Итак, я рассказал про трансмиссию и про шасси. Сегодня речь пойдёт о кузове. Это, пожалуй, самая сложная часть проекта. Вот казалось бы, мотор и трансмиссия — куча сложных деталей, но в моём распоряжении для этого есть нужные станки и оснастка, кроме того, я знаю, как это делать. А вот для кузова нет ничего. Дело в том, что обычно для изготовления кузовных панелей используется различное довольно специфическое оборудование, которого ни у частного лица вроде меня, ни в университетских мастерских, конечно же, нет. И в этой статье я расскажу, какой выход я нашёл из этой ситуации. Вам интересно, что объединяет бумажных кошечек и суровый металл? Тогда приятного чтения.
Но сначала рассмотрим, как вообще производят элементы кузова. Есть, по сути, два стула пути - заводской и кустарный. Заводской, в принципе, относительно понятен — делаются штампы под каждую отдельную деталь, их устанавливают на прессовое оборудование, помещают между ними лист металла и — хлоп — панель готова.
Разумеется, что на самом деле это непростой процесс, в основном из-за изготовления штампов. Они очень дорогие в изготовлении и должны выдерживать сотни тысяч рабочих циклов. Хотя и тут есть исключения, например, для автомобилей ЗИС-110 штампы были изготовлены из сплава цинка с алюминием [1]. Это находится где-то на границе применимости для домашней мастерской. Сплавы типа ЦАМ-а довольно доступны и легкоплавки, при наличии 3D-принтера можно сделать форму и получить штампы методом литья. Теоретически, по крайней мере.
В другой интересной литературе нашлась информация об изготовлении штампов даже из дерева для мелкосерийного производства [2]. Это уже ближе к кустарным технологиям, но всё ещё не то, так как всё равно их надо как-то изготовить (вручную или на ЧПУ фрезере, например), а потом ещё и найти подходящий пресс. Стоит ли заморачиваться для штамповки одного экземпляра? Ответ очевиден.
Однако может быть что-то вроде штамповки всё же возможно в домашних условиях? В принципе да — я нашёл несколько роликов, где предлагалось изготавливать детали для радиоуправляемых моделей штамповкой в тисках или просто молотком с матрицей и пуансоном напечатанными на 3D-принтере. Ниже — одно из таких видео.
Я опробовал этот метод на днище коробки передач, что и описал в предыдущей статье, однако для больших деталей, вроде крыльев, этот метод на мой взгляд не очень подходит потому, что размеры штампов вырастут до неприличных, материал заготовки должен быть алюминий, а бесплатного алюминия таких размеров у меня не водилось, в отличие от бесплатной стали. Кроме того, алюминий скверно паяется и при необходимости соединить его с другими панелями я обзавёлся бы дополнительной проблемой.
Какие ещё можно применить технологии для придания формы тонколистовому металлу? Из глубины веков ведёт свою историю методика обработки железа молотком. Раньше этим путём делали доспехи (да и сейчас делают), а в наши дни могут и какой-нибудь элемент кузова забабахать. Правда, тут тоже есть варианты. Можно по хардкору, только молоток, наковальня, различные стойки, кузнечный горн и песчаная подушка, а можно со всякими новомодными штуками вроде английского колеса, шринкера со стретчером, вальцев и прочих девайсов. Результат будет одним и тем же, но требования к мастеру и трудозатраты несопоставимы.
Учитывая то, что опыта художественного выстукивания у меня нет и не было, как и времени для этого процесса, такой метод мне не подошёл. По большому счету, у меня и места для него подходящего не было, так как даже в цехе университета вряд ли стали бы терпеть постоянный длительный шум. Во всяком случае, вопросы бы возникли, а я старался делать свои работы без лишнего афиширования, хотя напрямую мне их никто не запрещал. Что же касается подходящего оборудования, то в нашей мастерской его, конечно же не было потому, что там таких работ не производят. То есть и этот путь для меня был закрыт.
