Как изготавливают тормозные диски

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.

Доминирующее положение

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.

Возможны варианты

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.

Надежная защита

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.

Широкий выбор

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.

Наша страница на DRIVE2:

Из чего сделаны?

На сегодня основным материалом для производства тормозных дисков является легированный чугун, в составе которого вместе с основными компонентами — железом и углеродом, специально введены легирующие элементы, придающие ему прочность, износостойкость, жароупорность, коррозионную стойкость. В зависимости от дальнейшей области применения, легированные чугуны классифицируют по химическому признаку — алюминиевый, никелевый, хромистый. Наилучшими показателями для тормозных дисков обладает алюминиевый чугун (серый чугун — СЧ), он используется как жаростойкий материал для работы в агрессивных средах при повышенных температурах, важно отметить, что используется серый чугун с выделенным пластинчатым графитом (ЧПГ) – именно такой сплав обладает высокой износостойкостью, малой чувствительностью к концентраторам напряжений.

Также ЧПГ имеет высокую демпфирующую способность и прекрасно гасит вибрации. Именно серый чугун обладает хорошей жидкотекучестью, малой склонностью к образованию усадочных дефектов по сравнению с чугуном других типов, благодаря этому, тормозной диск, не смотря на внешнюю простоту, имеет довольно сложную конфигурацию, а внутри тела диска располагаются прямые или разнонаправленные вентилируемые каналы. Тормозные диски UBS серии Orange и серии Performance изготовлены из серого чугуна марки GG-20 (СЧ-20). Для дополнительной защиты от коррозии, производители дорогих брендов тормозных дисков покрывают свою продукцию различными антикоррозийными составами, либо окрашивают порошковыми красками. Тормозные диски UBS серии Performance покрыты антикоррозийным составом GEOMET, который нанесён на всю поверхность диска, в том числе внутри вентилируемых каналов, где особенно важно обеспечить максимальную проходимость воздушных потоков, которые часто ухудшаются с течением времени из-за коррозийных наростов.

Однако, чугун, не смотря на свои преимущества и удобства в производстве, также имеет и недостатки, которые особенно критичны там, где правят бал высокие скорости и мощные моторы – это мир супер-каров. От чрезмерных температурных перегрузок, диски из чугуна будут передавать избыточное тепло на ступицу, что приведёт к быстрому износу данного узла. Также в погоне за скоростью, производители спортивных автомобилей стараются максимально уменьшить вес, поэтому применение чугунных дисков здесь также будет под вопросом. Чтобы решить эти две проблемы, автопроизводители начали применять карбон при производстве тормозных дисков, а первопроходцами в этом направлении стали болиды Формулы-1, более того, применение карбоновых дисков позволило увеличить диапазон температурных перегрузок до 1000-1300˚С, но из-за очень высокой стоимости ($5-8тыс. за комплект из 2шт.), карбоновые тормоза так и остаются привилегированным продуктом. А также, для их эффективной работы, требуется обязательный прогрев поверхности диска.

В альтернативу карбоновым тормозным дискам, производители разработали керамические композиционные тормозные диски, которые изготавливаются многоступенчатым способом и по заявлениям производителей живут в 60 раз дольше классических чугунных дисков. Основным материалом таких дисков является комбинация кремния (керамики), углеволокна и синтетических смол. Данные диски, как и карбоновые, обладают легким весом, повышенной прочностью, но при этом не требуют прогрева. Цены на такие диски всё так же высоки, как, в общем-то, и все узлы и расходные материалы в любом супер-каре.

Как производят тормозные диски для машин премиум-брендов: изучаем завод компании Zimmermann

Германия — Мекка автомобильной индустрии. Кажется, здесь нет области или земли, где не работала бы компания, так или иначе связанная с автопроизводством. Одна из таких — немецкий производитель тормозных систем Zimmermann, который предлагает альтернативные решения для премиальных немецких производителей Mercedes, BMW, Porsche и др. Журнал «Движок» лично убедился в высоком уровне немецкого производства, приехав на завод компании в городе Зинсхайм на Skoda Kodiaq.

Напомним, что компания Zimmermann появилась в 1960‑х годах прошлого века неподалеку от Штутгарта, а потому быстро наладила сотрудничество с компанией Mercedes­Benz. Чуть позже, благодаря ответственному подходу и неизменному качеству продукции, сотрудничество распространилось на все немецкие автомобильные бренды. Правда, затем автогиганты начали диктовать поставщику свои условия, которые не соответствовали бизнес-­стратегии Zimmermann. В итоге компания приняла решение сосредоточиться на сегменте aftermarket, где имела полную самостоятельность и свободу действий.

