СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСКОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ КОЛЕС - Современные проблемы науки и образования (научный журнал)

Информация о статье

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИСКОВ АВТОМОБИЛЬНЫХ КОЛЕС

Колесо, обеспечивая движение автомобиля, воспринимает все усилия и моменты, действующие между дорогой и автомобилем, и должно надежно противостоять ударным и циклическим нагрузкам [9; 14].

При всем многообразии диски колес можно классифицировать по отдельным группам (рис. 1).

Сегодня основными факторами, определяющими технический уровень автотранспортного средства и направления его развития, являются материалы и конструкции, способные облегчить автомобиль, снизить расход топлива, повысить экономический и экологический аспекты [13].

Примерно до середины ХХ века диски колес автомобилей изготавливали путем раскатки и штамповки из стальной полосы с последующей сваркой, что обеспечивало их дешевизну и сравнительную близость к стандартным размерам. Невысокая точность геометрии и несбалансированность дисков колес, получаемых при такой технологии, не считались существенными недостатками из-за умеренных требований к скоростным характеристикам автомобилей тех времен.

Рис. 1. Классификация дисков автомобильных колес [14].

С ростом скоростей и требований безопасности недостатки стальных штампованных дисков колес становились все более ощутимыми. В то же время развитие технологий проектирования и производства шин способствовало существенному повышению их геометрической точности и снижению неоднородности.

В 30-50-е годы прошлого века на гоночные автомобили начали устанавливать алюминиевые диски. В отечественной промышленности попытки производства дисков из алюминиевых, магниевых и титановых сплавов делали в 80-е гг. ХХ в.

В наше время все большее применение находят диски из алюминиевых сплавов – штампованные и литые, при этом наибольший ассортимент литых дисков производится за рубежом, а практически все штампованные приходятся на российских производителей [9].

Анализ современных технологий изготовления дисков автомобильных колес

В настоящее время наиболее распространены следующие технологии производства колёс из алюминиевых сплавов: объёмная штамповка и раскатка; литьё под низким давлением и комбинация литейных и деформационных способов получения элементов, их сварка или болтовое соединение [12].

Объёмная штамповка в неразъёмных или разъемных матрицах. При горячей штамповке (ковке)достигается наивысшая прочность, поскольку структура металла становится волокнистой, а направление этих волокон – изначально заданным. Недостаток штамповки – большой процент отходов, что увеличивает цену изделия [12].

В России используют технологию объемной горячей штамповки, процесс которой осуществляют в несколько этапов. На первом этапе небольшую цилиндрическую болванку (слитки, из которых делают диски колес, имеют форму цилиндрических столбов различного диаметра, которые нарезают на болванки нужной длины) на первом прессе осаживают, превращая в диск. Затем этот диск проходит несколько прессов, имеющих различное усилие, постепенно превращаясь в окончательную заготовку. На определенном этапе, еще в заготовке, прошивают центральное отверстие.

Перед каждым прессованием заготовку и рабочие штампы нагревают до температуры в несколько сотен градусов. Сами прессы, несмотря на достаточно большую мощность (до 20 тыс.т), производят горячую штамповку медленно. Нагрев и малая скорость деформирования исключают возможность возникновения нежелательных разрывов и трещин в теле заготовки.

Полученную заготовку закаливают и подвергают искусственному старению. Затем, после многочисленных проверок и выборочного контроля качества заготовки (структура волокон), она проходит механическую обработку на токарных и фрезерных станках, в результате превращаясь в готовое изделие.

При пластическом деформировании за счет измельчения кристаллической решетки и ликвидации внутренних микродефектов металл упрочняется. Благодаря такой технологии с формированием у металла волокнистой структуры прочность дисков колес получается выше, чем у остальных, в 2,5 раза, а пластичность ниже всего на 20–30%. Можно делать стенки на 20% меньшей толщины по сравнению с литыми. В результате вес такого диска на 15–20% ниже литого и на 40–50% стального штампованного.

Имеется еще один существенный недостаток данной технологии. В процессе формирования в колесо превращается лишь 30–40% исходного материала. Остальное выгорает в печах и особенно много уходит со стружкой. Эти отходы можно переплавить и снова пустить в производство, но себестоимость значительно повышается. Однако такие диски при эксплуатации хорошо противостоят неровностям и ухабам. Расколоть качественный кованый диск колеса почти невозможно. В случае небольшого замятия их можно отреставрировать, хотя любое воздействие на такой диск все равно нарушает его структуру (рис. 2) [12].