Значит техническое задание вырисовывалось как изготовление изогнутых панелей кузова без какого-либо специального оборудования для обработки металла давлением (сложнее молотка), но при этом не требующее особых навыков. Я долго искал различные варианты и как-то набрёл на пост про бумажные низкополигональные модели. Вы, наверное, видели такие — это когда из бумаги делается выкройка полигонов с клапанами и потом всё это аккуратно склеивается вместе. И я понял — вот! Это моё! Достаточно только заменить бумагу на железо, а склейку на пайку и всё! Потом пройтись по этому сглаживающим алгоритмом (молотком с полукруглой головкой) для скругления полигонов и по лучшим традициям перекупов, обильно замазать автошпаклевкой. После обработки поверхности наждачкой можно будет сказать, что муха не сидела и дедушка только за хлебом ездил.
Ок, нужна только 3D-модель кузова. Я поискал в сети и на тот момент ничего в открытом доступе не нашёл. Это меня сильно огорчило. Опять же, платить за не вполне понятный результат (чёрт его знает, а сработает ли моя технология) мне не хотелось, поэтому я решил сделать модель самому. Значит надо было решать, как делать. Тут путей великое множество. Например, можно было использовать чертёжный CAD такой как тот же КОМПАС или SOLIDWORKS, но, признаться честно я не знаю его настолько хорошо, чтобы суметь правильно отрисовать там машину. По той же причине отпал и Blender. Казалось бы, я опять зашёл в тупик, но оставался ещё один вполне приемлемый вариант — сделать натурную модель кузова и отсканировать её.
Опыт трёхмерного сканирования у меня имелся, притом двумя разными способами. Во-первых, фотограмметрия. Для этого нужно сделать большое количество фотографий объекта с разных ракурсов и затем загрузить их в специальный софт, который уже и выдаст трёхмерную модель из облака точек. Я, помнится, использовал связку Meshroom и Meshlab, но это было давно и неправда. А ещё раньше был бесплатный Autodesk ReCap, который делал всё в облаке, но потом бесплатным он быть перестал.
Во-вторых, сканировать можно и при помощи Kinect от Xbox. Я игрался для этого с программой Skanect. Сейчас этот софт вроде бы уже угас (хотя существуют хорошие бесплатные альтернативы, например, RTAB-Map), но тогда был вполне рабочий.
Первый способ неудобен тем, что он очень чувствителен к освещению. Желательно, чтобы оно было равномерным со всех сторон. Также крайне желательно, чтобы камера снимала с одними и теми же настройками. Наилучшие результаты у меня получались на улице в облачный день. Дома традиционно получалось плохо. В Бильбао с облачной погодой всё нормально, но чтобы скан нормально получился, кузов надо бы подвесить, чтобы и низ нормально обработать, что создаёт проблемы с местом (где я это буду делать?) и ветром (пришлось бы ждать штиля). Ждать у моря погоды не хотелось, поэтому я решил, что Skanect мне подходит лучше. Вот только беда, что бесплатная версия ограничена 5000 полигонов, что мало. Но мне повезло, и один мой хороший испанский знакомый подогнал мне лицензию, за что ему большое спасибо!
Но это я несколько забегаю вперёд. Сначала мне нужно было сделать то, что я, собственно, и буду сканировать, то есть модель кузова. Как её делать? В случае реальных машин любят использовать глину, но очень сомневаюсь, что это хороший вариант для дома — результат выйдет неподъёмный. Поэтому я решил делать из картона с элементами папье-маше.
Смысл весьма прост — есть чертёж с несколькими видами машины, по ним делается выкройка, распечатывается и вырезается из картона нужный элемент. Из этих кусков картона склеивается силовой каркас кузова. Процесс очень напоминает сборку модели корабля. Сначала клеим киль и шпангоуты, потом набираем обшивку. Так и тут. Только в качестве шпангоутов идёт гофрированный картон от старых коробок, а на обшивку не доски, а рулонный гофрокартон, который обычно покупают для защиты поверхностей. Чтобы убрать щели сверху можно наклеить бумагу. Склейка силовых элементов и обшивки производилась клеевым пистолетом на термосопли. Бумага клеилась на ПВА.
