Ulasan Chevrolet Corvette 2020 – Bagian 1: Karya Mahakarya yang Dibangun dengan Material Komposit
Untuk Bagian 2, baca "Composites-intensive masterwork: 2020 Corvette, Part 2".
Delapan generasi yang sangat diantisipasi Chevrolet Corvette (C8) dari General Motors Co. (GM, Detroit, Michigan, AS), yang telah mendapatkan pujian sejak pengumuman resmi pada 18 Juli 2019, mulai produksi komersial awal tahun ini. Corvette Stingray convertible dan coupé baru ini tidak hanya terkenal karena keindahannya dan fakta bahwa GM telah memproduksi roket mid-engine berkinerja tinggi, legal jalan raya, yang dimulai dari kurang dari $60.000 USD — satu per tiga harga mobil mid-engine dengan performa setara — tetapi juga menampilkan berbagai macam konten komposit baru dan sungguh inovatif, yang akan kita uraikan di sini dan di Bagian 2 bulan depan.
Konfigurasi mesin baru mengubah segalanya
Teknik GM memasuki tahap desain awal dengan mengetahui mereka akan bekerja pada kendaraan mid-engine — produksi Corvette pertama dalam delapan generasi yang memiliki konfigurasi tersebut. "Kami mengembangkan arsitektur front-engine sejauh mungkin untuk performa, jadi beralih ke desain mid-engine adalah langkah logis berikutnya untuk meningkatkan mobil yang sudah hebat dan menjadi pemimpin segmen," menjelaskan Tadge Juechter dari GM, executive chief engineer-Global Corvette. Dilengkapi dengan paket performa Z51, Corvette Stingray 2020 dapat mempercepat 0-60 mph (0-97 kmh) dalam 2,9 detik dan mencapai kecepatan puncak 194 mph (312 kmh). Memindahkan mesin ke bagian belakang kendaraan mempengaruhi banyak hal, termasuk titik gravitasi kendaraan, posisi relatif penumpang, lokasi transmisi dan desain panel bawah badan serta penyimpanan bagasi. Desain mid-engine juga memperkenalkan suhu operasi yang lebih tinggi dan kebisingan di area baru dari mobil.
"Karena mid-engine, kami harus melakukan hal-hap berbeda," menjelaskan Ed Moss, manajer grup teknik struktur badan Corvette. "Dari awal, kami memiliki begitu banyak diskusi tentang cara menyusun struktur badan. Pada satu titik, segalanya ada di meja saat kami membahas cara terbaik untuk merancang dan membangun setiap sistem. Misalnya, kami membahas logam versus komposit untuk wheelhouses. Jika kami menjaga wheelhouses komposit C7, kami harus merekat ke pillar sandaran [A pillar], yang berada secepat di samping roda depan dalam kendaraan mid-engine, sehingga tinggal sangat sedikit ruang paket. Kami memilih logam di sana. Kami bahkan singkat membahas logam versus komposit panel badan. Namun, akan tidak ekonomis untuk membuat garis gaya C8 dalam logam."
"Tantangan nyata yang kami hadapi adalah bagaimana menangani air induction," ingat Chris Basela, engineer utama struktur badan Corvette, menjelaskan kebutuhan akan metode berbeda untuk mengarudkan udara pendingin ke dalam dan melintasi mesin V8 6,2 liter secara natural aspirated berdaya 495 horsepower, yang menghasilkan 470 foot-pounds (637 Newton-meter) torsi. "Kami mencoba semua macam desain yang memaksa udara untuk mengambil jalur yang sangat rumit, menciptakan eddy dan aliran yang tidak kami inginkan. Membutuhkan banyak kerja iteratif dengan tim powertrain untuk mengembangkan jalur terbaik untuk aliran udara karena mobil perlu bernapas bebas tanpa hambatan. Kami juga perlu mengakses air box dan harus bekerja di sekitar ruang bagasi belakang. Masalah lain adalah panas dan kebisingan mesin di kompartimen penumpang, karena penumpang tidak lagi duduk di belakang mesin tetapi ditempatkan langsung di depannya. Dan kami sangat sadar tentang kualitas udara kabin karena hukum telah berubah di Eropa dan tempat lain sejak C7, jadi kami bekerja sangat keras untuk mengurangi VOCs [volatile organic compounds]."
