Льём, точим, проверяем: как делают тормозные диски
Устройство дискового тормозного механизма представляется предельно простым и понятным даже людям, далеким от техники. Однако каждый его элемент – результат напряженной работы инженеров и технологов, которые должны учитывать множество различных факторов и находить оптимальные решения. Проектирование и изготовление качественного и надежного тормозного диска – сложный и многоэтапный процесс, требующий точных расчетов и постоянного контроля качества. Рассмотрим, как это происходит.
Дисковые тормоза на современных легковых автомобилях получили самое широкое распространение. Эти механизмы отличает высокая эффективность и возможность точно дозировать усилие – с тем, чтобы в конечном итоге обеспечить максимально эффективное замедление автомобиля и полный контроль над машиной для водителя.
Барабанные и дисковые тормоза были изобретены практически одновременно, в начале XX века, однако широкое распространение дисковых тормозов сдерживалось рядом объективных обстоятельств. Дисковые тормоза стали актуальными после внедрения гидропривода взамен механического, вакуумного усилителя тормозов и тормозных жидкостей с высокой температурой кипения.
В результате подавляющее большинство передних тормозных механизмов, испытывающих максимальные нагрузки, в современных машинах именно дисковые. Широко применяются тормоза такого типа и на задней оси – в первую очередь на мощных автомобилях с высокими динамическими характеристиками.
Самый простой тормозной диск представляет собой единую чугунную деталь с центральной ступичной частью, которой он крепится к ступице автомобиля, и ротором – кольцеобразной рабочей поверхностью, к которой и прижимаются во время торможения колодки. Для эффективного отвода тепла диски делают вентилируемыми – в таком случае между рабочими поверхностями ротора оставляют вентиляционные каналы еще на этапе литья заготовки. Такую отливку изготовить сложнее, чем сплошную – поэтому вентилируемые тормозные диски получаются более дорогими, чем сплошные.
Чтобы обеспечить максимально эффективное торможение, рабочую поверхность ротора приходится увеличивать, однако и здесь существуют ограничения – прежде всего по массе. Литой чугунный диск классической конструкции может оказаться слишком тяжелым, а величина неподрессоренных масс – важный параметр, влияющий на плавность хода и управляемость автомобиля.
На динамичных автомобилях, требующих мощных тормозов, часто устанавливают составные тормозные диски. Центральную часть при этом изготавливают из легкого алюминиевого сплава, а ротор оставляют чугунным – так удается избежать перебора по массе. Ступичная часть в таких деталях крепится к ротору плавающими заклепками или болтами.
Для спортивных моделей машин применяются тормозные диски с рабочей частью из карбона или керамики – они мало весят и сохраняют высокий коэффициент трения даже при большом нагреве, однако в массовых моделях не используются. Прежде всего из-за очень высокой цены, а также особенностей эксплуатации – для максимально эффективной работы им необходим прогрев.
Все начинается с отливки
Современные тормозные диски для массовых моделей автомобилей изготавливаются из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом. Этот конструкционный материал обладает оптимальным коэффициентом трения, при этом достаточно прочен, стоек к износу и доступен по цене. Для эффективного отведения тепла тормозные диски делают вентилируемыми, а для отвода газа, выделяющегося на поверхности колодки при высоких температурах, диск имеет сквозные отверстия – т.н. перфорацию или специальные насечки. Они же позволяют эффективно очищать тормозные колодки от нагара и продуктов износа, которые образуются в процессе работы тормозов.
Заготовки для тормозных дисков изготавливаются методом литья – современные поточные линии позволяют делать отливки сложной формы и обеспечивать их высокое качество с минимальным процентом брака.
Технология литья в глинисто-песчаные формы давно известна и доведена до совершенства, а процессы на современных заводах максимально автоматизированы. Очертания будущей заготовки формируются специальными стержнями-шаблонами, а расплавленный чугун заливается в форму, рассчитанную на несколько заготовок, через литниковую систему – разветвленное дерево каналов. После того, как заготовки остынут, излишки металла срезаются, а будущие диски подвергаются механической обработке на токарных, фрезерных и сверлильных станках. Отливки с пористой структурой или раковинами, образующимися в процессе охлаждения, выявляются и отбраковываются литейным предприятием в процессе контроля качества на ранних этапах.
