Внешний вид автомобиля. Классификация колесных дисков. Стальные, легкосплавные, литые и кованные колеса. Диски, изготовленные методом горячей объемной штамповки в закрытых матрицах. Механические свойства колес. Определение наличия дефектов деформации.
Аннотация к работе
Колесо связывает автомобиль с дорогой, обеспечивая его движение. Такими колесами комплектуется основная часть выпускаемых в мире автомобилей изза оптимального соотношения эксплуатационных свойств и себестоимости. Колеса, изготовленные на основе алюминия и магния, обязательно защищают от воздействий внешней среды специальными защитными покрытиями. Для обеспечения адгезии (сцепления) защитного покрытия с окрашиваемой поверхностью колесо перед окраской обязательно подвергают электрохимической (гальванической) или химической обработке. Готовые изделия могут иметь различные цвета, однако в большинстве случаев колеса окрашивают в цвет "серебристый металлик".
Введение
Колесные диски играют огромную роль для определения внешнего вида автомобиля. Поэтому автовладельцы очень тщательно подходят к выбору дизайна колесного диска. Помимо эстетического значения диски выполняют массу других функций. Колесо связывает автомобиль с дорогой, обеспечивая его движение. Также оно воспринимает все неровности и изменение профиля дороги, которые передаются через шину. Правильно подобранные колесные диски - это и безопасность на дороге, и уменьшенный расход топлива, и увеличение срока службы трансмиссии, и отличный дизайн.
Рисунок 1. Стальной диск производят из листового металла методами штамповки и последующей сварки составляющих деталей. Такими колесами комплектуется основная часть выпускаемых в мире автомобилей изза оптимального соотношения эксплуатационных свойств и себестоимости. К плюсам стальных колес можно отнести их доступную цену, достаточные эксплуатационные свойства при применении высокопрофильных шин. К минусам - возможность биения, геометрические отклонения, недостаточно упругая деформация, ведущая иногда к быстрой потере давления в бескамерной шине при сильном ударе колеса о препятствие. Хотя существуют стальные штампованные колеса, отличающиеся высокой точностью изготовления.
ЛЕГКОСПЛАВНЫЕ КОЛЕСА: в свою очередь подразделяются на 2 вида: литые и кованые и отличаются они по способу изготовления. Основным материалом для их производства являются сплавы на основе алюминия, реже магния, крайне редко титана. Колеса, изготовленные на основе алюминия и магния, обязательно защищают от воздействий внешней среды специальными защитными покрытиями. Если воздействие на колеса из алюминиевых сплавов наносит урон их внешнему виду, то магниевые - подвержены глубокому корродированию, вплоть до разрушения отдельных участков. Для обеспечения адгезии (сцепления) защитного покрытия с окрашиваемой поверхностью колесо перед окраской обязательно подвергают электрохимической (гальванической) или химической обработке. Готовые изделия могут иметь различные цвета, однако в большинстве случаев колеса окрашивают в цвет "серебристый металлик".
ЛИТЫЕ КОЛЕСА
Рисунок 2. Литый диск
Особенностью технологического процесса изготовления литых колес является получение из жидкого сплава с помощью формы отливки, максимально приближенной поразмерам к заданной конструкции. Последующая механическая обработка сведена к минимуму, а все решения дизайна заложены при проектировании формы. Проектирование колеса и литейной формы осуществляется с помощью специальных компьютерных программ, а вся механическая обработка производится на станках с числовым программным управлением (ЧПУ). Все способы литья имеют свои особенности, достоинства и недостатки, влияющие на образование той или иной структуры сплава. При изготовлении каждой партии литых колес делается контрольная отливка, которая подвергается резке и разрушению для оценки структуры и механической прочности. Рентгеновский контроль проходит каждое колесо. Из всего объема выпускаемых в мире легкосплавных колес подавляющее большинство литые и лишь незначительная часть кованые. Объясняется это несоизмеримой разностью в сложности процесса изготовления. Изготавливать литые колеса можно в условиях небольших производств, но кованые под силу только крупным металлургическим заводам со сложнейшим оборудованием. Если литые колеса на автомобиле можно назвать дорогим удовольствием, то кованые - очень дорогим.
КОВАНЫЕ КОЛЕСА
Рисунок 3. Кованый диск
При производстве кованых колес в России используется технология объемной (горячей) штамповки. В других странах применяют метод раскатки (холодное формование). Принципиально это два различных процесса, но перевод их названий на русский язык означает "кованый", что отражается и в названии изделий. С учетом заданных конструктивных особенностей, на этапе проектирования кованого колеса, получают штамповую основу, а затем штамп. Технология изготовления колеса очень сложна. Заготовку подвергают поэтапной штамповке с промежуточным нагревом перед каждой деформацией. Чтобы получить необходимую структуру легкого сплава и использовать все его свойства, применяют прессы, развивающие усилие от 6 до 20 тыс. тонн. Вес штампов может достигать 10 тонн. Только при такой технологии и использовании максимально пластичного сплава заготовка будет иметь необходимую волокнистую структуру, что позволяет при последующей механической обработке сделать кованое колесо легче литого. Начальный вес заготовки около 20 кг (для колеса 6,5х15") после механической обработки снижается более чем в три раза. Предыдущие этапы, то есть проектирование колеса, штамповой основы, изготовление штампов предусматривают все токарные, фрезерные и расточные операции без подрезания продольных волокон структуры сплава. Некоторые заводы для уменьшения себестоимости изготовления используют технологию выштамповки окон. В отштампованную заготовку изначально закладываются размеры будущего колеса, максимально возможное число отверстий для крепления, максимальный вылет.
· достоинства: 1. высокая прочность и жесткость конструкции;
2. масса кованого диска на 30-50 % меньше массы стального и на 20-30 % аналогичного литого;
3. высокая коррозионная стойкость.
· недостатки: 1. высокая цена, вызванная высокотехнологичностью производства;
2. небольшой выбор дизайнов;
3. в случае наезда на серьезное препятствие могут разрезать шину.
2. Заготовительное производство автомобиль диск колесо кованный
Кованые - диски изготовленные методом горячей объемной штамповки в закрытых матрицах (горячая объемная штамповка это технологическая операция при которой заготовка деформируется в СПЕЦИАЛЬНОМ инструменте - штампе).
Для дисков используется сплав типа АВ на основе алюминия с легирующими добавками магния, 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 430С и с помощью предварительного штампа (разогретого примерно до 350С) 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 изпод 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 колес используются гидравлические вертикальные прессы усилием 4,7, 10.0, 30.0тыс.тн! На фотографиях 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.
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 150-160С 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, 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.