Изготовления колесных дисков

АНАЛИЗ МАТЕРИАЛОВ ПРИМЕНЯЕМЫХ ДЛЯ

В автомобильной промышленности для изготовления отдельных деталей и сборочных единиц используется большое количество различных конструкционных материалов. Одним из элементов конструкции автомобиля являются колёсные диски для изготовления которых применяются:

- стали;

- алюминиевые сплавы (АЛ4 и AlSi11Mg);

- магниевые сплавы (МЛ5);

- композитные материалы (углепластик).

Исходя из условий эксплуатации, марки автомобиля и его грузоподъёмности колёсные диски подразделяются на стальные штампованные, литые легкосплавные, кованные и сборные (рисунок 1) [1]. 

а	б	в	г
а – стальные штампованные; б – литые легкосплавные; в – кованные; г – сборные
Рисунок 1 – Виды колёсных дисков

 

От выбора материала колёсных дисков зависят:

1) плавность хода и динамика автомобиля;

2) надёжность работы ходовой части;

3) эффективность охлаждения тормозной системы;

4) энергоэффективность расхода топлива.

В данной стать представлен анализ указанных характеристик на примере магниевых и алюминиевых дисков.

Одним из основных факторов, влияющий на управляемость автомобиля является вес колёсных дисков.

Основное преимущество магниевого сплава – меньшая плотность, чем у алюминиевого. На примере сплавов МЛ5 (1,81 г/см³) и АЛ4(2,7 г/см³), магниевые диски при той же прочности будут примерно на 33 % легче. Таким образом, уменьшая вес колёсных дисков, уменьшается неподрессоренная масса автомобиля (это вес элементов ходовой части, то есть колеса, ступицы, амортизаторы, пружины, рычаги подвески, стабилизаторы и т. д.). Вследствие этого улучшаются [2]:

1) динамические характеристики. По статистике уменьшение массы колеса на 1 килограмм даёт прибавку мощности примерно равную 1 проценту;

2) энергоэффективность расхода топлива. За счёт меньшей требуемой мощности на раскручивание колёс, расход топлива в городском режиме снижается примерно на от 5 до 10 %;

3) управляемость. При наезде на неровность или препятствие максимальная сила удара приходится на колёса, и лишь остаточная сила доходит до кузова. Чем легче колесо, тем меньший удар доходит до кузова автомобиля и увеличивается сцепление с дорогой на неровностях;

4) плавность хода. В среднем снимая 1 кг массы с каждого колеса, по расчётам это равносильно уменьшению массы кузова автомобиля за 30 кг (для каждого автомобиля индивидуально). Таким образом, убирая 2 кг с каждого колеса, плавность хода автомобиля будет такой же, если бы в автомобиле находились два человека.

Отличительным качеством магниевых сплавов является высокая теплопроводность [3]. Благодаря этому свойству увеличивается эффективность охлаждения тормозной системы, за счёт рассеивания теплоты от нагретых тормозных элементов.

Стоит выделить великолепные демпфирующие способности материала, которая позволяет материалу поглощать и гасить удары и вибрации. Магний имеет уникальные демпфирующие свойства – в 100 раз выше, чем у алюминия. Вследствие этого значительно снижаются вибрационные нагрузки на автомобиль, прежде всего на двигатель, подвеску и трансмиссию, растёт ресурс машины.

При меньшем весе магниевые диски имеют повышенную жёсткость за счёт несколько большей толщины стенок по сравнению с алюминиевыми дисками. Это, а также пружинящие свойства магниевого сплава позволяет сохранять круглую форму диска при самых жёстких ударах о препятствия и значительно увеличить ресурс шин.

Если по удельной прочности (прочности, отнесённой к плотности материала) магниевые сплавы не превосходят качественные алюминиевые, то по возможности противостоять многократным нагрузкам и концентраторам напряжений магниевые сплавы уверенно превосходят алюминий и могут конкурировать с лучшими сталями. А ведь в подавляющем большинстве случаев разрушение конструкции обусловлено именно усталостью материала, а особенно возрастной.

При наличии весомых преимуществ, у дисков из магниевых сплавов есть и отдельные недостатки:

1) низкая коррозийная стойкость. Не смотря на современные методы защиты от коррозии, магниевые диски даже после летнего сезона могут сильно потерять в целостности поверхности и в конструктивной прочности. Зимнее же время года для этого вида колес настоящая катастрофа – перепады температуры, сырость и солевые реагенты способны очень быстро разрушить структуру металла;

2) магний и сталь легко вступают в реакцию, вследствие чего первый разрушается. Поэтому контакт магниевых дисков со стальными элементами (с крепёжными болтами, балансировочными грузиками и т. д.) может привести к отрицательному результату. В связи с этим их установка требует особого подхода, а иногда дополнительных затрат на необходимое усложнение конструкции и применение специальных комплектующих элементов конструкции;

3) низкая ремонтопригодность. Порой целесообразнее купить новый диск, чем восстанавливать старый, так как они плохо поддаются сварке и их невозможно прокатать на специальном оборудовании для восстановления геометрии;

4) возможность использования магния в автомобильной промышленности появилась благодаря удешевлению материала, но несмотря на это, колёсные диски из данного материала являются дорогим удовольствием.

Однако несмотря на их существенные недостатки с которыми ведётся борьба производителей на первое место ставятся преимущества дисков из магниевого сплава, которые получили широкое распространение среди суперкаров и эксклюзивных автомобилей, где инженеры стараются достигать максимальной эффективности каждого элемента автомобиля. Алюминиевые же диски стали востребованы на гражданском рынке за счёт высокой надёжности, средней цены и прочности.

 

Литература

1. Гладов, Г. И. Устройство автомобилей: учебник для студентов среднего профессионального образования / Г. И. Гладов, А. М. Петренко. – М.: Издательский центр «Академия», 2017. – 352 с.

2. Тарасик, В. П. Теория движения автомобиля: учебник для вузов. – СПб.: БХB-Петербург, 2006. – 478 с.