Всё о кованных дисках

   Кованое  колесо – что  нужно  знать  перед  покупкой. 

   Как отличить 100% ковку от всех остальных
    колесных дисков.

                       
               Секреты  производства  кованых  колес

   Вообще-то «кованые» — это не совсем точно с технической точки зрения, правильнее называть их дисками, изготовленными методом горячей объемной штамповки в закрытых матрицах (горячая объемная штамповка это технологическая операция при которой заготовка деформируется в СПЕЦИАЛЬНОМ инструменте — штампе), но столь сложное название с первого раза мало кто способен выговорить, так что слово «кованые» вполне прижилось. В начале 1990-х множество предприятий, работавших в советское время на авиацию и космос, с уникальным оборудованием и технологией, оказались без госзаказов, и, чтобы выжить, вынуждены были перейти на товары народного потребления. Технологии используются действительно самолетные — как при производстве некоторых силовых элементов конструкции планеров. В этом отношении российским автомобилистам повезло: такие прессы есть далеко не во всех странах. А даже где есть — подобное чрезвычайно дорогое оборудование, как правило, работает в основном на авиационно-космическую (а вовсе не на автомобильную) промышленность.

 

                                  От  отливки  к  колесу

    Для дисков используется сплав типа АВ на основе алюминия с легирующими добавками магния, меди, 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 4300С и с помощью предварительного штампа (разогретого примерно до 3500С) 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.тонн! 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.

 

                          Термообработка  и  контроль

    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 150-1600С примерно 12-14 часов, после чего медленно охлаждают.

Напиленные в размер алюминиевые прутки, при дальнейшем формовании получится заготовка для дисков. Литейный цех - первый этап любого металлургического производства.

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.

После термообработки колеса ожидают отправки в цех мехобработки. Цилиндрические катки— это заготовки будущих колес для автоспорта.

 

                                       Сделано  в  России

    С заготовки, уже напоминающей по форме будущее колесо, на токарном станке снимают лишний припуск металла, в ободе просверливают ниппельное отверстие, а в ступичной части — крепежные отверстия под болты. Затем колесо устанавливают на фрезерный станок с ЧПУ, который и вырезает запрограммированный дизайн.

Есть ли ограничения по дизайну? В общем-то, нет — рисунок может быть любым, колесо можно сделать очень легким и ажурным, и единственное ограничение связано с нагрузкой, которую оно должно выдерживать. На фотографиях: Практически готовое колесо (слева) — остается только слесарка и покраска.

После механической обработки проводится обычная слесарная обработка — снимаются острые кромки, а затем производится окончательный контроль на соответствие геометрических размеров чертежу, биения обода и дисбаланс. В СМК вообще очень строгая и хорошо налаженная система контроля качества - сказывается авиационное прошлое: на каждом этапе, от отливок до готового колеса, детали отслеживаются по маркировке. После покраски, окончательной проверки и одобрения ОТК колесо упаковывают, а его заводской паспорт будет храниться еще в течение десяти лет. Сколько времени занимает производство диска? Около недели чистого времени, но, если учитывать производственный график, получается около месяца.

 

                                Обходные  технологии

   При производстве кованых колес в России используется технология объемной (горячей) штамповки. В других странах применяют метод раскатки (холодное формирование). Некоторые фирмы работают по «обходным технологиям». Например, менее мощные прессы (скажем, с усилием в 3-5 тысяч тонн) обходятся гораздо дешевле, но не развивают достаточного усилия для горячей объемной штамповки алюминиевых сплавов. Зато с помощью такого пресса можно осуществлять «жидкую штамповку» — литье под высоким давлением. Эту технологию освоили некоторые японские компании. Такие диски по своим свойствам превосходят литые, но до настоящей ‘ковки' все же не дотягивают по пластичности и упругости. Еще один относительно дешевый способ изготовления «кованых» дисков — раскатка. Отливается заготовка — ступичная ‘тарелка' с прообразом будущего обода. После термообработки ее закрепляют в токарном станке, но вместо резца используют ролики. Разогретый горелкой обод раскатывают до нужной формы методом ротационной вытяжки. Такой обод по своим свойствам почти не уступает объемной горячей штамповке. Но обратите внимание - только обод! Ступичная часть остается литой. Разновидность этого способа - использование литой, а затем осаженной (подвергнутой предварительной штамповке с помощью пресса) заготовки. Как и в предыдущем случае, обод раскатывают. Ступичная часть такого диска прочнее литой, но на стыке ее с ободом происходит изменение свойств металла, и это ухудшает прочность изделия. Для компенсации приходится увеличивать толщину стенок, и колесо получается более тяжелым, чем настоящее кованое.