Рис. 2. Схема цикла производства кованых дисков колес [12].

Объёмная штамповка и раскатка. Суть этого способа изготовления заключается в штамповке заготовок до оформления ступицы, полотна с прилегающей ребордой и цилиндрической частью, с последующим формообразованием из нее обода и реборды. Производят формообразование обода и реборды роликом с обжатием до размера, превышающего толщину обода на величину калибровки. Калибровку обода и реборды осуществляют калибровочным роликом, профиль поверхности которого аналогичен профилю обода и реборды готовой детали [7].

Преимущество процесса раскатки перед штамповкой состоит в том, что благодаря использованию локального деформирования с вращением сохраняется мелкодисперсная структура диска, возможно получение дисков большого диаметра и сложной формы при незначительных усилиях [15].

Литье под низким давлением (ЛНД). Важное преимущество ЛНД – возможность получения при минимальных величинах давления высококачественных литых заготовок при одновременном снижении материальных, энергетических и трудовых затрат при их изготовлении [1-4; 6].

Недостаток данного способа заключается в том, что изделие обладает так называемой свободной, ненаправленной кристаллизацией. Это вынуждает конструкторов делать стенки дисков достаточно толстыми для обеспечения требуемой механической прочности [17].

Различные партии литых дисков колес могут несколько отличаться по характеристикам друг от друга. Любое изменение технологии, химического состава сплава и т.п. может несколько изменить свойства готового изделия. Поэтому производители для отслеживания качества своей продукции осуществляют стопроцентный рентгеновский контроль дисков колес и проводят исследования структуры металла и свойств готовых изделий [19].

Сущность литья под низким давлением (ЛНД) заключается в том, что заполнение полости формы расплавом и затвердевание отливки происходит под действием избыточного давления воздуха или инертного газа. При этом для подъема расплава и заполнения формы требуемое избыточное давление менее 0,1 МПа, чем и объясняется использование термина «низкое давление» (рис. 3).

Рис. 3. Принципиальная схема ЛНД в кокиль [17]: 1 – печь с электронагревом;

2 – металлопровод; 3 – газообразная среда под давлением; 4 – проставка;

5 – литейный стол; 6 – кокиль; 7 – подвижная прижимная плита.

Технология ЛНД позволяет провести заполнение формы для протяженных тонкостенных отливок, в широких пределах регулировать скорость заполнения формы расплавом, изменять продолжительность заполнения отдельных участков формы отливок сложной конфигурации с переменной толщиной стенки с целью управления процессом теплообмена между расплавом и формой, добиваясь рациональной последовательности затвердевания отдельных частей отливки [11].

Самым крупным в России и одним из ведущих в мире заводов по производству легкосплавных колесных дисков является ООО «КиК» (рис. 4).

Рис. 4. Схема цикла производства литых дисков колес.

Комбинация литейных и деформационных способов. В работах [10; 11; 20] показано, что одним из перспективных процессов для производства заготовок сложно-профильных объемных алюминиевых деталей является комбинация литейных и деформационных способов.

Процесс жидкой штамповки кристаллизующегося металла совмещает достоинства литья под давлением и горячей объемной штамповки.

Оценка возможности изготовления жидкой штамповкой дисков автомобильных колес диаметром 17 дюймов из алюминиевых сплавов А356.2 и 6061 описана в работе [21]. Показано, что при этом способе изготовления автомобильных дисков достигается более плотная и однородная структура, повышаются механические свойства и устраняются литейные дефекты.

Другим не менее перспективным способом получения автомобильных дисков является процесс изготовления дисков методом литья под низким давлением с технологией раскатки обода (рис. 5), который способствует достижению легкости и высокой прочности обода диска.

Диски с раскаткой обода имеют эксплуатационные качества кованых дисков по цене литых [18].

В работе [22] для изготовления дисков автомобильных колес предложена технология Flow Forming – технология раскатки обода, позволяющая снизить вес обода на 20% по сравнению с традиционной технологией, при этом увеличивая прочностные качества обода на 35–40%.

Рис. 5. Технология литья с раскаткой обода [20].

