«Деталь машин і механізмів, має форму диска або обода зі спицями, вставленими в маточину, може вільно обертатися на осі або бути закріпленим на ній, служить для передачі або перетворення обертального руху». Чи не здогадалися, про що тут мова? Це одне з численних визначень колеса.
Підбір: штамповані або литі диски - які краще?
На сьогоднішній день легкосплавні і штамповані колісні диски поки не мають конкурентів, і боротьба за покупця йде тільки між ними.
Кожен автолюбитель напевно стикався з такою проблемою: поміняти йому сталеві штамповані колісні диски на легкосплавні, красивіші, більш легкі і взагалі «більш» ніж штатні. Так, ще недавно іноземні розвідники намагалися роздобути секретну інформацію про технології виробництва колісних дисків в одному з уральських інститутів, на професора, до речі, завели справу про зраду батьківщини. У чому ж таку перевагу легкосплавних дисків, що за технологією їх виробництва полюють шпигуни? На це питання ми і спробуємо відповісти в нашому матеріалі.
Почнемо нашу розмову, власне кажучи, з того, а чи варто взагалі міняти штамповані сталеві колісні диски на легкосплавні. Адже убогий вигляд іржавого колеса можна запросто прикрити ковпаком, благо останніх сьогоднішній ринок може запропонувати дуже велика кількість (бачили б наші афроамериканських друзі ковпаки, які продовжують обертатися після зупинки авто, напевно прикупили б замість дорогущих легкосплавних дисків). Та тут ще різниця в ціні - легкосплавний автомобільний диск мінімум в 2 рази дорожче сталевого. Така цінова прірву обумовлена технологією виготовлення сталевого штампованого диска, адже він складається з двох деталей - обода і ступичні частини, які отримують методом холодного штампування, а потім зварюють точковим зварюванням. При цьому собівартість їх отримання відносно низька, адже продуктивність преса досить висока. Вироблений таким способом диск може грішити неточною геометрією і неоднорідністю, все це призводить до проблем при балансуванню, але це в меншій мірі відноситься до дисків іноземного виробництва. Свій внесок у зниження ціни вносить і матеріал, з якого виготовлений колісний диск: це не дуже високої якості сталь, яка дешевше, ніж легований кольоровий сплав. Але крім вартості у сталевого штампованого диска є і ще одна перевага - відносно велика пластичність матеріалу, з якого він виготовлений. Так що якщо вам «пощастить» наїхати на перешкоду, наприклад, відкритий колодязний люк, то майже всю енергію удару він візьме на себе, тим самим зберігши життя підвісці і інших елементів вашого автомобіля. Але не будемо забувати про одне найбільшу ваду таких дисків - високою масі.
Хоча і її в принципі можна зменшити, застосувавши леговані стали, але тоді і собівартість таких коліс буде дуже високою внаслідок ускладнення технології, і звичайний споживач її не подужає.
Від сталевих колісних дисків все-таки перейдемо до їх легкосплавними побратимам. Побратими, в свою чергу, поділяються на три групи, цей поділ обумовлено технологічними процесами їх виробництва і конструкцією: литі, ковані і складові. Для того щоб зрозуміти всі переваги і недоліки, далі ми розглянемо кожну групу окремо.
Литі легкосплавні колісні диски для автомобілів
Для шоу-стоппера легкосплавні колеса - це в першу чергу дизайн
В активі цього сімейства знаходяться чудовий дизайн і істотно менший по відношенню до сталевих штампованих колісним дискам вагу (це обумовлено особливістю технології виробництва, про яку буде розказано трохи пізніше). А що нам врешті-решт дає зниження маси? Відповідаємо: зменшення безпружинних мас автомобіля. Що, в свою чергу, покращує плавність ходу і керованість, так як більш легкої системі колесо-підвіска набагато простіше «відпрацювати» будь-яку нерівність, яких на наших дорогах предостатньо. Для того щоб добре зрозуміти все вищеописане, витягніть праву руку і поводите нею вгору-вниз з великою швидкістю. Легко? А тепер візьміть в руку гантельку кілограммчіков на п'ять або її еквівалент і повторіть операцію. Що, тієї швидкості вже не досягти?
