Corvette C8 2020 : Un chef-d'œuvre d'ingénierie composite

Plus tôt cette année, la première série de voitures de sport Chevrolet Corvette de huitième génération (C8) de General Motors Co. (GM, Detroit, Michigan, États-Unis) est sortie de la chaîne d'assemblage de GM à Bowling Green, Kentucky, États-Unis. Décrite comme la « Corvette d'entrée de gamme la plus rapide, la plus puissante » de l'histoire de 67 ans du modèle, c'est aussi la Corvette la plus intensive en composites, et la première à présenter une configuration moteur central. Non seulement la Corvette Stingray 2020 est belle et rapide, mais elle est équipée d'une multitude de caractéristiques de luxe. Cependant, ne vous laissez pas tromper par les beaux looks et les temps de piste rapides : il y a beaucoup d'innovation composite sur cette voiture. La couverture en deux parties de CW sur l'utilisation des composites dans ce véhicule a commencé dans le numéro de juillet 2020. Ceci est la partie 2.

Structure de carrosserie : partie B

La nouvelle Corvette comporte non pas un mais deux coffres qui, combinés, contiennent 12,6 pieds cubes/0,36 m³ de chargement. Les deux coffres sont produits en résine vinylester-polyester insaturé (VE-UP) avec 42 % en poids de fibres de verre hachées, mais utilisent des procédés différents dictés par la géométrie et les exigences mécaniques. Le coffre avant (frunk) est en SMC (Sheet Molding Compound) « float » à gravité spécifique (SG) 0,95 moulé par compression, tandis que le coffre arrière est formé via le procédé exclusif PRiME (Prepositioned Reinforcement ensuring Manufacturing Excellence), une variante de moulage par compression liquide (LCM). Le SMC float et le procédé PRiME ont été développés par le transformateur Molded Fiber Glass Co. (MFG, Ashtabula, Ohio, États-Unis). MFG a produit toutes les pièces structurales SMC et LCM de la voiture.

« Bien que les deux espaces soient caractérisés par des parois à faible angle et long tirage, le frunk est plus petit que le coffre arrière et pouvait être moulé par compression », explique Chris Basela, ingénieur principal structure carrosserie Corvette. « Le coffre arrière nécessitait une performance mécanique plus élevée et était une géométrie difficile à remplir avec une charge SMC. Comme le procédé PRiME nous permet de changer la longueur des fibres, nous avons pu utiliser un renfort prépositionné plus long dans notre préforme. Faire couler la résine [pas le verre] s'est avéré la meilleure approche. »

Une ingénierie astucieuse et un nouveau matériau étaient clés pour refroidir le moteur de la C8. De multiples chemins de refroidissement primaires (entrées arrière derrière chaque porte, ventilations passages de roue avant, entrées de refroidissement extérieures) alimentent des conduits d'admission hautement complexes qui canalisent l'air à travers le véhicule et à travers le moteur, avant éjection par des vents en maille aluminium et appliqués SMC de chaque côté de la cloison vitrée qui met en valeur le moteur Corvette. Les appliqués sont faits avec le SMC float (SG 0,95) de MFG (verre haché/résine UP-VE). Faible en composés organiques volatils (COV), le matériau réduit les émissions et élimine le besoin de résonateurs sur les conduits d'admission arrière, tout en réduisant coût et masse (2,4 kilogrammes) versus technologies alternatives.

Le cadre arrière massif, visible par le client – 64 sur 69 sur 24 pouces (163 sur 175 sur 61 cm) – qui entoure la moitié arrière du compartiment passagers – est moulé par compression en SMC durci 1,2 SG. Ce matériau hybride renforcé comporte fibre de carbone à 15 % fraction volume fibres (FVF) et fibre de verre à 30 % FVF, avec résine UP faible COV, formulée pour résister à la chaleur du compartiment moteur. Le cadre forme la base dimensionnelle pour tous les panneaux extérieurs et intérieurs arrière, yet un design flexible permet son utilisation pour plusieurs variantes de modèle. Grâce à une consolidation significative de pièces, les fixations secondaires ont été éliminées, augmentant l'espace intérieur, réduisant bruit/vibrations/dureté (NVH), offrant meilleure structure et étanchéité carrosserie, améliorant visibilité hayon arrière et réduisant masse (15 %) et coût versus cadre sortant. « Donnée la taille de cette pièce, presque 6 par 6 pieds de haut et 2 pieds de profondeur, nous avons dû faire couler le matériau en montée dans le moule, donc nous étions tous un peu inquiets sur ce premier tir », se rappelle Basela.