Массовое производство тормозных дисков требует тщательного расчета. В частности, в толщину заготовки закладываются припуски – то есть тот слой металла, который будет с нее срезан в процессе механической обработки. При этом также важно обеспечить точную центровку отверстий в центральной части тормозного диска, через которые он будет соединен со ступицей колеса. Диск должен быть сбалансированным – его биение при вращении или неравномерность толщины недопустимы.
Прежде чем запустить тот или иной тормозной диск в массовое производство, изготавливается опытная партия деталей. Диски с наилучшими параметрами проходят комплекс дополнительных испытаний и только после этого оптимальный образец можно изготавливать большими тиражами.
Тормозные диски должны быть качественными и долговечными, а кроме того – эффективно сопротивляться коррозии. Чугун оптимален по своим эксплуатационным свойствам, однако без дополнительной защиты слишком быстро ржавеет. Особенно важно это для вентилируемых дисков – мостики между двумя рабочими поверхностями ротора, покрытые ржавчиной и продуктами износа, гораздо хуже отводят излишнее тепло. Чтобы обеспечить дискам привлекательный внешний вид и защитить их от коррозии, готовые диски получают защитное покрытие – в частности, на основе цинка.
Ferodo для дополнительной защиты дисков, предназначенных для престижных автомобилей, применяет технологию COAT+. Помимо сугубо утилитарных целей, дополнительная защитная обработка позволяет обеспечить дискам свежий и эстетичный внешний вид на протяжении всего срока службы – это особенно актуально на машинах с легкосплавными колесами, когда тормозные механизмы всегда остаются на виду.
Кроме того, тормозные диски Ferodo на финишном этапе изготовления подвергаются нелинейной механической обработке – это облегчает процесс приработки дисков и колодок на новом автомобиле, а также после замены изношенных частей.
Возможность предложить запчасти, предназначенные именно для вашего автомобиля, очень важна для производителя элементов тормозной системы. Тормозные диски и колодки жестко стандартизированы, и компания Ferodo имеет возможность предложить широкую номенклатуру этих деталей, охватывающую практически все доступные на рынке автомобили. Ferodo может предложить элементы тормозной системы для 98% автопарка Европы и выводит на рынок новые детали в зависимости от рыночной ситуации, спроса на те или иные детали и появления новых моделей автомобилей.
Также при выборе элементов тормозной системы важно помнить, что крупные и известные производители запчастей исповедуют комплексный подход к проектированию и испытаниям. Диски и колодки одного и того же класса, спроектированные одним и тем же производителем – оптимальный выбор для надежной и длительной работы тормозного механизма без чрезмерного износа.
Техцентр Lab Brake System
+7 928 404-34-79
ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПЕРФОРИРОВАННЫХ ТОРМОЗНЫХ ДИСКОВ НА ЗАКАЗ
ИНДИВИДУАЛЬНЫЙ проектный расчет перфорации
эффективность торможения до 65%*
Получите предложение в течении 8 часов
*Спросите у наших клиентов
Почему миллионы автолюбителей
Выбирают перфорацию Тормозных дисков
Закипание
С целью предотвращения закипания, продления ресурса эксплуатации механизма, на автомобили устанавливают тормозные диски с перфорацией.
Температура
При активном использовании тормоза колодки разогреваются до 250 – 350°. А при езде на раллийном авто градус достигает отметки в 500 – 600°.
Экономия
Износ тормозных колодок снижается примерно на 30 процентов.
Профессионалы
Все изделия обрабатываются на заводском оборудовании
Проект
На каждый автомобиль и под каждый диск изготавливается индивидуальный паттерн перфорации
Только лучшее
У нас в работе линейка брендов тормозных дисков и колодок на которые мы даем гарантию
Хватит слов! пусть вместо нас заговорят тормозные диски
ДОСТАВКА ПО РФ Автобусы, BLA BLA CAR, Деловые линии, SPSR
ЧТО МЫ ПРЕДЛАГАЕМ?