Тут, наверное, стоит заметить, что в ходе процесса сборки этой модели кузова я постепенно начал представлять, как всё будет на самом деле, то есть, примерно оценивать сложность работ. Ведь что я делал? Я брал довольно плоские куски картона, гнул и клеил их друг к другу. Для больших панелей кузова будет справедлива та же самая операция и с металлом. Только вместо склейки — пайка. Исходя из уже увиденного, можно понять, что боковые панели кузова, а также капот (как боковины, так и крышка) не будут особенно сложны в изготовлении. Вероятно, понадобятся только шаблоны для правильного изгиба и в некоторых местах, наверное, мини-шпангоуты а-ля рёбра жёсткости (например на капоте).
Наиболее сложными в изготовлении поверхностями окажутся те, которые имеют наибольший радиус изгиба. Меня прежде всего заботили крылья, хотя скругления крыши тоже весьма круты.
Преимуществом такого подхода явилось то, что можно было сразу проверить, как всё работает, например, не задевают ли колёса за крылья при большом ходе подвески или повороте. Также можно было просто вносить некоторые изменения в общий вид машины, просто по месту.
Я уверен, что всё это можно было сделать и в CAD, и может быть я бы даже потратил меньше времени на изучение нужных функций и само черчение вместе взятое, но на самом деле мне было в кайф делать то, что я делал, ведь это можно потрогать, окинуть это взглядом инженера и сказать «какой же я молодец!». А 3D-модель — это что-то эфемерное и таких эмоций не доставляет.
Когда я наконец завершил работу над кузовом, настала пора его сканировать. Однако делать это с моей натурной моделью как есть было бы плохой идеей, ведь окна создадут пустоты внутри скана и огромную кучу мусора и разнообразных артефактов. Поэтому окна я заклеил изнутри таким образом, что создавалось впечатление утопленного вглубь стекла. Заклеивал через отверстие внизу кузова, которое было ранее вырезано под двигатель. Затем и это отверстие было закрыто.
После этого я подвесил кузов к люстре в гостиной и стал вальсировать вокруг него с Kinect. В принципе, все было просто, нужно было без резких движений заснять объект со всех сторон. Как это было — видно в ролике ниже.
Skanect экспортирует в нескольких различных форматах, но подходит любая сетка. Я использовал STL. Его я позже загнал в Meshmixer, где убрал ненужное и залатал дыры. Там же я подготовил модель переднего крыла, которое и послужило полем для первых экспериментов.
Я считаю, что скан получился очень неплохим и последующее редактирование привели его в хорошую форму. То есть, хотя бы для этого этапа выбранная технология подошла. Теперь предстояло получить выкройку крыла. Возможно, самый известный софт для этого — Pepakura. Однако, она не бесплатная и тут никто со мной лицензией не поделился. Честно говоря, я уже запамятовал, чем конкретно я пользовался. Возможно, это был онлайн-сервис PaperMaker (картинка ниже именно оттуда), может что-то другое. В любом случае есть несколько бесплатных альтернатив, например аддон к Блендеру.
Получив выкройку, я первым делом склеил модель из бумаги, чтобы убедиться в правильности размера и вообще в выполнимости операции. Первый образец получился меньше и я пересчитал масштаб и склеил вторую версию крыла. Убедившись, что на этот раз всё верно, я приступил к изготовлению элементов выкройки — уже из железа толщиной 0.5 мм. Такое железо имело ряд преимуществ: первое — оно у меня было, второе — оно довольно легко поддавалось изгибу и резанию. И это было важно, так как для этого я использовал ножницы по металлу — хорошая замена эспандеру. После этого я приступил к пайке полученных частей. Выдержку из этого процесса можно наблюдать на следующем видео. Оно довольно скучное (можно смело проматывать), но зато даёт представление об объёме работы, необходимом для изготовления одного крыла. Сколько точно времени у меня ушло на одно крыло не скажу, но точно это измерялось часами.
Для пайки я использовал китайский аналог припоя ПОС60 с температурой плавления около 185 градусов Цельсия. Местами я использовал другой припой, его состава я точно не знаю, но что-то близкое к чистому олову. Низкая температура плавления была важна, так как паял я хоть и не медь, но материал будущего крыла очень неплохо отводил тепло.
Собранное крыло выглядело коряво, как, впрочем и должно. Теперь самый интересный момент — сглаживание. Именно он должен был решить, удастся ли моя затея или нет. Я раздобыл самый большой молоток с наименьшим радиусом скругления головки, который можно было найти в наших универовских мастерских. Также я достал обрезок какого-то офигенно большого стального кругляка в качестве наковальни и ещё нашел пару слоёв трёхмиллиметровой резины, необходимой для имитации песчаной подушки, то есть для вытягивания моих полигонов. После чего оставалось лишь сделать дело.