"Bahkan mencari cara untuk merakit mobil adalah tantangan," tambah Moss. "Dengan desain front-engine, Anda memiliki hood panjang dan kompartimen mesin besar, yang memberikan operator banyak ruang untuk membangun mobil dari dalam kompartimen, bahkan dengan beam bumper depan yang sudah diwakilkan. Pada Corvette mid-engine, dengan clip depan yang sangat pendek, kami menjaga depan mobil tetap terbuka saat kendaraan dibangun, lalu baut bumper depan."
"Ini cukup keseimbangan untuk mendapatkan bentuk yang tepat, sambil memastikan pemasok kami dapat memproduksi bagian dan tim kami di Bowling Green [pabrik perakitan Corvette berbasis Kentucky GM] dapat merakitnya," lanjut Basela. "Pada akhirnya, hanya ada satu komposit carryover dari badan C7 ke C8." Ini adalah SMC tough Class A, 1,2 specific gravity (SG) yang dikembangkan untuk Corvette 2016 dan digunakan dalam berbagai penutup eksterior pada kendaraan baru.
Arsitektur Kendaraan
Untuk empat generasi (C5-C8), Corvette telah menampilkan struktur badan tiga lapis, multi-material: frame, biasanya campuran aluminium atau logam — kali ini dengan bagian komposit terkatup serat karbon (CFRP); struktur badan, yang sebagian besar komposit terkatup untuk memanfaatkan fleksibilitas desain dan manufaktur; serta closeouts (panel badan) yang di-baut, yang komposit sejak debut Corvette pada Juni 1953. Struktur hibrid bertumpuk ini tidak hanya memberikan lightweighting yang terjangkau dalam volume produksi tinggi — terutama untuk mobil kelas performa ini — tetapi juga memungkinkan beberapa varian kendaraan diproduksi dengan investasi cetakan rendah. Faktanya, untuk C8 saat ini, GM berhasil memproduksi semua panel badan komposit Class A (inner dan outer yang terkatup) baik pada model coupé dasar maupun convertible menggunakan hanya 20 cetakan.
Selain itu, Corvette selalu dirancang dengan arsitektur atap terbuka, terlepas dari apakah mereka adalah convertible atau coupé dengan panel atap tetap atau dapat dilepas. Karena kendaraan atap terbuka umumnya kurang kaku daripada yang memiliki atap tetap, fokus penting untuk setiap teknik Corvette selalu menciptakan fondasi yang sekuat mungkin untuk meningkatkan suspensi dan pengendalian. Secara historis, tunnel (tempat transmisi dan drive shaft pada kendaraan front-engine) telah mendominasi struktur badan Corvette dan menjadi penguat kunci untuk mencapai kaku torsi yang tinggi. Dalam kasus Corvette baru, GM mencapai kaku yang lebih tinggi. Dengan atap dilepas, badan C8 kaku 53,78% dari kompetitor mid-engine berkinerja tinggi standar, 29,27% kaku dari kompetitor mid-engine berkinerja tinggi kedua, dan 13,79% kaku dari C7. Dua bagian komposit memberikan kontribusi penting pada kaku kendaraan—satu langsung terpasang pada struktur frame (beam bumper belakang) dan yang lain terpasang pada bawah badan (closeout tunnel bawah).
Struktur Frame
Frame C8 sebagian besar aluminium alloy dengan satu bagian CFRP yang dikembangkan untuk memenuhi target dolar-per-kilogram yang ketat dari GM. Di sisi lain, frame C7 seluruh aluminium dan C6 sebagian besar baja.
Satu-satunya bagian komposit yang langsung terpasang pada frame yang bepergian dengan body-in-white (BIW) melalui proses pelapisan karat elektroforetik (yang GM sebut ELPO), adalah beam bumper belakang CFRP yang unik. Bagian ini membantu mengakak frame dan berkontribusi pada performa dampak belakang. Bentuk lengkungnya — yang mungkin berkat proses baru yang disebut radius pultrusion yang dikembangkan oleh Thomas GmbH + Co. Technik + Innovation KG (TTI, Bremervörde, Jerman) — memungkinkannya untuk mencocokkan petunjuk gaya belakang dan muat di ruang paket yang terbatas sambil mempertahankan integrasi dimensi yang dekat dengan panas ruang mesin. Sebagai bagian pultruded lengkung pertama di industri otomotif (lihat fitur lengkap kami tentang bagian ini dalam edisi Mei 2020 CW), beam ruang dua kamar ini diproduksi oleh Shape Corp. (Grand Haven, Michigan, AS) pada peralatan yang dikembangkan dan dibangun oleh TTI. Beam ini berat hanya 1,3 kilogram dan memiliki mata kait tow yang terkatup/dibaut mampu menarik sebesar 25 kilonewton.