1
Изготовление перфорации по индивидуальным заказам (эксклюзивный паттерн, расчет под ваш авто, разные ценовые категории)
2
Изготовление перфорировации дисков на заводском оборудовании
3
Замена на вашем авто или отправка по СНГ
Toyota
Land Cruiser VII 2014-2020 г. в.
комплект перфорированные диски ADVICS
Колодки стояночного тормоза Masuma
KIA
комплект перфорированные диски
LADA VESTA
ПЕредние увеличенные перфорированные диски
Задние перфорированные диски
*кардинальное изменение качества тормозной системы
Toyota
Camry седан IX кузов 70
комплект перфорированные Диски 328 мм
А это наши КЛИЕНТЫ
Все переживают как разогнать большой автомобиль! Мы думаем как его вовремя остановить
Владимир Остриков (руководитель компании)
Опыт работы: более 12 лет в автомобильной сфере
За 3 года работы я понял главное: любую идею можно воплотить в жизнь! Рецепт прост: внимательность к клиентам, использование самых современных технологий и ответственность за результат!
Техцентр перфорирования тормозных дисков LBS
Производство тормозных дисков – есть ли предел совершенству?
Ежегодно сообщается о новых рекордах продаж автомобилей по всему миру, однако эти результаты не охватывают все регионы земного шара в равной степени. Наряду с авторитетными автомобильными производителями на мировой рынок приходят новые компании, которые стремятся экспортировать свою продукцию на внешние рынки. Необходимо отметить, что сегодня у всех фирм, которые производят автомобили для разных рынков сбыта, стремительно развивается локализации комплектующих.
В то же время в индустриально развитых государствах, из-за насыщения внутренних рынков, появились свободные производственные мощности. Стремительно растёт конкуренция, а вместе с ней и ценовое давление, которое сказывается на производстве комплектующих. Не является исключением и производство автомобильных отливок (к примеру, производители тормозных дисков и тормозных барабанов часто вынуждены разрабатывать новые стратегии, направленные на повышение эффективности производства).
В современных рыночных условиях ценовое давление для литейного производства не является чем-то новым. Сегодня необходимо постоянно переориентировать производство на новые модели и оптимизировать каждый отдельно взятый производственный этап в технологии литья. Однако, стоит отметить, что того, кто однажды выбрал определённую технологию формовки, очень трудно переубедить от неё отказаться. Очень часто такая позиция основана на неподтверждённых слухах и неаргументированной информации о разных технологиях формовки.
В связи с тем, что рынок комплектующих достаточно большой, достаточно сложно посчитать, к примеру, объемы реализации тормозных дисков в мире. Однако на основании некоторых рыночных данных, а также информации от постоянных поставщиков автомобильной промышленности известно, что в настоящее время в мире производится около 6,5 млн. тонн тормозных дисков в год. При этом их производство осуществляется на без-опочных формовочных машинах с вертикальной полостью разъёма либо опочных формовочных машинах с горизонтальной полостью разъёма. В некоторых случаях встречается литьё в формы, изготовленные вручную. В процессе производства тормозных дисков и барабанов задействовано 149 формовочных машин DISAMATIC и 6 установок DISA MATCH на 91 литейном производстве. Доля производства тормозных дисков в мире и доля производства тормозных барабанов на машинах DISAMATIC в настоящее время составляет около 3, 5 млн. тонн в год (рис. 1). География машин DISAMATIC в производстве таких отливок приведена в таблице 1.
Рисунок 1: Тормозные диски для грузовиков, произведенные на оборудовании DISAMATIC
Из таблицы можно видеть, что предпочтения способов формовки при изготовлении тормозных дисков варьируются от континента к континенту.
Из 50 формовочных машин, которые эксплуатировались в производстве тормозных дисков, 2/3 были поставлены в Азию, что является очевидным признаком развития рынка.