Однако годы взаимодействия с такими брендами, как Mercedes, BMW, Audi и Porsche, задали соответствующую технологическую планку. Потому на сегодняшний день производитель занят выпуском компонентов, которые как минимум не уступают заводским деталям, а в большинстве случаев превосходят их по качеству и характеристикам.

Основным видом продукции Zimmermann являются тормозные диски. Кроме того, в каталоге присутствуют тормозные барабаны, колодки и восстановленные оригинальные тормозные суппорты. Всего более 4 тыс. позиций, которые охватывают 96% европейских автопроизводителей, а также часть корейских, японских и американских автомобильных брендов. Более 65% продукции идет на экспорт.

Компания Zimmermann целиком расположена в городе Зинсхайм. Здесь находятся завод, склад и логистический центр, а также штаб­квартира со всей администрацией. Благодаря тому, что предприятие представляет собой единый организм, компании несколько десятилетий удается держать стабильно высокий уровень качества

Процесс начинается в лаборатории компании, где инженеры на специальном оборудовании готовят технические образцы для производства. В первую очередь берется оригинальный тормозной диск, с которого до последнего микрона снимаются все мерки. После чего создается серия прототипов с разными свойствами и характеристиками, которые в лаборатории начинают проходить полный цикл испытаний согласно всем имеющимся сертификатам соответствия автопроизводителя.

В этих спецификациях указаны всевозможные параметры, которым должен соответствовать тормозной диск, — от температуры нагрева и износа до времени окончательного разрушения. Из прототипов выбирается тот диск, который по результатам тестов имеет характеристики, превосходящие исходные параметры оригинальной продукции. После чего выпускается опытная партия, из которой случайным образом выбирается и отправляется на повторный цикл испытаний еще один тормозной диск.

На испытательном стенде прототип диска Zimmermann совмещается с оригинальным суппортом и оригинальными колодками, после чего проходит серия циклов имитации всех возможных вариантов торможения, а также программа имитации условий частичного или полного разрушения диска

Одной из важнейших основ качества продукции Zimmermann называет уровень литья заготовок. Самостоятельно металлопрокатом компания не занимается, а заказывает основу у тех же поставщиков, которые работают с производителем оригинальной продукции. Заготовки, конечно, тоже проверяются. Существует порядка 45 качеств исходного материала, которые должны соответствовать заданным параметрам. Большая часть используемого сырья производится в самой Германии (55%) или странах Западной Европы. Малейшее несоответствие параметров — и сырье тут же бракуется.

После всех проведенных испытаний заготовка попадает непосредственно в производственные цеха, которые делятся на линии по выпуску разных видов дисков: обычных, перфорированных или составных.

Обычные, перфорированные, составные

В процессе обработки заготовка тормозного диска теряет 20–25% материала, или до 10 кг веса. В зависимости от того, какой необходимо выпустить диск, используется разное оборудование. Например, для производства обычного диска требуется одна производственная машина, а для производства перфорированного уже две. То есть происходит два этапа обработки с процессом переворачивания заготовки. Собственно, именно поэтому перфорированные диски всегда дороже.

Кстати, уровень перфорации также влияет на производительность и цену. Например, тормозные диски Porsche имеют 160 отверстий, а потому их производство дольше и энергозатратнее.

Последним этапом перед упаковкой является покрытие дисков Zimmermann специальной краской с алюминием в составе, что защищает диски при транспортировке и эксплуатации. Она автоматически стирается с тормозных поверхностей при использовании и не требует предварительного удаления.

Каждый тормозной диск маркируется. Первые четыре цифры — это номер, указывающий, для какого автомобиля он выпущен, дальше — номер заводской смены, то есть кто конкретно и когда его сделал, и в конце — минимально допустимая толщина

На заводе Zimmermann высокий уровень автоматизации производства, однако процесс организован по­-другому, нежели у конвейерных поставщиков, коим компания сама когда-­то была. Главным отличием является то, что OEM-­поставщик заточен под выпуск малого количества видов продукции, но делаются они огромными партиями. Zimmermann, наоборот, имеет возможность выпускать огромное количество вариантов и видов тормозных дисков, но не очень большими объемами, а иногда и мелкосерийными партиями вплоть до 500 штук для эксклюзивных авто. Таким образом, сделана ставка на гибкость производства, когда компания может оперативно перестроиться под любого партнера и быстро реагировать на появление на рынке новых моделей автомобилей.

У компании Zimmermann мизерный процент брака. Где-то 1,5% отсеивается на этапе заготовок, и еще 0,07% отбраковывается уже в виде готовой продукции

Отдельная линия отведена производству составных тормозных дисков. Их принципиальное отличие заключается в использовании разных материалов для разных частей диска: стальная или алюминиевая ступица специальным образом соединяется с чугунной тормозной поверхностью.