Важкий колісний диск, як і гантель, ускладнює швидку роботу підвіски і до того ж швидше «вбиває» амортизатори, пружини і сайлентблоки. Плюс до всього колесо меншою маси має меншу інерційність. Простіше кажучи, двигуну легше розкручувати ці колеса з такими дисками, а гальмівній системі - зупиняти. Природно, що цей фактор вносить свої «п'ять копійок» в витрата палива і динамічні показники автомобіля. Якщо ж ще згадати далекі шкільні роки, а саме урок фізики, де було розказано про те, що теплопровідність алюмінію і магнію, які і є основою для отримання сплавів, набагато вище, ніж у чорних сплавів, то виходить, що литий легкосплавний диск є свого роду теплоотводом і допомагає захистити гальмівну систему автомобіля від перегріву, хоча не варто і переоцінювати це якість.
Крім великої кількості переваг у литого легкосплавного диска є і недолік - низька корозійна стійкість і освіту гальванічної пари з чорними металами. Ці проблеми яскраво виражені у сплавів на основі магнію. Наприклад, при порушенні лакофарбового покриття, особливо в місцях, де диск стикається зі сталевими болтами, в районі маточини, буде утворена гальванічна пара і метал потихеньку перетвориться в порошок. Були навіть випадки, коли колесо відривався і обганяв автомобіль. Але з цією проблемою навчилися боротися: в місця, де кріпильні болти стосуються диска, упресовують алюмінієві втулки. Так як магній нейтральний до «крилатому» металу, а останній, в свою чергу, не так схильний утворювати гальванічну пару з чорними металами, то ризик руйнування диска через корозію знизився до мінімуму. Алюміній ж не так схильний до корозії при порушенні лакофарбового покриття, тому що на поверхні майже відразу утворюється щодо міцна оксидна плівка Al2O3.
Технологія виготовлення автомобільних колісних дисків
Тепер поговоримо трохи про те, як литі легкосплавні диски виробляються. Для отримання виливків диска в основному використовуються три технології: лиття в кокіль (гравітаційне лиття), лиття під низьким тиском і лиття з протитиском. Незважаючи на те, що фаркопи для іномарок виготовляються з схожих матеріалів, технології абсолютно різні.
При отриманні виливки диска першим способом використовуються форми (кокілі), виготовлені з жароміцних чорних сплавів, заливка при цьому найчастіше автоматизована, відбувається при атмосферному тиску. Причому цей метод лиття дає більш хороший результат, якщо використовується алюмінієвий сплав, так як інтенсивне охолодження сприяє отриманню дрібнозернистої структури, внаслідок чого поліпшується міцність, а також знижується ймовірність появи газової та усадочною пористості, які знижують міцність виливки. Якщо ж заливати магнієвий сплав, то картина буде зовсім іншою. Через погану здатність магнію заповнювати кокіль його доводиться заливати при більш високій температурі, а це призводить до того, що збільшується розмір зерна і зростає ймовірність попадання оксидів в виливок. Тобто це прямим чином позначається на механічні властивості виливки.
Лиття під низьким тиском більш технологічно складний спосіб отримання виливки диска, так як в даному випадку використовуються дорогі установки і прес-форми. Але при цьому даний метод має ряд переваг в порівнянні з литтям в кокіль: зменшений витрата металу, більш дрібнозерниста структура; при цьому міцність збільшується на 15-20%, а пластичність - в 1,5-2 рази.
Лиття з протитиском - це свого роду логічне продовження лиття під високим тиском. При цьому способі заливка і подальша кристалізація відбуваються під всебічним, підвищеним газовим тиском. Все це призводить до своїх плюсів: підвищення механічних властивостей на 5-10% в порівнянні з литтям під низьким тиском, невеликого збільшення продуктивності.