Également intéressant est le cloison (cadre milieu fenêtre), qui a été formulé sur mesure par MFG pour résoudre les défis de haute chaleur et bruit, puisque cette partie de l'habitacle se trouve directement au-dessus du moteur V8. Renforcement fibre de verre combiné avec charge graphite béryllium dans résine VE-UP faible COV atténue la transmission sonore dans l'habitacle si efficacement qu'il a éliminé le besoin de contre-mesures d'insonorisation secondaires. Cela a à son tour réduit coûts, augmenté espace intérieur et confort passager, et amélioré étanchéité carrosserie et NVH. « Avec une gravité spécifique de 2,2, c'est la première pièce composite qu'on m'a demandé d'ajouter de la masse plutôt que d'en enlever », rit Basela.

Fermetures et garnitures

Les panneaux extérieurs de carrosserie sont tous collés (intérieur/extérieur), peints, SMC durci 1,2 SG (22-28 % FVF fibre de verre/résine UP, selon composant) de Continental Structural Plastics (CSP), une entreprise du groupe Teijin (Auburn Hills, Michigan, États-Unis). En boulonnant des fermetures composites, GM obtient le style agressif, l'aérodynamique et l'intégration de refroidissement fonctionnel de la C8, avec allègement rentable sur plusieurs variantes de modèle en utilisant des pièces communes. Tous les panneaux sont peints en ligne sur un système « skuk » en position véhicule, en utilisant le processus innovant de ponçage humide robotisé de Bowling Green.

Une autre innovation implique l'utilisation d'une mousse élastomère silicone thixotrope monocomposant appliquée au dos des portes de service SMC, situées dans le coffre arrière (une sur coupé, deux sur cabriolet), permettant l'accès client au système de filtration d'air. En raison de la proximité du compartiment moteur, la mousse élastomère haute performance foam-in-place (FIP) (Silastic 3-8186 de Dow, Inc., Midland, Michigan, États-Unis) a été spécifiée pour survivre à des températures d'utilisation continue jusqu'à 392 °F/200 °C tout en fournissant un joint durable avec excellente résistance à la compression permanente, même après cycles répétés ouverture/fermeture. GM rapporte que la plupart des autres mousses et joints découpés auraient soit fondu, soit cassé sous exposition continue à de telles températures. Après distribution, le joint appliqué est traité thermiquement à 167 °F/75 °C pendant 10 minutes pour expanser la mousse, éliminant coût et déchets de découpe. Les portes elles-mêmes sont en SMC durci (42 % FVF verre dans matrice VE-UP). Des pare-chaleur, produits par Gentex Corp. (Carbondale, Pennsylvanie, États-Unis) utilisant tissus aramides Kevlar aluminisés résistants chaleur/abrasion (fibres de DuPont de Nemours, Inc., Wilmington, Delaware, États-Unis), fournissent une protection thermique supplémentaire aux intérieurs de portes.

GM a également utilisé son système de balançage de roues de précision entièrement automatisé de deuxième génération sur la C8. Développé avec The 3M Co. (St. Paul, Minnesota, États-Unis) et ESYS Automation (Auburn Hills, Michigan, États-Unis), les masses d'équilibrage composites haute densité (5,8 SG) avec propriétés magnétiques adaptées ont remplacé les masses métalliques estampillées traditionnelles en acier peint, zinc ou plomb qui ont une masse spécifique et doivent être appliquées manuellement sur les roues. Le nouveau système utilise de grandes bobines de ruban extrudé avec support adhésif contenant 67 % en volume d'alliage acier post-industriel, résistant à la corrosion, entièrement recyclable, dans une base fluoropolymère. Le système automatisé examine chaque roue, puis coupe et applique des segments de ruban à poids personnalisés en incréments plus petits et précis pour améliorer le roulement et réduire l'usure des pneus. Il réduit aussi temps et coûts d'assemblage, simplifie l'inventaire, élimine rebuts et main-d'œuvre et est offert en plus de couleurs que les masses métalliques.

