Классификация автодисков и технологии их изготовления

В процессе движения все моменты и усилия, возникающие между автомобилем и дорогой, воспринимают колёса, поэтому очень важно, чтобы они могли выдерживать циклические нагрузки, противостоять ударам. Основную роль здесь играют колёсные диски, и каждый автовладелец хочет купить самые лучшие и надёжные. Учитывая высокий технический уровень современного автотранспорта, классификация автодисков и технологии их изготовления отличаются значительным разнообразием.

Какими бывают колёсные диски

До середины прошлого века диски для автомобильных колёс изготавливали по одной технологии: раскаткой стальных полос, холодной штамповкой и последующей сваркой, что обеспечивало не только относительную близость размеров к необходимым, но и приемлемую для всех слоёв населения дешевизну.

Причём, неточную геометрию и плохой баланс колёс никто не считал недостатками, так как скоростные характеристики автомобилей тех времён были весьма невысокие. Сегодня же всё изменилось, современные машины способны развивать скорости до 300 км/ч, поэтому не только покрышки, но и диски должны соответствовать.

Классификация автодисков по методу изготовления

Современные диски очень многообразны как по технологиям изготовления и используемому сырью, так и по внешнему виду и назначению, но, несмотря на это, их можно поделить на отдельные группы. Железную штамповку мы здесь рассматривать не будем, а легкосплавные диски по способу изготовления можно классифицировать так:

1. Литьё.
2. Ковка (горячая штамповка).
3. Комбинирование с применением нескольких технологий.

Примечание: У комбинированных дисков на профилированном ободе может быть как литой, так и кованый диск.

Классификация автодисков по виду сплава и конструкции

По материалу изготовления диски бывают из стали, алюминиевого, магниевого или титанового сплава. Конструктивно кованые и литые диски могут быть не только одноэлементными, но и двухэлементными — с диском, приваренным к профилированному ободу. Бывают так же диски и трёхэлементными — в них лицевой форм-фактор соединён с ободом болтами, и соответственно, всё это может разбираться для замены одного фрагмента.

Классификация автодисков по стилю оформления

В зависимости от назначения автомобилей, для которых предназначены колёсные диски, стиль их исполнения может быть:

1. коммерческим (основная масса легковых машин);
2. спортивным (для скоростных машин);
3. внедорожным (для полноприводных автомобилей с формулой привода 4х4);
4. эксклюзивным (единственным в своём роде).

Классификация автодисков по дизайну лицевой части

Наиболее пространно колёсные диски классифицируются по принципу исполнения форм-фактора. По данному признаку диски можно поделить на модели:

• с цельными, сдвоенными или строенными в форме звезды спицами;
• трёхлепестковые;
• четырёхспицевые;
• с радиально расположенными множественными спицами (минимум 8, максимум 20);
• со скрещенными спицами;
• с изогнутыми спицами (вогнутыми или выпуклыми, с изгибом в области качения колеса);
• с параллельно сдвоенными спицами;
• ажурные;
• с Y-образными вилками;
• с вентиляционными отверстиями.

Интересное о технологиях производства дисков

По мере развития автомобильной промышленности, производство колёсных дисков тоже стало модернизироваться. В 1950-х годах на машины стали устанавливать алюминиевые диски, правда, сначала только на спортивные, и только за рубежом. В нашей стране первые попытки произвести диски из алюминиевых сплавов стали делать в 80-х, но массовый выпуск начался только ближе к нулевым годам.

Несмотря на то, что сегодня в стране есть несколько вполне достойных производителей колёсных дисков, основной ассортимент литья и ковки на прилавках магазинов импортный. Наиболее распространены технологии объёмной штамповки и раскатки (она же ковка); литья под низким давлением; комбинирования литьевых и деформационных методов получения отдельных элементов, а потом их соединение болтами или сваркой. Рассмотрим эти способы более подробно.

Объёмная штамповка в матрице

Кованый диск формируется методом горячей штамповки в разъёмной или неразъёмной матрице. При такой обработке металл приобретает волокнистую структуру с заданным направлением волокон, и это помогает достичь наивысшей прочности. Минус у такой технологии только один — высокая цена, обусловленная большим количеством отходов.

Технология горячей штамповки предусматривает несколько этапов производства. Сначала формируют цилиндрические металлические столбы определённого диаметра, которые затем нарезают на болванки нужной ширины и отправляют на пресс для осадки. Потом в заготовках прошивают центральное отверстие и, каждый раз предварительно разогревая сплав, пропускают ещё через несколько прессов с различным усилием.

Пройдя столь длительный путь, болванка постепенно превращается в диск, а нагрев и медленное деформирование практически исключают вероятность возникновения трещин и разрывов. Их закаливают, выборочно проверяют структуру волокон, и, удостоверившись в надлежащем качестве, отправляют заготовки на механическую обработку токарными и фрезерными станками с числовым программным управлением (ЧПУ).