В то же время, когда речь заходит о новых инвестициях, приходится оценивать в первую очередь затраты в будущее производство.
Капитальные затраты
Экономия электроэнергии
Сокращение энергозатрат в литейном производстве уже много лет играет важнейшую роль. До сих пор стремление снизить энергозатраты было сосредоточено в первую очередь на самом энергоемком участке – плавления. Несмотря на то, что потребление энергии при формовке составляет всего лишь 8-12% от всей энергоёмкости производства, это также является хорошей возможностью для оптимизации. Энергопотребление распределяется между процессом приготовления формовочной смеси и самой формовочной линией. Таким образом, энергозатраты на технологию формовки составляют только часть, которая в зависимости от типа машин может составлять от 30 до 55%.
С учетом критерия легкости использование мощных вертикальных формовочных линий значительно снижает расход энергии (таблица 2). В этом случае следует проанализировать числовое выражение среднего годового потребления – киловатт на тонну годных отливок. Для повышения эффективности производства тормозных дисков литейные цеха должны работать в три смены. Если же соотнести годовой временной цикл производства и фактическое энергопотребление формовочного оборудования (состоящего из формовочной машины, стержнеукладчика, заливочного участка и охладительного конвейера) с годным количеством отливок в тоннах, то можно с уверенностью достичь энергопотребления равного 10 кВт/ч. С таким показателем технология DISAMATIC однозначно лидирует среди других формовочных технологий, так как эффективное энергопотребление на опочных формовочных линиях составляет только 20 % от аналогичного параметра формовочных линий DISAMATIC.
Рисунок 2: Литники DISA 270-A
Среднее потребление мощности в кВт
Общая потребляемая мощность в кВ ·А
Таблица 2: Общая потребляемая электрическая мощность формовочных линий DISAMATIC
Производство тормозных дисков и тормозных барабанов требует максимально возможных результатов при одновременно низких затратах. Формовочное оборудование DISAMATIC как нельзя лучше отвечает данным требованиям. Это оборудование простое в эксплуатации и работает на двух приводах: один – для формовочной машины, а другой – для конвейера участка заливки и охлаждения. Вертикальная плоскость разъёма создаёт дополнительные опции литниково-питающей системы, а также вентиляцию потенциальных мест образования газо-усадочных раковин в полости разъёма. Также устройство для накалывания вентиляционных отверстий либо сверлильные приспособления не нужны. Сам технологический процесс производства осуществляется в большинстве случаев с одной линией охлаждения. Поперечные перемещения и необходимые для него приводы также отсутствуют. Нет необходимости выталкивания форм, поскольку не применяются опоки, что упрощает выбивку отливок, а также отделение от формовочной смеси. Возврат и очистка палет и опок также не нужны. Только отсутствие этих затрат на дополнительное оборудование и инструменты, которые необходимы в опочных формовочных линиях, снижают капитальные затраты. Необходимо отметить, что инвестиции в опоки и палеты в некоторых случаях могут превышать инвестиции в оборудование DISAMATIC. Разумеется, все дополнительные расходы сказываются на себестоимости отливки.
При анализе инвестиционных затрат, производительной интенсивности энергопотребления, доступности технического обслуживания, ценовые преимущества, конечно, на стороне технологии вертикальной формовки. Не менее важным аспектом является само технологическое оборудование, обеспечивающее выход годных отливок высокого качества.
Рисунок 3: Модельная плита для DISA 240-C
Технологическое оборудование
Высокая скорость формовки линий DISAMATIC является одним из важнейших преимуществ. Правда, скорость формовки определяет и очень короткое циклическое время заливки в форму. Для того, чтобы, с одной стороны, использовать полную мощность линии, а с другой стороны, заливать литейные формы необходимо использовать соответствующие литниково-питающие системы с низкой металлоёмкостью, но, рассчитанные на высокие скорости заливки, что формирует экономию на выходе годных отливок. Известно, что высокие скорости заливки были причиной большего количества брака. На выставке GIFA 2011 компанией DISA была представлена система двойной подачи форм, которая увеличивает время остановки формы за счёт одновременной заливки двух форм. В то же время многие поставщики литейного оборудования предложили свои решения двойной подачи.
