Технологии

Гравитационное литье.

Большинство легкосплавных дисков (примерно 95%) изготовляются методом литья. Главное достоинство этого метода заключается в высоком коэффициенте использования материала, что снижает себестоимость производства и является определяющим фактором при формировании цены (литье в 2-3 раза дешевле ковки).

В качестве конструкционных материалов широко используются относительно дешевые сплавы на основе алюминия . Алюминий является одним из наиболее легких металлов, что в сочетании с высокой прочностью его сплава, способствует снижению веса диска.

В сравнении со стальными - алюминиевые диски легче на 10-20%. Данный факт является основным их преимуществом, т. к. в этом случае снижается масса неподрессоренных частей автомобиля.
Из-за этого при движении по неровностям дороги на кузов воздействуют меньшие ударные нагрузки, а значит, улучшается такое эксплуатационное свойство автомобиля, как плавность хода.

При этом также улучшаются условия работы подвески: упругие и демпфирующие элементы воспринимают меньшие нагрузки, тем самым увеличивается срок их службы.

Облегченные колеса быстрее восстанавливают контакт с поверхностью дороги при наезде на препятствие, что повышает устойчивость и управляемость автомобиля на больших скоростях.

Уменьшение массы колеса положительно сказывается на динамике автомобиля, т. к. для разгона и торможения требуется меньшее усилие, что в конечном итоге приводит к увеличению срока службы двигателя, трансмиссии и тормозной системы, а также к уменьшению расхода топлива.

Кроме того, диски из алюминиевых сплавов обеспечивают лучшее охлаждение тормозных механизмов за счет лучшего обдува и высокой теплопроводности материала.

Высокая точность изготовления литых дисков позволяет лучше произвести балансировку колеса, что способствует уменьшению износа подшипников ступиц, шарниров деталей подвески, рулевого привода и шин.

Процесс гравитационного литья под  давлением.

Алюминиевый диск должен обладать значительной легкостью, максимальной прочностью и жесткостью для того, чтобы выдерживать эксплуатацию на различных дорожных условиях. Если мы стремимся к достижению легкости, страдает прочность и наоборот, увеличивается вес диска в борьбе за прочность. Идеалом в этом случае может быть гармония, компромисс легкости и прочности.

В процессе производства колесных дисков используют следующие методы литья по способу заполнения форм:

• гравитационное литьё;

• гравитационное литье под давлением.

Отличие гравитационного литья от литья под  давлением.

Технология соединила в себе теории технологий литья и ковки, чтобы сфокусироваться на решении данной конфронтации веса и прочности. При производствелитой диск проходит ускоренный этап затвердения жидкого алюминия для достижения требуемой прочности и жесткости. Обычное охлаждение водой в нижней форме дополняется охлаждением и в верхней форме. Сплав затем подвергается высокоскоростной термической обработке.

Заготовку после отливки несколько раз нагревают до высокой температуры (примерно 540 градусов Цельсия) и резко охлаждают водой, что схоже с процессом закалки металла. В процессе этой термической обработки меняется микроструктура алюминия, в результате чего сплав становится мелкозернистым. При помощи современных компьютерных технологий осуществляется анализ и контроль изменения структуры алюминия до, во время и после затвердения.
Такой технологический процесс позволяет сделать диск тонкостенным не в ущерб его прочности.

При обычном гравитационном литьё заполнение формы жидким сплавом и его затвердение происходят без какого-либо внешнего воздействия, под действием силы тяжести. Литьё под давлением - способ получения отливок в пресс-формах, которые сплав заполняет с большой скоростью (16 секунд) под давлением. Использование этого метода обеспечивает точность размеров и предупреждает образования пористости конструкции.

“Liquid Forging” - объединяет преимущества литья и ковки. Как это выглядит? Расплавленный алюминий подается в форму и осуществляется первичное давление в 50кг/см² и последующее давление в 1000 кг/см². Третья степень давления - 4000 кг/см² - производится после того, как форма полностью заполнится расплавленным металлом и продолжается до полного затвердения. При таком многократном давлении поры расплавленного алюминия полностью устраняются. металл получается без усадочных раковин и с отличной микроструктурой.

Схема технологического процесса «Liquid Forging».

Преимущества дисков, изготовленных с применением технологии “Liquid Forging”:

- Отсутствие «усадочной раковины», микроотверстий и пор.
- Мелкозернистость (20-30nm).
- Высокие механические свойства жидкой ковки отражаются на лучшем прохождении поворотов, радиальной износоустойчивости и ударопрочности по сравнению с дисками, литыми при низком давлении.
- Вариативность и изысканность дизайна в сравнении с цельнокованными дисками.
- Вес жидкокованного диска ниже на 30% по отношению к литым дискам.
- Высокие механические свойства и отличная микроструктура.

Микроструктура диска по технологии «Литье под низким давлением».	Микроструктура диска по технологии «Liquid Forging».

Таблица механических и эксплуатационных характеристик литья и жидкой ковки.

Толщина обода литого диска.	Толщина обода жидкокованного диска.

Производители по-прежнему работают над технологиями, которые позволяют сделать диск максимально легким не в ущерб прочности. Один из таких проверенных методов - процесс вытягивания обода под воздействием высокой температуры. У  Kosei такой метод имеет название Super Fprming (SF), у MI-tech и Marcello - FF (Flow Forming).

Процесс выкатывания обода диска по технологии «Flow Forming»

Обод диска до и после выкатывания.

Производственная установка «Flow Forming».

Ротационно-давильная технология "Flow Forming" – новая, прогрессивная технология изготовления симметрично радиальных деталей. Заготовка в виде сердцевины диска с буртиком отливается и прессуется под очень высоким давлением, а затем из буртика с помощью разогрева и специального оборудования “вытягивается” обод.

Технология «Flow Forming» позволяет сэкономить на сырьевом материале и механической обработке. Большим преимуществом является элегантный, утонченный внешний вид и беспрецедентно малая масса колеса. Являясь именно литыми, эти диски имеют высокую степень прочности, равную прочности кованых алюминиевых дисков.

Таблица 1. Сравнительная таблица механических и эксплуатационных характеристик различных технологий.

Структура гальванического покрытия дисков MI-tech