МАТЕРИАЛЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОЛЕС

Колеса крупносерийного производства изготавливаются в основном методом холодной штамповки из стального листа и состоят из обода и соединенного с ним сваркой диска. Колеса из алюминиевого или магниевого сплавов изготавливаются методами кокильного литья под низким давлением или горячей объемной штамповки (ковки).

Основными преимуществами колес из стального листа являются: низкая стоимость и возможность восстановления (рихтовки) после деформации (смятия, изгиба). К недостаткам стальных колес можно отнести низкую коррозионную стойкость, относительно большую массу (например, масса колеса легкового автомобиля размером 5¹/2 J х 13 составляет в среднем 6,5 кг) и невыразительный дизайн.

Литые колеса из алюминиевого или магниевого сплавов (рис. 2.17) обладают высокой коррозионной стойкостью и весьма выразительным дизайном. По сравнению с колесами из стального листа той же размерности они имеют меньшую массу (на 15 и 30%, соответственно) и большую прочность. В результате у автомобиля с такими колесами снижается неподрессоренная масса, что благоприятно сказывается на работе подвески. При одинаковой эффективности работы амортизаторов обеспечивается лучший контакт колес автомобиля с опорной поверхностью. Меньший момент инерции литых колес обеспечивает автомобилю лучшие динамические и тормозные свойства. Кроме того, легкие сплавы обладают хорошей теплопроводностью, что в совокупности с большими отверстиями в дисках способствует более эффективному охлаждению тормозных дисков и суппортов.

Рис. 2.17. Литые колеса

Основными недостатками литых колес являются: излишне толстые стенки; хрупкость из-за наличия скрытых литейных пор и раковин; сложность (зачастую невозможность) восстановления; высокая стоимость.

Кованые колеса прочнее литых, толщина их стенок меньше в 1,5…1,8 раза, а масса ниже на 15…22% [ 6 ]. Кованые колеса не трескаются (не раскалываются) и не подвержены смятию. Основным их недостатком является более высокая стоимость по сравнению с литыми колесами.

Общим же недостатком кованых и литых колес, проявляющимся при эксплуатации автомобиля на разбитых дорогах, является их высокая жесткость. Эти колеса (в отличие от обычных стальных колес) практически не обладают податливостью, в результате чего, прямые удары в них передаются непосредственно на подвеску и ходовую часть автомобиля и в значительной степени снижают их ресурс.

Колеса из магниевых сплавов легче и прочнее, чем из алюминиевых. Однако они не нашли широкого применения из-за низкой коррозионной стойкости. Для защиты таких колес от воздействия окружающей среды их покрывают защитными лаками или красками, что приводит к дальнейшему увеличению их стоимости.

Материалами для колес из полимерных композиционных материалов являются армированные пластики на основе стеклянных, углеродных или гибридных волокон и термореактивных (полиэфирных, эпоксидных, эпоксифенольных) или термопластичных связующих (поликарбонатных, полиамидных). Стеклонаполненные термопласты перерабатываются в изделия высокопроизводительным методом литья под давлением, а стеклопластики на основе полиэфирных и фенольных смол, являющиеся наиболее дешевыми материалами, – методом прессования.

а) б)

Рис. 2.18. Колеса из стеклопластика

На рис. 2.18 показаны примеры конструкций колес из стеклопластика для грузовых (рис. 2.18, а, колесо с разъемным ободом) и легковых (рис. 2.18, б, неразборное колесо) автомобилей, изготовленных методами прессования из препрега и литья под давлением из стеклонаполненного поликарбоната, соответственно.

Рис. 2.19. Конструкция колеса с основанием обода из полимерного композиционного материала: 1 - основание обода; 2 - бортовые кольца; 3 - торцевое кольцо; 4 - фланцевое кольцо; 5 - штифтово-болтовые соединения

На рис. 2.19 показана конструкция колеса для шины регулируемого давления, где основание обода изготовлено методом намотки стеклоткани, пропитанной связующим составом на основе эпоксидной смолы. В табл. 2.1 приведены методы изготовления колес из полимерных композиционных материалов, которые зависят от объема производства, применяемого материала и конструкции колеса.

Применение полимерных композиционных материалов существенно расширяет возможности конструкторов в области разработки нетрадиционных конструкций колес. Например, выполняя дисковую часть колеса сферической или эллиптической при радиальном расположении армирующих волокон, принципиально возможно создание колес, повышающих плавность хода автомобиля, которые будут функционировать как амортизаторы системы подрессоривания и низкопрофильные шины.