Struktur Badan: Bagian A
Hampir semua komponen struktur badan C8 adalah komposit dan terkatup dan/atau dibaut pada frame setelah frame melalui ELPO. Bagian komposit terperinci pada tingkat ini meliputi penutup bawah badan struktural dan lantai — yang akan kita bahas dalam edisi ini — dan bagasi depan dan belakang, saluran indusi dan sekeliling serta bulkhead belakang — yang akan kita bahas, bersama dengan panel badan dan hiasan, bulan depan.
Penutup struktural tunnel bawah yang dapat dilepas pada C8, yang bertindak sebagai pintu akses, berkontribusi lebih dari 10% pada kaku torsi kendaraan dan bertindak sebagai jalur pembeban utama saat tabrakan. Panel hibrid komposit ini terdiri dari tiga lapis preform serat kaca. Ini terdiri dari serat berkelanjutan/tenun dan potong/acak pada fraksi volume serat (FVF) 38%, dengan veil yang ditambahkan pada lapisan muka atas dan bawah setiap tumpukan untuk finishing permukaan yang ditingkatkan. Preform kaca diinterleaved dengan dua lapis preform yang dibuat menggunakan serat karbon standard-modulus Toray (Tokyo, Jepang) T700 12K dalam bentuk NCF biaxial fabric pada FVF 21% dan matrix vinyl ester (VE). Penutup ini diproduksi oleh Molded Fiber Glass Co. (MFG, Ashtabula, Ohio, AS) menggunakan proses PRiME (Prepositioned Reinforcement ensuring Manufacturing Excellence) miliknya, jenis liquid compression molding (LCM).
Selain satu penutup aluminium dekat roda belakang yang merupakan bagian dari cradle mesin, panel bawah badan yang tersisa terdiri dari SMC compression molded atau thermoplastik injection molded. Di antara manfaat lainnya, panel ini mengurangi turbulensi dan drag bawah badan, meningkatkan efisiensi bahan bakar dan menjaga kelembaban, debu dan batu keluar dari mesin dan driveline kendaraan. Selain itu, mereka memberikan fondasi dimensi untuk banyak antarmuka eksterior dan interior.
Panel SMC struktural yang padatnya rendah menawarkan formulasi baru (dalam kasus ini, 40% FVF chopped fiberglass/resin polyester (UP) tidak terjadwal) yang dikembangkan oleh MFG. Material ini disebut SMC "float" karena kepadatan setiap panel kurang dari 1,0 (SG rata-rata=0,97) dan oleh karena itu dapat terapung di air. MFG memproduksi semua bagian SMC dan LCM pada mobil.
Mobil juga menampilkan lantai hibrid yang dioptimalkan untuk lentur torsi dan perlindungan dampak tiang samping (melibatkan panel rocker dan tunnel, yang dengannya tergabung). Panel lantai menampilkan aluminium stempel yang menghadap kabin yang terkatup ke lembaran komposit 1,5-SG yang menghadap jalan (60 wt-% serat kaca berkelanjutan dan tenun/VE) yang diproduksi melalui proses PRiME. Sebelum heat-bonding kedua lapis dengan lem struktural poliuretana Pliogrip 9100 dari Ashland Global Holdings Inc. (Wilmington, Delaware, AS), MFG membersihkan dan menyiapkan material.
Semua bagian komposit yang langsung terkatup pada frame C8 terlebih dahulu diberi laser ablation, proses yang dikembangkan oleh GM, MFG dan Adapt Laser Systems LLC (Kansas City, Missouri, AS) untuk Corvette 2016, dan diadaptasi dari metode industri komposit untuk pembersihan cetakan. Laser ablation menggantikan pengasupan tangan dan mengurangi tenaga kerja, waktu dan biaya, menghilangkan debu dan meningkatkan repeatability. Jalur laser, sudut serangan dan tingkat energi dapat disesuaikan untuk setiap material dan geometri bagian. Untuk memaksimalkan fleksibilitas manufaktur, seluruh bawah badan, termasuk lantai, terhubung pada frame dan dirinya sendiri melalui perekat dan baut.
Dalam edisi Agustus CW, kami akan terus membahas inovasi komposit pada Corvette baru, melanjutkan dengan komponen tambahan pada tingkat struktur badan dan diakhiri dengan penutup eksterior (panel badan), ditambah hiasan dan peningkatan tambahan. Lihat Bagian 2.