Після того як була отримана придатна виливок за будь-який з трьох перерахованих вище технологій (негідна відправляється в переплавку), вона залишається поза контролем на наявність дефектів, найчастіше за допомогою рентгенівської установки. Після контролю диск для збільшення міцності піддається термічній обробці - загартуванню з подальшим старінням. Термообробку, до речі кажучи, проводять не всі виробники колісних дисків.
Так як отримана виливок максимально наближена за формою і розмірами до майбутнього диску, то вона піддається мінімальної механічної обробки, що позитивним чином позначається на її вартості. Далі відбуваються фінішні операції: грунтовка, фарбування, полірування, на деяких підприємствах диски піддаються дробеструйной обробці.
Для виробництва литих колісних дисків, як вже було сказано раніше, використовуються сплави алюмінію з кремнієм (середня щільність 2,7 г / см3) і магнію з алюмінієм (середня щільність 1,7 г / см3), останній сплав більш «примхливий», і ливарники, чесно кажучи, його недолюблюють. Низька щільність цих сплавів в порівнянні зі сталлю (середня щільність 7,8 г / см3) і дає виграш в масі зі збереженням міцності параметрів. Причому питома міцність (співвідношення міцності до маси) магнієвих сплавів більше, ніж алюмінієвих.
Ковані легкосплавні автомобільні диски
Ковані колісні диски, більш правильно говорити диски, отримані гарячої об'ємним штампуванням, - це вже «куплет з іншої пісні» не тільки через своїх споживчих якостей, а й з-за технології виробництва.
Спершу спробуємо розібратися, за якими параметрами ковані колісні диски краще литих. Перша відмінність - це міцність, збільшення якої досягається за рахунок подрібнення структури сплаву під час пластичної деформації. Збільшення міцності матеріалу дає можливість зробити диск більш тонкостінних, відповідно знизивши масу на 20-30% відсотків щодо литого. Друге - у нього велика пластичність, тому при великих ударних навантаженнях він не розколюється, як литий легкосплавний диск, а деформується подібно сталевому штампованому. Плюс до того ж штампований магнієвий диск мало схильний до корозії. Так що для кованого диска властиві всі плюси литого, тільки в більшому ступені. До мінуса кованого диска можна віднести лише його високу ціну.
Технологія виготовлення кованих колісних дисків для авто
Виробництво кованих дисків може здійснюватися двома технологіями: методом розкочування заготовки та гарячої об'ємним штампуванням. Так як в нашій країні розвиток отримав другий спосіб, то більш детально поговоримо про нього.
Цей спосіб досить складний, тому що кування (поковка - оброблений куванням або штампуванням шматок металу) виходить не за одну деформацію, а за кілька, причому перед кожною наступною штампуванням, для якої використовуються преси, розвиваючі зусилля від 6 до 20 тисяч тонн, заготівлю та штамп попередньо підігрівають. Після того як отримана поковка, її піддають термічній обробці (гарт і старіння). Потім кування повністю піддається механічній обробці, під час якої вона втрачає до 50% відсотків своєї початкової ваги (цей фактор прямим чином позначається на ціні, тому що в наявності малий коефіцієнт використання металу і висока складність обробки). Далі диски надходять на фарбування. Причому перед кожною технологічною операцією диски проходять лабораторний контроль.
Для довідки слід сказати, що обладнання та інструменти для отримання поковки дуже дороги і таке виробництво немає можливості організувати в невеликому цеху, на відміну від виготовлення дисків литтям. Тому виробництвом кованих дисків займаються великі металургійні підприємства, що, в свою чергу, позитивно позначається на якості кінцевого продукту.
Складові легкосплавні диски для автомобілів
За назвою цієї групи можна зрозуміти, що диск складається з кількох частин, як правило, двох або трьох, які з'єднані між собою титановими, вони краще, так як не утворюють гальванічну пару, або ж сталевими болтами. У складових легкосплавних дисків обід зазвичай виготовляється методом гарячого об'ємного штампування, а маточинного частина відливається. Це дає можливість поєднувати красу литий ступичні частини з міцністю кованого обода, причому при деформації обода його можна змінити на новий, а не купувати цілий диск. Хоча є випадки, коли обід і ступичні частина виготовляються литтям, а потім збираються за допомогою болтів, але вигода від цього, чесно кажучи, трохи незрозуміла.