В работе [5] описывается способ изготовления дисков методом литья и изготовления обода по технологии МАТ, который позволяет добиться характеристик, приближенных к характеристикам кованых дисков и снизить вес на 10–15%.

Таким образом, как показывает анализ современных способов изготовления дисков автомобильных колес, наиболее перспективными являются литье под низким давлением и комбинация литейных и деформационных способов.

Крушенко Г.Г., д.т.н., профессор, главный научный сотрудник Института вычислительного моделирования СО РАН, г. Красноярск.

ПрошкинА.В., д.т.н., профессор, начальник ЛУФМ департамента технологий ООО «РУСАЛ ИТЦ», г. Красноярск.

Библиографическая ссылка

URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=15005 (дата обращения: 22.11.2017).

кандидатов и докторов наук

на статьи, авторефераты, диссертации, монографии, учебники, учебные пособия

Современные проблемы науки и образования

Журнал издается с 2005 года. В журнале публикуются научные обзоры, статьи проблемного и научно-практического характера. Журнал представлен в Научной электронной библиотеке. Журнал зарегистрирован в Centre International de l'ISSN. Номерам журналов и публикациям присваивается DOI (Digital object identifier).

Источники: http://science-education.ru/ru/article/view?id=15005

Материалы: алюминий и магний.

Наиболее используемый материал при изготовлении легкосплавных колес это алюминиевый сплав.

Наиболее широко используемые сплавы это:

g-AlSi7: Сплав из алюминия и кремния, используется при производстве колес OEM и Aftermarket. Этот сплав хорошо переносит термическую обработку и на 20% лучше выдерживает механические нагрузки, что делает его наиболее популярным и используемым при производстве.

g-AlSi10/11: Сплав из алюминия и кремния, наиболее используется при производстве колес Aftermarket. Почти не используется при производстве ОЕМ так как по сравнению с g-AlSi7 хуже поддается термической обработке и менее устойчив к нагрузкам и механическому сопротивлению в целом.

Легкосплавные колесные диски могут изготавливаться также из магниевых сплавов.

Использование сплава магния редко находит применение в этой отрасли ввиду непригодности для полного срока службы колеса, и такое колесо требует ухода при эксплуатации. Потому магниевые сплавы используются только при производстве колес для категорий racing и“supercar”.

Литье заготовки осуществляется по двум технологиям:

Гравитационный метод (Gravity): Используется в основном для сплавов g-AlSi10/11. Эта технология предусматривает заполнение пресс-формы жидким, разогретым до 700° сплавом алюминия по принципу гравитации (отсюда и название) или свободного падения и заполняет ее полностью придавая сплаву начальную форму колеса.

Литье под низким давлением (Low pressure): Используется в основном для сплавов g-AlSi7. В этом случае разогретый до 700°, жидкий сплав алюминия поступает в пресс-форму под давлением в 1.2/1.5 Bar. Таким образом, сплав под давлением лучше проникает во все участки пресс-формы и заполняет ее полностью, предотвращая образование пустот и неровностей.

Композиты и альтернативные технологии.

Развитие технологий позволяет экспериментировать с новыми материалами и технологиями производства легкосплавных колесных дисков.

Вот несколько примеров:

- Колесные диски из композитных материалов (Карбон).

- Колесные диски из штампованного алюминиевого сплава.

В настоящее время, несмотря на усилия многих компаний, единственная технология, которая может гарантировать самые высокие показатели по качеству это штамповка из сплава алюминия (OEM Porsche Turbo, BMW Perfomance, Lamborghini, Ferrari 458, 599, Aston Martin). Все остальные технологии позволяют получить качественные колеса на уровне прототипов, но не позволяют перейти на массовое производство.

Производственный цикл: другие фазы обработки после литья.

Стандартный производственный цикл легкосплавных колесных дисков включает в себя кроме литья (первая фаза) следующее:

- термическая обработка (в случае если сплав g-AlSi7);

- зачистка от заусенцев и полировка;

Контроль во время производства.

Производственный цикл легкосплавного колеса предвидит следующие этапы контроля:

- Литье. Проверка с помощью Х лучей и анализ сплава.

- Механическая обработка. Проверка размеров и геометрии.

- Механическая обработка. Балансировка и центровка.

