Как делаются самые совершенные автомобильные колесные диски

«Популярная механика» выяснила, как делаются самые совершенные автомобильные колесные диски – так называемую «ковку».

Мы стоим в кузнечно-прессовом цехе Ступинской металлургической компании, над нами возвышается гиганский пресс, развивающий усилия в 10 000 тонн. Бригада рабочих меняет оснастку штамповочного пресса, а Александр Ловчев, заместитель начальника производства дисков автомобильных и мотоциклетных колес Ступинского металлургической компании (СМК), раскрывает нам секреты производства кованых колес. «Вообще-то «кованые» - это не совсем точно с технической точки зрения, правильнее было бы назвать их дисками, изготовленными методом горячей объемной штамповки в закрытых матрицах, - улыбается Александр. – Но столь сложное название с первого раза мало кто способен выговорить, так слово «кованые» вполне прижилось.

"Эти диски - дальние родственники самолетов, - продолжает Александр. - 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. Кто-то стал делать кастрюли, а СМК - в том числе и колесные диски. 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), складывают в корзины 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 "блинчики" толщиной сантиметров двадцать и диаметром около полуметра. Процесс дальнейшего превращения в колеса происходит в несколько этапов. Сначала "блинчики" разогревают до 430°С и с помощью предварительного штампа (разогретого примерно до 350°С) 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", - поясняет Александр. Один из рабочих смазывает разогретый штамп специальной смазкой, двое других ловко хватают "кастрюлю" длинными щипцами и 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. Пресс с усилием в 10 000 тонн (в СМК таких два) позволяет изготавливать диски большого диаметра. "Мы - единственное предприятие в России, кто освоил производство дисков диаметром до 22 дюймов! -с гордостью говорит Александр. - Меньшим усилием их просто не продавить -придется разогревать сплав до почти жидкого состояния, а это уже не объемная, а 'жидкая штамповка' - так мы называем литье под высоким давлением".

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 51 5°С, 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—160°С 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, - поясняет Александр. - 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.

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, - отвечает на мой вопрос Александр. - Вот, например, этот 15-дюймовый диск весит чуть больше 5 кг, почти в два раза меньше стального штампованного аналога. И при этом параметры его значительно превосходят требования российского ГОСТа. Кстати, такая масса не является рекордной - в свое время мы сделали для японского рынка самое легкое в мире 15-дюймовое колесо - оно весило 3950 г".

"Некоторые диски после механической обработки дополнительно полируются. Для дисков марки М&К, которыми представлен наш премиум-сегмент, эти операции производятся за рубежом, - продолжает Александр. -Для остальных проводится обычная слесарная обработка -снимаются острые кромки, а затем производится окончательный контроль на соответствие геометрических размеров чертежу, биения обода и дисбаланс. Последний параметр по ГОСТу контролировать необязательно, но мы это делаем, причем наш 'внутренний' стандарт в этом отношении в два раза более жесткий, чем российский ГОСТ. 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. Видите, на колесе выбит номер? После покраски, окончательной проверки и одобрения ОТК колесо упаковывают, а его заводской паспорт будет храниться у нас еще в течение десяти лет. Сколько времени занимает производство диска? Около недели чистого времени, но, если учитывать производственный график, получается около месяца".

Российские технологии в области изготовления кованых колес вполне признаны и за рубежом. "В прошлом году на немецком 'Мотор-шоу' в Эссене, главной европейской ежегодной выставке в сфере тюнинга автомобилей, несколько тюнинговых ателье выставили очень дорогие машины - Bentley и Aston Martin - именно на наших дисках М&К", - говорит Александр. "А посетители знали о том, что эти диски российские?" - спрашиваюя. "Да, конечно! Клейма 'Сделано в России' мы не стесняемся. Мы им гордимся".

Секторный штамп

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.