Toits de coupé disponibles en trois niveaux de finition : peint, SMC durci faible densité (de CSP) ; transparent, polycarbonate (PC) durci ; et carbone composite clear-coated/visible weave avec bords peints (de deBotech Inc., Mooresville, Caroline du Nord). CSP fournit aussi plusieurs panneaux SMC durci 1,2 SG Classe A pour systèmes de toit rétractable modèle cabriolet.

Autres panneaux garnitures extérieurs : fascia avant supérieur et inférieur en polyoléfine thermoplastique (TPO) moulé en couleur (MIC), ce dernier avec conduits intégrés pour diriger air vers freins (pack Z51 seulement) et échangeurs thermiques extérieurs. Grille extérieure et ventilations frein en ABS (acrylonitrile butadiène styrène) peint.

La fascia arrière supérieure est en TPO moulé en couleur (MIC), mais l'ensemble fascia arrière inférieur est Classe A peint, SMC 1,2 SG (verre/résine UP), en raison de la proximité de la pièce avec les sorties d'échappement chaudes. L'excellente performance mécanique du SMC a permis à GM de concevoir un porte-à-faux arrière court non supporté et d'utiliser des espacements plus grands entre fixations sans affaissement. Le SMC répartit aussi efficacement les charges sur une plus grande zone lors de chocs arrière à basse vitesse que les thermoplastiques. Supports et capteurs stationnement arrière sont collés au SMC. Ce serait la première fois que des fascias pare-chocs SMC sont utilisés sur véhicules haut volume.

Appliqués hayon arrière : panneau supérieur en PC/ABS peint, SMC avec maille aluminium pour vents latéraux et appliqué inférieur SMC pour accommoder charge thermique directement au-dessus du moteur. Ces panneaux SMC sont produits par Quantum Composites Inc. de LyondellBasell (Bay City, Michigan, États-Unis). Interrupteurs ouverture portes en PC/ABS, ventilation admission air arrière en SMC. La voiture de base a un aileron ABS soufflé peint et la grille sortie air arrière est ABS moulé par injection peint. Appliqués pilier A et en-tête en ABS peint, comme coques rétroviseurs extérieurs et grilles entrée radiateur. Selon pack option, un sous-aile avant SMC durci et soit un diffuseur/séparateur avant TPO soufflé ou carbone composite clear-coated/visible weave carbone/époxy produit par deBotech avec préimprégné de Solvay Composite Materials (Alpharetta, Géorgie, États-Unis) contribuent stabilité aérodynamique supplémentaire. Un diffuseur arrière en SMC durci s'accouple à la fascia arrière inférieure en SMC Classe A peint de MFG.

Le pack garniture carbone premium comporte divers accents carbone clear-coated/visible weave intérieur/extérieur : coques rétroviseurs, insert grille avant, séparateur avant, aile accessoire, caches compartiment moteur, plaques commutateurs portes intérieures, moulures bas de caisse, entourage cluster tableau de bord, caches poignées portes, appliqués quart, plaque contrôle conduite. Ces composants sont produits par deBotech, SMI Composites LLC (Comer, Géorgie, États-Unis) et Plasan Carbon Composites (Wixom, Michigan, États-Unis).

Technologie d'avancement

La Corvette 2020 a déjà remporté de nombreux prix prestigieux de l'industrie, dont Voiture de l'année 2020 MotorTrend, Prix Partenariat PACE (Premier Automotive supplier Contributions to Excellence) 2020 Automotive News, et plusieurs prix de la Society of Plastics Engineers (SPE), dont Prix Équipe Ingénierie Véhicule 2019. « Bien que l'architecture moteur central du nouveau Stingray ait dominé les gros titres, peu importe où le moteur est – devant ou derrière le conducteur – depuis huit générations, les Corvettes ont toujours fait progresser l'état de l'art en technologie matériaux automobiles », ajoute Tadge Juechter, ingénieur chef exécutif-Global Corvette. « Faire progresser la technologie est au cœur de ce que nous faisons. »