Производство кованых колесных дисков

Производство кованых колёсных дисков

1.

Введение

Колесные диски играют огромную роль для определения внешнего вида автомобиля. Поэтому автовладельцы очень тщательно подходят к выбору дизайна колесного диска. Помимо эстетического значения диски выполняют массу других функций. Колесо связывает автомобиль с дорогой, обеспечивая его движение. Также оно воспринимает все неровности и изменение профиля дороги, которые передаются через шину. Правильно подобранные колесные диски — это и безопасность на дороге, и уменьшенный расход топлива, и увеличение срока службы трансмиссии, и отличный дизайн.

Классификация колесных дисков:

СТАЛЬНЫЕ КОЛЕСА (ШТАМПОВАННЫЕ)

Рисунок 1. Стальной диск производят из листового металла методами штамповки и последующей сварки составляющих деталей. Такими колесами комплектуется основная часть выпускаемых в мире автомобилей из-за оптимального соотношения эксплуатационных свойств и себестоимости. К плюсам стальных колес можно отнести их доступную цену, достаточные эксплуатационные свойства при применении высокопрофильных шин. К минусам — возможность биения, геометрические отклонения, недостаточно упругая деформация, ведущая иногда к быстрой потере давления в бескамерной шине при сильном ударе колеса о препятствие. Хотя существуют стальные штампованные колеса, отличающиеся высокой точностью изготовления.

ЛЕГКОСПЛАВНЫЕ КОЛЕСА: в свою очередь подразделяются на 2 вида: литые и кованые и отличаются они по способу изготовления. Основным материалом для их производства являются сплавы на основе алюминия, реже магния, крайне редко титана. Колеса, изготовленные на основе алюминия и магния, обязательно защищают от воздействий внешней среды специальными защитными покрытиями. Если воздействие на колеса из алюминиевых сплавов наносит урон их внешнему виду, то магниевые — подвержены глубокому корродированию, вплоть до разрушения отдельных участков. Для обеспечения адгезии (сцепления) защитного покрытия с окрашиваемой поверхностью колесо перед окраской обязательно подвергают электрохимической (гальванической) или химической обработке. Готовые изделия могут иметь различные цвета, однако в большинстве случаев колеса окрашивают в цвет «серебристый металлик» .

ЛИТЫЕ КОЛЕСА Рисунок 2. Литый диск Особенностью технологического процесса изготовления литых колес является получение из жидкого сплава с помощью формы отливки, максимально приближенной поразмерам к заданной конструкции. Последующая механическая обработка сведена к минимуму, а все решения дизайна заложены при проектировании формы. Проектирование колеса и литейной формы осуществляется с помощью специальных компьютерных программ, а вся механическая обработка производится на станках с числовым программным управлением (ЧПУ). Все способы литья имеют свои особенности, достоинства и недостатки, влияющие на образование той или иной структуры сплава. При изготовлении каждой партии литых колес делается контрольная отливка, которая подвергается резке и разрушению для оценки структуры и механической прочности. Рентгеновский контроль проходит каждое колесо. Из всего объема выпускаемых в мире легкосплавных колес подавляющее большинство литые и лишь незначительная часть кованые. Объясняется это несоизмеримой разностью в сложности процесса изготовления. Изготавливать литые колеса можно в условиях небольших производств, но кованые под силу только крупным металлургическим заводам со сложнейшим оборудованием. Если литые колеса на автомобиле можно назвать дорогим удовольствием, то кованые — очень дорогим.

КОВАНЫЕ КОЛЕСА Рисунок 3. Кованый диск При производстве кованых колес в России используется технология объемной (горячей) штамповки. В других странах применяют метод раскатки (холодное формование). Принципиально это два различных процесса, но перевод их названий на русский язык означает «кованый», что отражается и в названии изделий. С учетом заданных конструктивных особенностей, на этапе проектирования кованого колеса, получают штамповую основу, а затем штамп. Технология изготовления колеса очень сложна. Заготовку подвергают поэтапной штамповке с промежуточным нагревом перед каждой деформацией. Чтобы получить необходимую структуру легкого сплава и использовать все его свойства, применяют прессы, развивающие усилие от 6 до 20 тыс. тонн. Вес штампов может достигать 10 тонн. Только при такой технологии и использовании максимально пластичного сплава заготовка будет иметь необходимую волокнистую структуру, что позволяет при последующей механической обработке сделать кованое колесо легче литого. Начальный вес заготовки около 20 кг (для колеса 6,5×15″) после механической обработки снижается более чем в три раза. Предыдущие этапы, то есть проектирование колеса, штамповой основы, изготовление штампов предусматривают все токарные, фрезерные и расточные операции без подрезания продольных волокон структуры сплава. Некоторые заводы для уменьшения себестоимости изготовления используют технологию выштамповки окон. В отштампованную заготовку изначально закладываются размеры будущего колеса, максимально возможное число отверстий для крепления, максимальный вылет.