- Покраска. Хроматический контроль.

- Покраска. Измерение слоя покрытия.

- Упаковка + другие фазы. Визуальный контроль на наличие эстетических дефектов.

Официальный импортер WSP Italy в России

• Главная
• Каталог
• Статьи
• Отзывы
• Сопутствующие товары
• Контакты
• Доставка и оплата
• Распродажа

Залог правильного выбора — грамотная консультация. Пообщавшись с Денисом, вы будете знать о легкосплавных колесных дисках абсолютно всё. Он — не просто хороший специалист. Это человек, делающий своё дело с душой.

Как говорит сам Денис, каждый рабочий день приносит ему удовольствие. Ему нравится решать разносторонние и интересные задачи, способствующие его профессиональному и личностному развитию. Он уверен, что настоящий профессионал — это не только знания, ум, желание учиться, но ещё и отзывчивое сердце.

Денис знает ответы на все ваши вопросы по направлению, а если вопросов у вас нет, то он их задаст сам. Он знает, как найти максимально точное решение для каждого конкретного случая.

Ирину справедливо называют настоящим экспертом в вопросе подбора дисков на авто. Она знает, как помочь клиенту получить то, что ему нужно, и способствовать при этом его хорошему настроению.

Ирина – это в первую очередь хороший психолог. Она знает, как понять, что нужно клиенту и правильно подобрать именно тот продукт, который необходим. Как признается сама Ирина, она чувствует ответственность за каждого доверившегося ей клиента и всегда стремится оправдать его ожидания.

Помимо навыков, необходимых для профессионального подбора дисков, Ирина обладает очаровательной внешностью и приятным голосом. Убедитесь в этом сами – звоните Ирине по телефону или заходите на ее страничку в Вконтакте. Несомненно, вам понравится с ней сотрудничать.

Источники: http://wheelscompany.ru/ru/information/info-146.html

Производство при помощи гравитационного литья

Подавляющее большинство легкосплавных дисков изготавливаются посредством использования метода гравитационного литья. Одним из главных достоинств этого метода является высокий коэффициент использования материала, благодаря чему, себестоимость производства существенно снижается. Именно это и является определяющим фактором при формировании цены (литье в 2-3 раза дешевле ковки).

В качестве конструкционных материалов широко используются относительно дешевые сплавы на основе алюминия. Алюминий является одним из наиболее легких металлов, что в сочетании с высокой прочностью его сплава, способствует снижению веса диска.

Если сравнивать со стальными изделиями, то алюминиевые диски легче на 10-20%, что является их основным преимуществом. Ведь в таком случае масса неподрессоренных частей машины значительно снижается. Из-за этого при движении по неровностям дороги на кузов воздействуют меньшие ударные нагрузки, а значит, улучшается такое эксплуатационное свойство автомобиля, как плавность хода. При этом также улучшаются условия работы подвески: упругие и демпфирующие элементы воспринимают меньшие нагрузки, тем самым увеличивается срок их службы.

За счет меньшей массы колеса быстрее восстанавливают контакт с поверхностью дороги при наезде на препятствие, что благотворно сказывается на устойчивости и управляемости автомобиля, движущегося на больших скоростях. Уменьшение массы колеса положительно сказывается на динамике автомобиля, т. к. для разгона и торможения требуется меньшее усилие, что в конечном итоге приводит к увеличению срока службы двигателя, трансмиссии и тормозной системы, а также к уменьшению расхода топлива.

Помимо всего прочего, диски из алюминиевых сплавов обеспечивают лучшее охлаждение тормозных механизмов за счет лучшего обдува и высокой теплопроводности материала. Нельзя не учитывать также высокую точность в изготовлении литых дисков, которая позволяет лучше произвести балансировку колеса. Это, в свою очередь, способствует уменьшению износа подшипников ступиц, шарниров деталей подвески, рулевого привода и шин.

Использование давления в процессе литья

Готовое изделие (алюминиевый диск) должен обладать такими качествами, как небольшой вес и оптимальная степень прочности, причем, за счет последнего параметра колесный диск может эксплуатироваться на различных дорожных условиях без риска механического повреждения или разрушения. Если стремиться к максимальному снижению веса, страдает прочность и наоборот, увеличивается вес диска в борьбе за прочность. Идеалом в этом случае может быть гармония, компромисс легкости и прочности.