При пластическом деформировании металла измельчается его кристаллическая решётка, самоликвидируются внутренние дефекты, в результате чего и происходит упрочнение. По этой причине прочность дисков, изготовленных по этой технологии, получается вдвое выше, чем у других. Это позволяет делать стенки обода процентов на двадцать тоньше, чем у литья — соответственно, диск одного и того же типоразмера и дизайна получится на порядок легче.

Кованые диски отлично работают на неровных дорогах, и расколоть их при ударе практически невозможно. Небольшие замятия вполне можно отреставрировать, но если диск помялся сильно, из-за нарушенной структуры металла его придётся только менять.

При изготовлении дисков по технологии горячей штамповки, в полноценные изделия превращается только 40% исходного сырья. Остальное выгорает в печах и при токарной обработке превращается в стружку — отсюда и такая высокая цена дисков.

Объёмная штамповка дисков с раскаткой

При объёмной штамповке может применяться и метод раскатки. Суть его заключается в том, что штамповке подвергается не только заготовка до оформления ступицы, но и полотна с ребордой и прилегающей цилиндрической частью, из которых потом формируются обода.

Отформованный обод с ребордой обжимается роликом до тех пор, пока он не приобретёт толщину с учётом размера калибровки. Для подгонки размеров применяют калибровочный ролик с соответствующей формой профиля.

Примечание: Способ штамповки с раскаткой сохраняет мелкодисперсную структуру металла, что даёт возможность применять локальное деформирование, и при незначительных усилиях получать диски сложного дизайна и большого диаметра.

ЛНД — литьё под низким давлением

Наиболее важным преимуществом литьевой технологии является возможность получения качественных заготовок при сниженных трудовых, энергетических и материальных затратах. Это привлекательно как для производителей, так и для потребителя, поэтому основная масса дисков в наших магазинах именно литые.

• Проблема данной технологии заключается в том, что металл литого изделия имеет ненаправленную кристаллизацию. Это не способствует механической прочности, поэтому конструкторы просто вынуждены делать стенки дисков более толстыми.
• Плохо, что нет стабильности в показателях: колёсные диски из разных партий могут значительно отличаться по характеристикам, а любое отклонение в химическом составе сплава или технологии обработки способно значительно изменить свойства конечного изделия.

На заметку: Из-за нестабильности характеристик литья предприятия, изготавливающие диски по этой технологии, вынуждены не только исследовать структуру металла-сырца до его запуска в производство, но и осуществлять полный рентгеновский контроль всех выходящих с конвейера дисков.

• Технологический процесс заключается в заполнении полостной формы расплавом, и его затвердеванием под воздействием инертного газа или воздуха с избыточным давлением. Хоть давление и называется избыточным, оно не превышает 0,1 МПа — поэтому технология и называется литьём под низким давлением.
• При его осуществлении можно отливать участки сложной конфигурации, с неодинаковой толщиной металла. А чтобы отдельные части отливки затвердевали в заданной последовательности, скорость заполнения формы расплавом, и процесс теплообмена между заливкой и формой, регулируется.

Технологические этапы при литье дисков

В целом, порядок выполнения технологических операций при литьевом способе изготовления такой:

1. Разработка модели диска.
2. Изготовление оснастки для изделий определённого дизайна и размера.
3. Контроль качества исходного сырья.
4. Изготовление расплава.
5. Заливка сплава в формы.
6. Механическая обработка заготовки (расточка центрального отверстия, сверловка дырок под крепления).

7. Рентгеновский и визуальный контроль.
8. Отправка в покрасочную камеру.
9. Упаковка и складирование.

Комбинация методов литья и штамповки — заключение

У каждого из описанных выше способов изготовления дисков есть свои достоинства и недостатки, поэтому многие производители, дабы оптимизировать свои затраты, предпочитают их комбинировать.

Наиболее перспективным производственным процессом считается симбиоз литейного способа с деформационным — например, когда обод делают методом раскатки, а лицевую часть диска — отливают. Такой диск получается более лёгким, столь же прочным, как и кованый, однако может продаваться по цене литого, что немаловажно.

Существует несколько передовых технологий раскатки обода, позволяющих значительно снизить его вес, не только не теряя прочности, но и увеличивая её на 35-40%. Одной их наиболее популярных стала технология Flow Forming, применяемая ведущими японскими и европейскими производителями. В ней обод изготавливается литьём, потом подвергается предварительной механической обработке и после прогрева раскатывается.

После раскатки обод проходит стадию рентгеновского контроля и отправляется на дальнейшую обработку: сначала термическую, потом пескоструйную и далее механическую, в процессе которой к нему приваривается отформованная в матрице лицевая часть диска.

Соединение проверяют на герметичность, после чего диск отправляют на покраску и подвергают заключительной проверке. Обычно технологии комбинирования применяют при изготовлении дисков диаметром от 17 дюймов — ведь именно большие размеры с замысловатым дизайном и неубиваемым покрытием, стоят дороже всего.