Благодаря этой новой разработке повышается производительность, которая может быть использована в различных направлениях. Более длительное время заливки способствует сокращению объёма литниково-питающей системы, это даёт возможность высвободить место для дополнительного размещения отливок в форме. Благодаря более длительной остановке формы при одновременной заливке двух форм можно избежать ограничений в производительности линии из-за заливки. Таким образом, можно беспрепятственно залить дополнительные формы и в целом сократить количество брака отливок. Аналогичным образом возможна частичная комбинация обоих преимуществ. Эти преимущества представлены в таблице 3.
Количество тормозных дисков в форме
Диаметр тормозных дисков в мм
Время заливки в сек.
Скорость заливки в кг./сек.
Необходимая производительность плавки т/ч
Количество тормозных дисков в час
Энергозатраты на формовочной линии кВт/т
Производительная плотность т/м2
Таблица 3: Пример повышения производительности DISA 270-A посредством использования двойной подачи
Необходимо отметить, что если характер дефектов отливок принципиально различается в зависимости от технологии вертикальной либо горизонтальной формовки, доля брака примерно одинаковая. Если при вертикальной формовке проявляется микропористость, то при горизонтальной формовке – это усадочные раковины. Каждому опытному литейщику знакомы эти проблемы из личного опыта работы по той или иной технологии формовки, и он знает пути их устранения.
После обработки и установки тормозных дисков на автомобиль невозможно распознать различия в технологии изготовления. Один ведущий автомобильный концерн подтвердил, что на протяжении длительной эксплуатации не было выявлено качественных различий тормозных дисков, произведённых на вертикальной либо горизонтальной формовке.
Двустороннее уплотнение литейной формы над модельной плитой обеспечивает максимальную твёрдость формы на её поверхности, однако ближе к центру кома формы эта твёрдость снижается. Это естественное преимущество процесса вертикальной формовки на горизонтальной опочной формовочной линии может достигаться посредством дополнительных затрат на интегрирование вторичной наполнительной рамки на опоре модельной плиты. Вторичная наполнительная рамка используется для уплотнения формы в приграничных областях.
В опочных линиях необходимо оборудование для соединения нижней и верхней полуформ. При этом возникает опасение смещения при механических колебаниях в процессе сборки. Необходимо постоянно контролировать износ штырей и втулок во всех опоках. В вертикальной линии полученная форма напротив перемещается при помощи модельной плиты из формовочной камеры и соединяется сразу с предшествующей формой. Исключение смещения формы, ровно как и более высокие затраты на очистку в последующих процессах значительно сокращается. Для отвода газов из формы во время заливки в вертикальном процессе достаточно выпоров, смонтированных на модельной плите, которые сообщаются с верхней поверхностью формы. Повреждение формы при выполнении наколов либо сверлении выпоров также исключается.
Рисунок 4: Робот для укладки стержней на DISAMATIC
ЗИЛ «Юность» — изготовление тормозных дисков
«Юность», который у нас реставрируется, достаточно быстро укомплектовали необходимыми запчастями, благо многие узлы взаимозаменяемые с другими моделями ЗИЛ. Тормозная система «Юности» была в ужасном аварийном состоянии — задние тормозные диски износились полностью, раскрошились и поломали задние суппорта. Задние тормозные трубки были заглушены примитивным образом — вкрученными болтами подходящими по диаметру резьбы… Так, видимо, и ездили какое-то время — передние тормозные механизмы были сильно перегружены — и теперь требовали основательного ремонта.
Передние тормозные диски, колодки и передние суппорта мы нашли довольно быстро, а вот с задними тормозными дисками и задними суппортами — была проблема! Задние тормозные диски «Юности» — оригинальной конструкции, вентилируемые, с колодками стояночного тормоза внутри диска. Полугодовые поиски не увенчались успехом — завода ЗИЛ и известного спеццеха(в котором строились правительственные автомобили) уже нет, а у частных коллекционеров и реставраторов таких деталей не оказалось.