В процессе производства колесных дисков используют следующие методы литья по способу заполнения форм:

• гравитационное литье под давлением.

Технология соединила в себе теории технологий литья и ковки, чтобы сфокусироваться на решении данной конфронтации веса и прочности. При производствелитой диск проходит ускоренный этап затвердения жидкого алюминия для достижения требуемой прочности и жесткости. Обычное охлаждение водой в нижней форме дополняется охлаждением и в верхней форме. Сплав затем подвергается высокоскоростной термической обработке.

После того как заготовка отлита, ее подвергают многократному нагреву до высокой температуры (примерно 540 градусов Цельсия) и резкому охлаждению в воде – эта технология сродни закалке металла. В процессе этой термической обработки меняется микроструктура алюминия, в результате чего сплав становится мелкозернистым. При помощи современных компьютерных технологий осуществляется анализ и контроль изменения структуры алюминия до, во время и после затвердения. Такой технологический процесс позволяет сделать диск тонкостенным не в ущерб его прочности.

Если говорить об обычном гравитационном литье, то в его процессе заполнение формы жидким сплавом и его затвердение происходят без какого-либо внешнего воздействия, т. е. исключительно за счет действия силы тяжести. Литьё под давлением - способ получения отливок в пресс-формах, которые сплав заполняет с большой скоростью (16 секунд) под давлением. Использование этого метода обеспечивает точность размеров и предупреждает образования пористости конструкции.

Технология Liquid Forging

Данный технологический процесс объединяет преимущества литья и ковки. Как это выглядит? Расплавленный алюминий подается в форму и осуществляется первичное давление в 50кг/см2 и последующее давление в 1000 кг/см2. Третья степень давления - 4000 кг/см2 производится после того, как форма полностью заполнится расплавленным металлом и продолжается до полного затвердения. При таком многократном давлении поры расплавленного алюминия полностью устраняются, металл получается без усадочных раковин и с отличной микроструктурой.

Колесные диски, изготовленные с применением технологии Liquid Forging, демонстрируют целый ряд преимуществ:

• отсутствие “усадочной раковины”, микроотверстий и пор;

• высокие механические свойства жидкой ковки отражаются на лучшем прохождении поворотов, радиальной износоустойчивости и ударопрочности по сравнению с дисками, литыми при низком давлении;

• вариативность и изысканность дизайна в сравнении с цельнокованными дисками;

• вес жидкокованного диска ниже на 30% по отношению к литым дискам;

• высокие механические свойства и отличная микроструктура.

Технология Flow Forming

Производители по-прежнему работают над технологиями, которые позволяют сделать диск максимально легким не в ущерб прочности. Один из таких проверенных методов - процесс вытягивания обода под воздействием высокой температуры. У Kosei такой метод имеет название Super Fprming (SF), у MI-tech и Marcello - FF (Flow Forming).

Ротационно-давильная технология Flow Forming – новая, прогрессивная технология изготовления симметрично радиальных деталей. Заготовка в виде сердцевины диска с буртиком отливается и прессуется под очень высоким давлением, а затем из буртика с помощью разогрева и специального оборудования “вытягивается” обод.

Технология Flow Forming позволяет сэкономить на сырьевом материале и механической обработке. Большим преимуществом является элегантный, утонченный внешний вид и беспрецедентно малая масса колеса. Являясь именно литыми, эти диски имеют высокую степень прочности, равную прочности кованых алюминиевых дисков.

Хромирование колесных дисков

Основная задача процесса хромирования (гальванирования) состоит в том, чтобы обеспечить поверхности колесного диска защиту от механических повреждений и химического воздействия агрессивных сред. Кроме того, данная технология позволяет изменить свойства материала (электрическая проводимость, антифрикционные свойства, пригодность для пайки), а также добиться необходимого декоративного эффекта (цвет, блеск).

Хромирование представляет собой нанесение равномерного тонкого слоя хрома, который обеспечивает особую прочность и безупречный блеск. Чем толще покрытие, тем выше износостойкость изделия. На сегодняшний день достаточно широко используется декоративное хромирование.

Источники: http://www.koleso-razmer.ru/info/sovremennye-tehnologii-izgotovleniya-kolesnyh-diskov-zhidkaya-ko/