 

   Можно ли отличить настоящую «ковку» от подобных гибридов? При грамотной конструкции - только по весу: ‘ковка' легче». Бывают и составные колеса, в которых обод крепится к ступичной части при помощи болтов или сварки. Но в этом случае свойства колес зависят от технологии производства каждой из частей - они могут быть литые, раскатные или штампованные.

Принципиально это различные процессы, но перевод их на английский язык означает «forged». Путаница в терминах выглядит вполне случайной, просто удачная игра слов. В России в обиходе более популярный термин - кованое колесо. В это трудно поверить, но в самых развитых автомобильных странах доля «кованых» легкосплавных колес в общем объеме выпуска едва достигает 1,5-2%, у нас - почти 30%. Ни одна страна не может позволить себе столь сложную и дорогую технологию в массово   массовом производстве.«Легкие» сплавы уже давно привлекают внимание авто-производителей. Если попытаться охватить весь спектр «легких» материалов когда-либо опробованных для изготовления колес автомобиля, можно выделить несколько основных групп:

алюминиевые сплавы;

магниевые сплавы;

титановые сплавы;

алюминий-литиевые и магний-литиевые;

композитные материалы на основе углепластиков.

 

   Самыми массовыми и коммерчески успешными оказались, все-таки, алюминиевые. Они сегодня основа подавляющего большинства сплавов, из которых производят автомобильные колеса.

 

К 90-м годам прошлого века алюминий пришел на многие конвейеры, и аргументов «за» у потребителей накопилось достаточно.

 

   Более легкое колесо улучшает динамические параметры автомобиля, делает его более комфортным, повышает управляемость. Кроме того, есть все возможности для оптимального охлаждения тормозных систем. Легкое колесо экономит топливо, бережет жизнь подвески и шин. В настоящее время альтернативы кованым автомобильным колесам нет ни по легкости, ни по прочности, ни по надежности.

Сравним по некоторым критериям кованые колеса с литыми и стальными колесами:

Кованое колесо легче стального на 40%-60%, литого алюминиевого на 15%-30%.

Кованые колеса обладают гораздо меньшим моментом инерции. Автомобиль на кованых колесах становится более динамичным с лучшими разгонными и тормозными характеристиками.

Кованое колесо в 1,5 раза превышает требуемый по ГОСТу уровень прочностных свойств и в 2 раза пластических, следствие - повышение безопасности. Литые колеса при сильном ударе разрушаются.

 

                    Все  для  спорта, все  для  победы

   По своим свойствам (малая масса, высокая прочность, пластичность и упругость) кованые колеса отлично подходят для спортивных машин. Но в случае мелких партий колес нестандартных размеров (несколько сотен штук) дорогие секторные штампы делать невыгодно.

Поэтому гоночные колеса изготавливают другим способом. Сначала с помощью универсального штампа получают широкие «катки» со сформированной ступичной частью и цилиндрической частью под обод. А затем обод... вытачивают, пуская до 85% металла в стружку! Вообще спортивные колеса - это славная страница истории СМК. Колёса поставлялись в Японию для мощных спортивных мотоциклов - Yamaha, Kawasaki, Suzuki. А для итальянской компании Speedline делались по спецзаказу магниевые колеса, которые под другими марками ставили на болиды ‘Формулы-1'.

 

   Колёсные диски для автомобильных ралли являются нашей эксклюзивной разработкой и гордостью. Никто в мире не делает кованых колёс, свободно встающих на омологированные тормозные системы новой конструкции!

 

материал  собрал, отредактировал  и  напечатал                 УДАЧНОГО  ВАМ   ВЫБОРА. 

мастер   шиномонтажа  Игорь  Сергеевич                           СЧАСТЛИВОГО  ПУТИ!

г. Курск, ул. Урицкого 14

17.07.2013