Изучив техническую документацию и технологию производства, мы решили изготовить задние тормозные диски! Все началось с чертежей будущих пенопластовых макетов отливок, учётом усадки чугуна и технологических особенностей производства способом получения разовых форм – они имеют высокий «болван», минимальную толщину стенки (исключены смешения отпечатков полуформ и их повреждения), минимальные боковые уклоны и т.д. Выполнение технических требований при изготовлении качественных отливок типа высоконагруженых тормозных вентилируемых дисков возможно только с использованием предварительного уплотнения, а также индивидуального производства — одной отливки в одной форме. Учитывая жёсткие требования, которые предъявляются к качеству тормозных дисков, сложной кофигурации, а также изучив оригинальные тормозные диски (проведя анализ металла) — выбрали материал для изготовления новых дисков — ВЧШГ (высокопрочный чугун с шаровидным графитом).
Полученные отливки необходимо обработать механическим способом — снять всё лишнее и на высокоточном токарном станке добиться нужных размеров рабочих поверхностей. Сложность этого этапа работ заключалась в проведении четырёх высокоточных токарных операций в один приём, — зажимаем заготовку и не снимая, производим четыре операции — с двух сторон плоскости тормозных колодок, поверхность колодок стояночного тормоза, наружной ступичной плоскости. Иначе — будет недопустимое биение и вибрации.
Следующий этап — балансировка тормозного диска в сборе со ступицей — такова была технология балансировки тормозных механизмов
ИЗ ЧЕГО СДЕЛАНЫ ТОРМОЗНЫЕ ДИСКИ?
На первый взгляд тормозной диск представляет из себя подготовленный и хорошо обработанный кусок металла. Но это не так.
В действительности тормозные диски изготавливают из чугуна. А что такое чугун?
Чугун — это уже не просто металл, а определенный сплав металлов. Основа представляет собой сплав железа с углеродом, который добавляется в виде цементита и графита. Углерод необходим для придания твердости, хотя и снижает пластичность. Добавляют кремний, марганец, серу и фосфор.
Тут необходимо понимать основную задачу тормозных дисков и принцип их работы.
Тормозные колодки зажимают диск с двух сторон и тормозят движение. Визуально просто, но с точки зрения взаимодействия элементов тормозной системы дело обстоит сложнее. Принцип их действия — усилие сжатия и трение.
Там, где усиливается трение увеличивается температура, а температура увеличивается не только в паре колодка-диск, но и ситема — тормозная жидкость и далее.
Если мы посмотрим на конструкцию тормозного диска, то увидим, что он чем-то напоминает летающую тарелку. Перегрев или резкое охлаждение приводит к тому, что края этой «тарелки» то приподнимаются вверх, то опускаются вниз.
То есть рабочая поверхность деформируется и коробится.Снижается эффективность торможения и возникают различные биения, которые (в случае, если деформация все-таки происходит) мы обычно ощущаем на руле или педали тормоза.
Поэтому основная задача чугунного сплава из которого сотоит тормозной диск — это способность выдерживать высокие температуры и резкое охлаждение. Обладать твердостью и пластичностью.
Конечно, конструкция тормозного диска и всей системы в целом направлена на максимальный отвод тепла, как одной из главных проблем. Но это уже вопрос отдельного разговора и следующей статьи.
В дополнение прмерная структура тормозного диска в цифрах:
Для Чугуна с индексом G3000
Тип материала: НТ230
Усилие на разрыв: ob 230N/mm2
Твердость: HB187-241
Фосфидно евдектический сплав и цементит не более 3%
Структура: тонко слоистая со стальным отливом
С — 3.10-3.50
Si — 1.60-2.10
Mn — 0.60-1.00
P — 23 мая 2014 в 23:22 Метки: состав тормозного диска