Получилось в принципе, более-менее удобоваримо. Конечно, далеко не все паяные соединения выстояли, кое-где оторвало соединительные клапаны (место их изгиба иногда было ослаблено), кое-где оторвалась пайка (где была плохой изначально), но это всё были мелочи и паяльник всё исправил. Я остался доволен результатом, тем более, что он всё равно был промежуточным. Мне сложно сказать, какие минимальные радиусы изгиба можно получить таким методом, думаю, что это будет ограничено больше тем насколько сложно будет паяль мелкие полигоны. В моём случае минимальный радиус изгиба (там, где это действительно дуга) — около 25 мм, что на мой взгляд, достаточно для большинства мест в кузове моей машины, благо, на самом деле мест, где нужен действительно крутой изгиб не так много. В основном, как это и показала моя картонная модель, зачастую достаточно цельных листов. Кроме всего перечисленного мне приходили в голову мысли, что иногда треугольные полигоны — не лучший вариант для изготовления выкройки, однако мне неизвестно как можно было сделать это лучше, а написать специальный софт для построения таких выкроек я не способен.
Для дальнейшей обработки крыла нужно было работать с капотом и днищем. Успел я сделать только днище, потом сроки моего пребывания в университете подошли к концу, так как к тому моменту я уже успешно защитился.
Кроме мероприятий с крыльями и листом днища, я успел сделать ещё пару любопытных, на мой взгляд элементов, которые с некоторой натяжкой можно отнести к кузову. Это корпуса фар и чехол для запасного колеса (я сделал пять колёс, если вы помните мою предыдущую статью). На этих детальках я опробовал технологию ротационной вытяжки, к которой давно хотел приложить руку, но оборудование не позволяло. Технология очень простая. Есть оправка круглой формы, которая повторяет деталь, которую мы хотим получить. Она зажимается в токарный станок и к ней вращающимся центром или чем-то другим плотно прижимается тонкая листовая заготовка. Всё это благополучно раскручивается и далее на вращающуюся заготовку давят, в принципе, чем угодно, это может быть ролик, или просто металлический штырь с гладким концом (лучше полированным). Материал заготовки начинает вытягиваться и «облегает» оправку. В результате из листа получается деталь вращения с тонкими стенками. Если бы сова была плоской, то ротационная вытяжка была бы идеальным способом натянуть её на глобус.
Оправки я делал из ДСП и дерева. На самом деле, не очень важно из чего они, если это не массовое производство — в моём случае износ минимальный, а изготовление не представляет никаких сложностей.
А вот материал заготовки важен. Лучше всего подойдёт что-то пластичное, вроде меди или чистого алюминия. Однако для чехла подходящей цветной заготовки не было и я использовал железо. Его бы стоило отжечь перед обработкой для размягчения, но у меня нечем было такую большую заготовку отжигать, поэтому делал как есть.
На этом этапе машина повисла в воздухе более чем на два года, и я начал возвращаться к ней только сейчас, да и то работы проходят очень небыстро, ведь количество свободного времени существенно сократилось. Тем не менее, по поводу опробованных технологий я могу уверенно заявить, что с их помощью вполне можно изготовить весь кузов моей модели, что и будет сделано через некоторое время. Правда, по прошествии четырёх лет с начала этого проекта мне пришлось пересмотреть его цель (да, она у проекта изначально была, я не просто так хотел себе ретромашину), а вместе с ней и несколько изменить общий вид автомобиля под новые требования. Однако, об этом я расскажу в следующий раз, чтобы не утомлять вас чрезмерным количеством букв.
Список литературы:
[1] Л.М. Шугуров, Автомобили России и СССР Количество страниц: 400; ISBN. 5-87483-004-9
[2] К.И. Билибин, В.П. Григорьев, Холодная штамповка. Учебное пособие. 2010
Может быть интересно:
Новости, обзоры продуктов и конкурсы от команды Timeweb.Cloud — в нашем Telegram-канале ↩