· достоинства:

1. высокая прочность и жесткость конструкции;

2. масса кованого диска на 30−50% меньше массы стального и на 20−30% аналогичного литого;

3. высокая коррозионная стойкость.

· недостатки:

1. высокая цена, вызванная высокотехнологичностью производства;

2. небольшой выбор дизайнов;

3. в случае наезда на серьёзное препятствие могут разрезать шину.

2. Заготовительное производство автомобиль диск колесо кованный Кованые — диски изготовленные методом горячей объемной штамповки в закрытых матрицах (горячая объемная штамповка это технологическая операция при которой заготовка деформируется в СПЕЦИАЛЬНОМ инструменте — штампе).

Для дисков используется сплав типа АВ на основе алюминия с легирующими добавками магния, меди, кремния и марганца. Он не только высокопрочен, но и пластичен. За рубежом аналог этого сплава обычно называют «авиационный алюминий 6061» (aircraft grade Al 6061). Готовую отливку — цилиндр диаметром примерно 20 см — режут на куски нужной длины (в зависимости от размера будущих колес) и отправляют в кузнечно-прессовый цех. Там эти заготовки, пока даже отдаленно не напоминающие колесные диски, разогревают и с помощью пресса «осаживают» — сплющивают, превращая в «шайбы» толщиной сантиметров двадцать и диаметром около полуметра. Процесс дальнейшего превращения в колеса происходит в несколько этапов. Сначала «шайбы» разогревают до 430С и с помощью предварительного штампа (разогретого примерно до 350С) превращают в «кастрюли» — предварительные заготовки для автомобильных колес. «Кастрюли» вновь отправляются в печь для разогрева, а затем специальный конвейер подает их к прессу с другим установленным штампом — окончательным. Пауза между выходом заготовки из печи и собственно штамповкой не должна быть больше 11 секунд, иначе заготовка остынет ниже критической температуры. Разогретый штамп смазывают специальной смазкой, заготовку переносят на пресс-форму. Верхняя часть пресса опускается, поднимается — и вот из-под пресса достают готовое, если не считать облоя (излишков материала, выдавленных при штамповке), колесо. Первые четыре отштампованных колеса после освоения нового штампа идут на контроль геометрии — только после этого дается разрешение на использование штампа для серийного производства дисков.

При производстве колёс используются гидравлические вертикальные прессы усилием 4,7, 10.0, 30.0тыс.тн! На фотографиях один из рабочих с помощью кисти смазывает штамповую оснастку специальной смазкой, чтобы готовая деталь не прилипала к пресс-форме. Секторный штамп (справа). При горячей объемной штамповке используются вот такие штампы, состоящие из нескольких секторов. При окончательном формировании диска верхняя часть штампа опускается, и сектора сходятся. Излишки металла при этом выдавливаются через щели, образуя облой.

Несмотря на уже проступившее внешнее сходство, механические свойства колес пока еще далеки от тех чудных качеств, которыми славится «ковка». А славится она высокой прочностью (превышает прочность литых дисков при существенно меньшей массе), пластичностью (в отличие от литых дисков, кованые при высоких нагрузках деформируются, а не разрушаются) и упругостью (при умеренных нагрузках они деформируются упруго). Для получения всего этого как раз и нужна термообработка. Сначала колеса подвергают закалке — равномерно прогревают в течение нескольких часов в печи до 5150С, а затем быстро охлаждают, погружая в воду. После закалки сплав уже имеет нужную мелкозернисто-волокнистую структуру, но для того, чтобы колеса приобрели нужные механические свойства, их нужно «состарить» — подождать, пока структура выровняется, и убрать внутренние механические напряжения. В обычных условиях на это может уйти пара месяцев, но, чтобы не терять время, заготовки искусственно состаривают: выдерживают в печи при температуре 150−160С примерно 12−14 часов, после чего медленно охлаждают.

После термообработки не менее 10% заготовок из каждой партии подвергаются контролю. Их поверхность протравливают: на светлой травленой поверхности хорошо заметны дефекты штамповки и складки. А одно колесо из партии безжалостно распиливают, вырезая из него специальный фрагмент — так называемый шаблон. Шаблон шлифуют и протравливают, а затем тщательно изучают в лаборатории на наличие дефектов деформации, термообработки и однородности сплава. Чаще всего дефекты встречаются в ступичной части, там наиболее сложный с металлургической точки зрения характер деформаций и термических нагрузок. На этом этапе также проводится контроль механических свойств сплава — образцы закрепляются в специальной разрывной машине, с помощью которой определяется предел прочности, предел текучести, относительное удлинение и твердость. Если дефекты и значения характеристик материала не укладываются в допуски, изучению подвергается еще одно колесо из партии. Если же и повторная проверка подтверждает эти выводы, значит, имело место нарушение технологической цепочки — и вся партия бракуется. Если же все параметры в норме — партия колес уходит на механическую обработку.