicą o ok. 80%, ale również pozwala na wytwarzanie elementów wielkogabarytowych w całości. W rezultacie liczba dalszych etapów procesu, jak również procesów klejenia zostaje znacznie ograniczona, co w sposób istotny wpływa na poprawę wydajności.

Do tej pory konwencjonalne krosna były używane tylko w produkcji elementów o prostych, mało skomplikowanych kształtach. Obecnie opracowane przez firmę Lexus nowe techniki tkania pozwalają na zautomatyzowane wytwarzanie złożonych profili przestrzennych o zróżnicowanych grubościach, przekrojach i krzywiznach.

Na przykład w procesie wytwarzania wzmocnień dachu LFA, włókna są tkane wokół rdzenia, dwiema warstwami równocześnie. W tym przypadku odpowiednią grubość zapewnia ułożenie 12 warstw. Po zakończeniu tkania rdzeń jest usuwany i pozostaje puste w środku wzmocnienie.

Wytwarzanie wsporników wzmocnienia przedniego zderzaka wymaga zastosowania innej techniki – urządzenie układające włókna nadaje im postać maty z tkaniny, a następnie maszyna szyjąca typu 3D wplata dalsze włókna poprzez grubość maty. Przycinanie i zaginanie nadaje ostateczny kształt materiałowi.

Nowe techniki tkania typu 3D przyczyniają się nie tylko do obniżenia zużycia materiału (do 50%) oraz zwiększenia wytrzymałości powstających elementów, ale również, dzięki automatyzacji, zapewniają większą wydajność produkcji wielkoseryjnej w przyszłości.

Wydajność została dodatkowo zwiększona dzięki zastosowaniu dwuetapowiego procesu wytwarzania, w którym mata jest formowana pod ciśnieniem na 1000- tonowej prasie, a następnie wygrzewana w temperaturze 185˚ C przez cztery godziny w celu utwardzenia. Wyjęcie maty z formy przed wygrzewaniem zlikwidowało potencjalne „wąskie gardło”, jakim byłaby prasa; proces dwuetapowy opracowano pod kątem przyszłej produkcji.

Włókno węglowe – metoda C-SMC

Metoda C-SMC jest stosowana do wytwarzania elementów nadwozia i ram o skomplikowanych kształtach.

W odróżnieniu od metody wykorzystującej materiały typu „prepreg” oraz metody RTM, w których używa się ciągłych pasm tkanego włókna węglowego, w metodzie C-SMC stosuje się równomiernie rozmieszczone włókna o przypadkowej orientacji. Ponieważ nie ma konieczności wstępnego formowania części, wydajność jest znacznie większa, a czas trwania cyklu i czasy pracy zostały zredukowane o minimum 95% w porównaniu z metodą wykorzystującą materiały typu „prepreg” .

Techniki kontroli jakości połączeń klejonych

Linia montażu obejmuje pięć kolejnych procesów, weryfikowanych w sposób cyfrowy. Podczas czterech pierwszych etapów – montażu podzespołów, podwozia, drobnych części aluminiowych oraz nadwozia – stosuje się klejenie. Końcowy montaż części aluminiowych odbywa się poprzez łączenie mechaniczne. Poraz pierwszy w procesie montażu nadwozia Lexusa zastosowano klejenie, co spowodowało konieczność użycia nowych technik kontroli jakości.

Klejenie składa się z pięciu operacji – przygotowania powierzchni, aplikacji substancji klejącej, montażu, utwardzania i kontroli – dla każdego z tych etapów inżynierowie firmy Lexus opracowali odrębną metodę kontroli jakości:

Przygotowanie powierzchni CFRP polega na poddaniu jej ścierającemu działaniu strumienia wody zawierającej cząstki tlenku glinu, w celu usunięcia środka ułatwiającego odformowanie i w celu uzyskania optymalnej chropowatości wymaganej do klejenia. Kontrola jakości obejmuje pomiar stopnia starcia i chropowatości za pomocą przyrządu i 100-procentową, wizualną ocenę zwilżalności powierzchni wszystkich części.

Dokładność aplikacji warstwy kleju osiągnięto poprzez optymalizację geometrii dyszy, jej położenia, kąta nachylenia i prędkości. Po nałożeniu kleju wykonywana jest 100-procentowa kontrola grubości warstwy przy użyciu lasera.

