Зазвичай розрізняють сталеві колісні диски і легкосплавні колісні диски. У колісних дисках з легких сплавів застосовують тільки алюмінієві і магнієві. Магнієві диски в звичайних автомобілях зустрічаються вкрай рідко через їх дорожнечу, а головне, низькою корозійної стійкості.
Колісні диски: сталеві і алюмінієві
Основна перевага литих алюмінієвих дисків перед сталевими - це можливість отримувати різноманітний дизайн, високу точність розмірів, а також оптимальні статичні і динамічні механічні характеристики.
Зниження ваги алюмінієвих колісних дисків в порівнянні зі сталевими є одним з їхніх переваг, але часто не вирішальним. У деяких випадках, вага литих алюмінієвих колісних дисків дорівнює або тільки трохи легше стандартних сталевих з найпростішим дизайном.
Алюмінієві колісні диски: литі або ковані
Більшість алюмінієвих дисків є литими або кованими. Невелика кількість дисків, в основному для «елітних» і спортивних автомобілів, виготовляють з декількох складових деталей і зі змішаних технологій із залученням методів лиття, кування, штампування, пресування, прокатки, зварювання та інших.
Литі алюмінієві колісні диски
Коли мова йде про литих дисках, то зазвичай маються на увазі тільки алюмінієві е литі диски. Сталеві диски виготовляють не литтям, а штампуванням, а магнієві литі диски застосовують тільки на ексклюзивних авто з причин, вказаних вище.
Малюнок 1 - Литий колісний диск фірми ВВС
Лиття алюмінієвих дисків
Для виробництва алюмінієвих колісних дисків застосовують різні методи лиття. Від методу лиття алюмінію залежить якість литого колісного диска, зовнішнє і внутрішнє. Вибір методу лиття в основному визначається якістю литої мікроструктури (наприклад, пористості), застосовуваними типами алюмінієвих сплавів і режимами термічної обробки. Все це визначає не тільки міцність і надійність колісних дисків, але також впливає на рівень якості їх зовнішнього вигляду.
Основні методи лиття колісних дисків
Основними методами лиття, які застосовують при виробництві колісних дисків, є наступні:
- лиття під низьким тиском - основний метод;
- лиття в кокіль - застосовується рідше;
- лиття з протитиском - ще рідше.
Маємо приклади застосування технології, що поєднують лиття з куванням і штампуванням.
Лиття колісних дисків в кокіль
Взагалі кажучи, лиття під тиском, коли метал закачується в в ливарну форму, є кращим, ніж проста заливка в неї під дією сили тяжіння. Однак лиття в кокіль ще залишається цілком релевантним ливарним процесом для виробництва колісних дисків. Лиття в кокіль є дешевшим, його застосовують в основному тоді, коли не женуться за зниженням ваги, а хочуть отримати оригінальний дизайн. Оскільки цей процес при заповненні ливарної форми покладається тільки на сили гравітації, то ливарна структура зазвичай має більше дефектів (наприклад, пористості), ніж та, яка виходить при литті під тиском. Тому диски, відлиті в кокіль, зазвичай мають більшу вагу для того, щоб забезпечити необхідну міцність.
Лиття колісних дисків під низьким тиском
Більшість литих колісних дисків виготовляються методом лиття під низьким тиском (малюнок 2). Метод лиття під низьким тиском застосовує щодо низький тиск (близько 2 бар) для того, щоб досягти швидкого заповнення ливарної форми і отримати більш щільну мікроструктуру, а, отже, і більш високі механічні властивості, в порівнянні з литтям в кокіль. До того ж, ця технологія забезпечує і дещо вищу продуктивність (рисунок 3).
Малюнок 2 - Алюмінієвий колісний диск фірми BBC, виготовлений методом лиття під низьким тиском
Малюнок 3 - Схема методу лиття колісних дисків під низьким тиском
Інші методи лиття колісних дисків
Крім класичного методу лиття під низьким тиском застосовуються численні технологічні варіанти, які оптимізовані під виробництво колісних дисків. Наприклад, отримують навіть більш легкі і міцні колісні диски, коли застосовують спеціальне обладнання, яке забезпечує більш високий тиск лиття.
Пустотілі колісні диски
Цікавою новою розробкою є запатентований метод «air inside technology» фірми BBC. Основна її ідея полягає в застосуванні в конструкції колісного диска порожніх камер і спиць замість суцільного металу. В результаті виходить більш легке колесо з кращою динамікою і комфортом водіння. Ця технологія включає крім лиття такі операції як формування і зварювання.
Малюнок 4 Алюмінієвий колісний диск фірми BBC з порожнистими елементами, виготовлений за технологією «Air-Inside»
Контроль якості литих колісних дисків
Кожен литий диск піддається рентгенівському контролю, а потім зазвичай піддається термічній обробці і механічній обробці. Після цього поверхню дисків піддають спеціальній підготовці під фарбування і наносять фарбу або захисне покриття. Потім зразки з статистичної вибірки дисків проходять тривимірний контроль розмірів, перевірку динамічного балансування, випробування на втомну і ударну міцність.
Вимоги до алюмінієвих сплавів для колісних дисків
До матеріалів для колісних дисків пред'являється ряд вимог, які можуть суперечити один одному.
Ливарний сплав повинен володіти хорошими ливарними властивостями:
- бездоганне заповнення ливарної форми,
- відсутність налипання металу на ливарну форму,
- мінімальна схильність до гарячого розтріскування і усадки.
Матеріал повинен мати
- високу здатність витримувати механічні удари (пластичність, ударна міцність).
Матеріал колісного диска повинен мати
- високий опір корозії як в нормальній, так і в сольовий атмосфері.
Матеріал диска повинен мати
- високу міцність від утоми.
Алюмінієво-кремнієві сплави для колісних дисків
Алюмінієвий сплав AlSi11Mg
Малюнок 5 - Литий колісний диск з алюмінієвого сплаву AlSi11Mg (фірма Borbet)
Алюмінієвий сплав AlSi7Mg0,3 (A356)
В даний час стандартним сплавом для виготовлення колісних дисків є ливарний алюмінієвий сплав AlSi7Mg0,3, який більш відомий як сплав A356, з додатковим модифицированием стронцієм. Вперше цей сплав застосовувався для виготовлення колісних дисків у Франції, причому термічна обробка не застосовувалася.
Однак перевагою цього сплаву AlSi7Mg0,3 є саме те, що він є термічно зміцнює, а це дозволяє забезпечувати дискам додаткову міцність. У Сполучених Штатах і Японії цей сплав з самого початку застосовували з термічною обробкою Т6, тобто в стані після гарту і штучного старіння.
Термічне зміцнення алюмінієвих колісних дисків
На графіках малюнка 6 показана залежність міцності властивостей сплаву AlSi7Mg, модифікованого натрієм, від вмісту магнію. Характеристики міцності сплаву AlSi7Mg0,3 дають найкраще поєднання втомної міцності і відносного подовження. Зі збільшенням вмісту магнію втомна міцність практично не зростає, відносне подовження значно падає.
Малюнок 6 - Межа міцності, межа плинності, відносне подовження і втомна міцність алюмінієвого ливарного сплаву AlSi7Mg-T6
Велике значення для втомної міцності сплаву AlSi7Mg має рівень його пористості в литві. На малюнку 7 показана залежність втомної міцності алюмінієвого сплаву AlSi7Mg0,3 від максимального розміру пір в матеріалі дослідних зразків.
Малюнок 7 - Усталостная міцність алюмінієвого ливарного сплаву AlSi7Mg0,3
в залежності від розміру пор
Поділитися цією Записом