При цьому технологічний процес значно ускладнюється через застосування різних технологій отримання складових частин диска. Значний час також витрачається на розробку, так як збільшується кількість розрахунків на міцність, хоча вони і ведуться машинним способом. Все це не кращим способом позначається на ціні.
Купівля, експлуатація і вибір кращих легкосплавних колісних дисків
Всі колеса, які надходять у роздрібний продаж, повинні перед цим пройти сертифікацію, так що при покупці ви спокійно можете вимагати у продавця відповідний сертифікат. До речі кажучи, ГОСТ на легкосплавні колісні диски в Росії один, і все колеса проходять однакові випробування незалежно від того, яке воно: коване, лите або складене. Так що будь-яка з цих коліс буде служити вам вірою і правдою лише в тому випадку, якщо воно пройшло сертифікацію.
Перед покупкою вам слід визначитися, що для вас важливіше - привабливість вашого автомобіля або ж його динамічні характеристики. Для першого випадку ми б порекомендували литі диски, так як вони можуть похвалитися чудовим дизайном. А для любителів драйву - ковані, краще ж, звичайно, магнієві. Хоч вони і не можуть похвалитися химерним дизайном, зате у них менше вага і більше міцність. Складові диски - свого роду екзотика, так як у якісній продукції дуже висока ціна, яка поєднує в собі переваги литого і кованого диска. Хоча є думка, що чим менше частин в диску, тим менше ймовірність його поломки. Якщо вам, наприклад, сподобалися кілька моделей колісних дисків, віддайте свою перевагу легшим.
Після того як ви визначилися з моделлю диска, слід заглянути в інструкцію по експлуатації вашого автомобіля, там повинні бути написані рекомендовані розміри колісних дисків, яким ваші майбутні диски повинні відповідати.
Наприклад, напис 6,5Jx15H2 позначає: 6,5 - ширина обода в дюймах, J - умовне позначення бортовий закраїни, 15 - посадковий діаметр обода в дюймах, Н - форма буртиков (Н - круглий буртик, С - плоский буртик), 2 - кількість буртиков (тут два круглих). Також на коробці або в супровідних документах до диску наводиться інформація: LZ - кількість кріпильних отворів, P.C.D. - діаметр центрів кріпильних отворів, ET - виліт або відстань від привалочной площині кріплення диска до маточини до площини симетрії обода, DIA - діаметр отвору під маточину.
Виліт колісного диска
Кілька слів варто присвятити вильоту колеса. Чи не намагайтеся купити колесо з вильотом значно меншим або більшим, ніж зазначено в інструкції по експлуатації вашого авто. Так як в будь-якому випадку це призведе до збільшення навантажень на підвіску і маточину і ступичні підшипники, до того ж нестандартне колесо може просто фізично не встати на місце.
Після того як диск куплений, слід дати кілька порад по догляду і експлуатації. Так, при митті найкраще користуватися спеціалізованими засобами, не варто мити диски взимку дуже гарячою водою, так як через різкий перепад температур на поверхні лакофарбового покриття можуть утворитися тріщини. Бажано хоча б раз на місяць оглядати диск на наявність сколів (особливо важливо для магнієвих дисків), які при появі необхідно зафарбовувати спеціальної ремонтної фарбою. Не варто забувати і про балансуванню коліс, так як биття може передчасно зруйнувати диск.
Якщо в процесі експлуатації диск був пошкоджений, то його краще всього здати в кольоровий брухт. Тому що під час деформації диска могли утворитися мікротріщини, не видимі оку, після відновлення та подальшої експлуатації існує велика ймовірність руйнування такого диска, і наслідки можуть бути сумні. У деяких країнах законодавчо заборонено ремонт колісних дисків.