Podczas montażu i utwardzania istotne jest zachowanie odpowiedniej szczeliny klejenia. Na początku każdego procesu montażu, wszystkie części umieszczane są razem w uchwycie, bez użycia kleju, w celu sprawdzenia wielkości szczeliny. Proces utwardzania sprawdzany jest metodą testu złącza na ścinanie, przy czym próbki kontrolne są uzyskiwane w tym samym procesie, co połączenia elementów nadwozia, aby zapewnić zbliżone warunki utwardzania.

Następnie jakość złącz klejowych bada się przy użyciu metody termografii impulsowej. Powierzchnia nadwozia zostaje najpierw nagrzana impulsem cieplnym, a następnie kamera IR rejestruje „obraz termiczny” nadwozia. Spoiny klejowe widoczne są na monitorze w kolorze żółtym, a każdy defekt jest natychmiast zauważalny. Na tym etapie stosuje się również metody ultradźwiękowe kontroli jakości.

Ostateczne sprawdzenie prawidłowości połączeń klejowych polega na 100-procentowej kontroli sztywności nadwozia. Przy pomocy obciążników o masie 100 kg i czujników mikrometrycznych sprawdza się, czy przemieszczenia prawej i lewej strony nadwozia mieszczą się w przyjętych granicach tolerancji. Wtedy nadwozie może zostać przekazane na linię montażu końcowego.

Lakierowanie i montaż pojazdu

W porównaniu do standardowego Lexusa, składającego się z ok. 12 tys. części, model LFA zawiera ok. 15 tys. części i jest montowany ręcznie w specjalnie dla niego przeznaczonym zakładzie.

W sposób typowy dla produkcji małoseryjnej, wszystkie elementy nadwozia podczas lakierowania umieszczone są razem na specjalnych stelażach w celu zapewnienia jednolitego koloru. Większość procesu jest zautomatyzowana, choć części o bardziej złożonym kształcie są lakierowane ręcznie. Ponieważ polakierowanych elementów wykonanych z CFRP nie można wygrzewać w wysokiej temperaturze, stosuje się materiały lakiernicze pozwalające na obniżenie temperatury wygrzewania przy zachowaniu wysokiej jakości powłoki lakierowej, właściwej każdemu Lexusowi.

Podczas montażu wszystkie elementy i podzespoły przechowywane są w pojemnikach umieszczonych po lewej stronie linii montażowej i dostarczane przez pracowników zespołu zajmującego się logistyką części. Wszyscy pracownicy ztrudnieni przy montażu odpowiadają za pobieranie swoich części zgodnie z listą, którą otrzymują dla każdego pojazdu.

Każdy pracownik odpowiedzialny za montaż zajmuje się ponad setką indywidualnych procesów technologicznych dziennie, postępując zgodnie z listą kontrolną, gwarantującą zachowanie standardów jakości przy tak dużej liczbie różnych zadań. Lista taka jest sporządzana i udoskonalana przez każdego pracownika według zasad Takumi. Dodatkowo każdy proces montażowy porównywany jest z normami czasu pracy w celu ustalenia planu pracy w poszczególne dni.

Silnik i podzespoły skrzyni biegów przygotowywane są na bocznej linii produkcujnej. W odpowiednim momencie są umieszczane od dołu w nadwoziu pojazdu.

Po zakończeniu ostatniego etapu – ustawieniu geometrii zawieszenia oraz wykonaniu podstawowego sprawdzenia, pojazd przekazywany jest do działu kontroli jakości w celu poddania go szczegółowej kontroli i ocenie. Częścią tego procesu jest wykonanie każdym autem 200-kilometrowej jazdy testowej. Odbywa się ona na torze Motomachi znajdującym się na terenie fabryki.

Proces produkcyjny każdego pojazdu wiąże się z powstaniem wszechstronnej dokumentacji jego przebiegu. Sam montaż obejmuje ponad 300 stron - a wytwarzanie CFRP dziesięciokrotnie więcej. Ostatecznie, aby zarejestrować i udokumentować cały proces produkcyjny jednego pojazdu, potrzeba ponad 3500 stron. Dokumentacja ta jest przechowywana w firmie Lexus i stanowi źródło odniesienia dla wszelkich potencjalnych pytań dotyczących każdego wyprodukowanego egzemplarza auta.