Почему детали MotoGP такие дорогие: секреты производства

МОТОГОНКИ.РУ, 6 марта 2015 - Кажется, что современные средства производства и технологии металлообработки позволяют штамповать точнейшие детали одну за другой: берем станок с ЧПУ, задаем программу, подбираем подходящую болванку - алюминий или сталь нужного сплава, затем нажимаем кнопку... готово: давай следующую болванку!

Однако, на производство одного элемента двигателя Yamaha YZR-M1 - распределительного вала - уходит 12 недель, и это только производство, а не разработка новой версии. Девелопмент занимает три раза по столько.

Отчего так?

Во-первых, деталь должна быть поистине идеальной. Это значит, что произвести на свет нужно не один распредвал, а несколько, и лишь затем выбрать лучший. Эта практика применяется и в гонках национальных серий, где инженеры официально поддерживаемых тем или иным заводом команд имеют доступ на склад готовых запчастей: возможность собрать себе двигатель из "идеальных" компонентов, перебрав не один десяток поршней, клапанов, пружин, шатунов, валов и всего-всего - бесценна. Используются точные инструменты, микрометры и электронные весы: 1 грамм отличия от эталона может привести к возникновению вибраций, дисбалансу и разрушению двигателя, когда пилот открывает дроссель и раскручивает мотор до оборотов, находящихся в пределах и за границей "красной зоны" тахометра. Чем точнее деталь, тем лучше баланс - тем выше предельные обороты двигателя.

Идеальность формы детали не является единственным определяющим фактором в таком сложном техническом виде спорта, как MotoGP, где пиковые обороты достигают 16500.

В связи с этим, такие элементы, как клапана и распределительные валы являются сверхвысоко нагруженными, температура эксплуатации превышает норму до двух раз. Чтобы детали работали при постоянном сверхнормативном стрессе, они должны быть изготовлены не из рядового материала. Как в древние времена японские кузнецы неделями ковали многослойные заготовки для своих мечей, сегодняшние материаловеды из Yamaha, Honda и Suzuki используют похожие технологии для изготовления сверхпрочных и надежных деталей в MotoGP.

Известно, что создание прочных сталей осуществляется путем закалки, резкой смены температурного режима со сверхкритической, то есть температуры изменения кристаллической решетки - до "нормальной" за очень короткий промежуток времени (охлаждение в объеме воды или масла, водяном спрее и т.д.). При этом, фазы, существующие при низкой температуре, растворяются, затем кристаллическая решетка фиксируется. Иногда детали изготавливают на станке с ЧПУ с определенным допуском, затем отправляют на термообработку, чтобы придать металлу необходимые свойства прочности.

В MotoGP этот процесс гораздо сложнее и дольше: помимо самого изготовления болванки из сплава заданных свойств (который длится не один день), после выточки элемент вновь подвергается термообработке - очень плавной.

Вот в чем проблема. Если обрабатывать деталь при высокой температуре или при высоких скоростях, что ускоряет процесс, изменения в структуре металла могут выйти из-под контроля, например, карбиды (соединения с углеродом) могут сместиться в кристаллической решетке, в итоге, деталь в месте обработки может деформироваться или потерять заданные свойства упругости или прочности, что нежелательно. Работать приходится при относительно низких температурах, станки при этом должны использовать низкие рабочие обороты - время обработки увеличивается в разы.

Сплавы, из которых делают детали для двигателей прототипов MotoGP гораздо сложнее, термообработка болванок - до выточки и после - происходит пошагово, причем, в безвоздушной среде. Такое оборудование с вакуумными камерами есть только на самых крупных предприятиях.

Например, в прошлом, самой слабой частью распределительного вала были места соединения со стойками - сами стойки или кромки вала лопались. Инженеры решили эту проблему, увеличив диаметр шейки вала, а позднее научились включать в состав заготовки элементы, предварительно обработанные азотом - они жестче и прочнее, хотя имеют меньшую гибкость. И так далее.

Живое железо: картер Yamaha YZR-M1 Хорхе Лоренцо (№134)

Как все это выражается в цифрах?

На примере Yamaha Racing (2014 год):

800 тыс. евро стоил комплект лизинговых двигателей и шасси YZR-M1 Open. 90 кг алюминия используется для выточки одного картера Yamaha YZR-M1, который в конце цикла весит лишь 4.5 кг. 7 процессов металлообработки проходит один распредвал YZR-M1 за 12 недель производства, его стоимость более 50000 евро из-за требований FIM к долговечности двигателей в MotoGP. На сборку двигателя с нуля у инженеров Yamaha Racing уходит 3.5 дня.

Что означают подобные трудности в реальной жизни?

Существенные ограничения для развития заводских программ!

Honda Racing традиционно является лидером в производстве. Там уверены, что к 2016 году смогут наладить поставки двигателей клиентских RC213V-SP и довести число мотоциклов этой модели на стартовой решетке до 4-5. Это помимо четырех RC213V в заводской комплектации. Насколько отличаются по качеству валы Open и Factory, на самом деле, никто не знает. Но разница в цене прототипов составляет 800 тыс. евро.

В 2011 году главный инженер и генеральный директор Ducati Corse Филиппе Прециози признал, что Борго-Панигале просто не располагает производственными мощностями для осуществления поддержки парка более 6 мотоциклов. Прошло три года, но ситуация на заводе не изменилась.

В Yamaha никогда не стремились к расширению парка, концентрируя усилия на разработке решений и совершенствовании существующих заводских прототипов. Только в конце 2013 года Yamaha Racing под давлением Dorna Sports согласилась расшириться, отдав в лизинг двигатели YZR-M1 частной команде (два комплекта).

Aprilia и Suzuki пока не рассматривают возможность создания саттелитов, но уже в 2016 году они им потребуются, чтобы активизировать процессы разработки и тестирования новых решений. Однако, более 4-х мотоциклов каждой из этих марок до 2018 года на старте мы вряд ли увидим.

Origin by Kevin Cameron, Фото - Cycle World
Комментарии и адаптация: Кирилл Чернышев