Преимуществ у таких дисков два. Во‑первых, составной диск заметно легче, что дает выигрыш как по весу авто в целом, так и отдельно по неподрессоренным массам, которые влияют и на работу подвески. Второе преимущество заключается в лучшей термоустойчивости и общем распределении тепла, благодаря чему улучшаются непосредственно тормозные свойства.

Подобные диски, например, штатно устанавливаются на Mercedes-­Benz S-­class и BMW поколения F. Причем в дисках для Mercedes Zimmermann использует свою запатентованную разработку, которая отличается от мерседесовской именно системой крепления ступицы к тормозному диску.

Отдельный цех на заводе отдан под производство тормозных колодок. Идея дополнить предложения этой группой товаров появилась в 2012 году. Сначала был создан исследовательский центр, а затем и небольшое производство, главным образом для BMW и Porsche.

Его цель — реализовать конструкторские разработки, понять и наладить процесс производства в принципе, а также предложить клиентам комплексный продукт, максимально подходящий его потребностям.

У компании Zimmermann несколько линеек продукции, каждая из которых отвечает своим задачам. Серия Standart максимально соответствует оригиналу. Серия Sport — для легкого тюнинга: это диски с улучшенными свойствами (перфорированные и слотированные), установка которых не требует переделки тормозной системы.
Новинка в этой группе — слотированные диски серии Black Z с черным антикоррозионным покрытием и насечками в виде буквы Z. Эти диски испытывались больше года на гоночном болиде Porsche Cayman S на треке Нюрбургринг и получили самые высокие оценки пилотов суперкара, которые неоднократно занимали там призовые места.
На вершине гаммы — двусоставные тормозные диски серий Formula Z, Formula F и Formula S, объединенные в линейку FusionZ

Каков итог?

Принципиально что-­то менять в успешном бизнесе и сильных позициях на рынке Zimmermann не планирует. Согласно тенденциям компания будет внедрять экологические методы производства, а также оптимизировать бизнес­процессы. По словам представителя руководства компании Райнера Мерца, основная задача — соответствовать тому автопарку, который сегодня представлен на рынке. Обеспечение текущих потребностей для клиентов куда важнее, чем рассуждения о будущих разработках. А клиент, как говорится, всегда прав.

Изготовление роторов и центральной части тормозных дисков

Тормозной диск – один из основных элементов системы торможения, наряду с колодками. Он точно так же подвержен износу и требует своевременной замены. Альтернативное решение – сэкономить средства и заменить не всю систему, а ее отдельные детали – например, тормозные роторы. Такую услугу оказывает наш центр шиномонтажа.

Устройство диска

Когда начинается торможение, колодки прижимаются к поверхности, называемой тормозным диском, и остановка происходит за счет силы их трения. Он состоит из двух основных элементов:

• Ротор – кольцо, с которым непосредственно контактируют колодки при торможении.
• Центральная часть, предназначенная для крепления ротора.

Устройства могут быть цельными или составными. Первые изготавливаются из куска металла методом литья. Вторые включают две отдельные детали – кольцо и центр тормозных систем. В обоих случаях во время торможения при возникновении силы трения кинетическая энергия переходит в тепло. Для улучшения охлаждения и продления срока службы диски делаются вентилируемыми, однако вентиляция не способна полностью предотвратить износ.

Цельные модели меняются только целиком. Если они составные, можно заказать лишь одну деталь, подвергшуюся износу – например, купить тормозные роторы. При возникновении такой необходимости рекомендуем обратиться к нам за консультацией.

Симптомы износа

Как узнать, когда пришло время произвести замену?

• При торможении возникают скрежет, скрип, другие посторонние звуки.
• Увеличивается тормозной путь.
• Возникают вибрация и визг.
• Биение руля в момент торможения.
• Блокировка колес.

Ресурс определяется производителем. В среднем он составляет 100-150 тыс. км, колодки за это время меняются 2-3 раза. Однако необходимость обратиться в интернет-магазин и поменять тормозные диски или ротор купить может возникнуть и раньше. К повышенному износу приводят:

• Манера вождения: если оно агрессивное, ресурс сокращается до 30-40 тыс. км.
• Условия эксплуатации. Если машина часто ездит по лужам, влага попадает на нагретый металл, что провоцирует его деформацию.
• Материал запчастей, качество колодок.

Специалисты нашей мастерской изготовят и установят роторы и центры дисков, ориентируясь на параметры авто. Основой для работы служат изделия лучших германских производителей, которые мы обработаем специально для вашего автомобиля. Подробную информацию, цены на товары и услуги, отзывы наших клиентов есть на сайте компании «Властелин колец».

© 2006–2023 Властелин колец

• Продукты и услуги
• Контактная информация