АНАТОМИЯ КОЛЕСНОГО ДИСКА

Производители автомобилей рассчитывают детали подвески и колесный крепеж под определенные параметры дисков, которых лучше придерживаться владельцу автомобиля.

Колесный диск совершенно не обязательно должен быть единой деталью. Существуют так называемые составные диски, у которых обод и ступичная "тарелка" соединены набором болтов. Это позволяет гибко варьировать дизайн и параметры дисков.

ЧТО ЗНАЧАТ ВCE ЭТИ ЦИФРЫ И БУКВЫ?

Таинственный набор цифр, написанный на диске, что-нибудь вроде 6Jxl5 Н2 5x108 ЕТ 52 d63.3, - это параметры диска:
6 - ширина обода в дюймах;
J - профиль закраин обода [самый распространенный, для легковых машин существуют также профили JJ, К, JK, В, R D);
15 - диаметр обода в дюймах;
Н2 - тип хампа [выступа на полке обода), который удерживает бескамерную шину на диске. Существуют обычный хамп Н, двойной Н2, плоский FH, двойной плоский FH2, комбинированный СН, расширенный ЕН и расширенный ЕН2+;
5x108 - это PCD [Pitch Circle Diameter), диаметр окружности, на которой расположены крепежные отверстия, и количество этих отверстий;
ЕТ-так называемый вылет, расстояние между привалочной плоскостью диска и центральной плоскостью обода. Он может быть как отрицательным, так и положительным. Иногда вылет обозначается как DEPORT, OFFSET, INSET [положительный вылет) или OUTSET [отрицательный);
d63.3 -диаметр центрального отверстия [ступицы) в миллиметрах. Обеспечивает центрирование колеса на ступице. Иногда диски делают универсальными, с большим центральным отверстием, а точное позиционирование осуществляется центрирующими шайбами.

ШТАМПОВКА И ЛИТЬЕ

Штампованные стальные колесные диски ставятся на большинство автомобилей на конвейере. Они состоят из двух частей - обода и "тарелки" специального профиля (для жесткости), изготовленных штамповкой стального листа и соединенных между собой точечной сваркой. Для защиты от коррозии используются различные покрытия. Такие колеса просты в производстве и поэтому дешевы, деформируются (а не разрушаются) при сильных ударах, допуская дальнейшее восстановление. Минусы их вполне понятны: они тяжелы (уменьшение массы невозможно без потери прочности), при нарушении защитного покрытия склонны к коррозии, да и внешний вид стальных дисков весьма банален (поэтому их обычно закрывают декоративными колпаками).

Литые колесные диски из алюминиевых сплавов примерно на 15-30% легче стальных (в зависимости от дизайна). Кроме того, внешний вид литых дисков достаточно привлекателен, технология литья позволяет изготавливать их практически в любом дизайне. Изготовленные методом литья диски хотя и легкие, но менее прочные, чем стальные. А самое главное - они гораздо менее пластичны и при очень сильных нагрузках не деформируются, а просто разрушаются. Литые диски из сплавов на основе магния еще легче алюминиевых (плотность магния меньше, чем алюминия), но магний гораздо менее стоек к коррозии, поэтому на магниевые диски приходится наносить многослойные защитные покрытия.

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! "В начале 1990-х годов, когда мы только начинали производство колес, такая технология применялась как основная, - поясняет Александр Ловчев. - Вообще спортивные колеса - это славная страница истории СМК. Мы поставляли колеса в Японию для мощных спортивных мотоциклов - Yamaha, Kawasaki, Suzuki. А для итальянской компании Speedline делали по спецзаказу магниевые колеса, которые под другими марками ставили на болиды 'Формулы-1'".

ПМ Благодарим компанию "Интехно"
за помощь при подготовке статьи.

Статья журнала "Популярная механика" июнь 2007г.
Автор: Дмитрий Мемонтов
Фото: Руслан Гусейнов

Источник: http://www.b-tuning.ru

Аксессуары

Как делаются самые совершенные автомобильные колесные диски