Из чего сделан тормозной барабан?

Замедляя вращение барабана, человек, управляющий автомобилем, замедляет и вращение самого колеса.

Использовать тормозные барабаны начали в конце 19 века. Изготавливали их тогда из чугуна методом литья, и внешне они напоминали чашу, вращение которой замедлялось тормозной лентой. В начале ХХ века благодаря инженеру Луи Рено на смену тормозной ленте пришли устанавливаемые внутри барабана поршни.

Требования к материалам для изготовления тормозных барабанов

Требования

• Термоцикличная стойкость. Способность металла выдерживать большое количество циклов нагревания-остывания.
• Усталостная прочность. Возможность как можно более продолжительной эксплуатации без накопления повреждений.
• Высокая твердость при обычных и повышенных температурах. Металл не должен менять своих свойств при нагревании или остывании.

• Высокие теплоемкость (способность поглощать теплоту в процессе нагревания) и теплопроводность (способность проводить энергию от более нагретых частей тела к менее нагретым частям).
• Коррозийная стойкость (барабан подвержен постоянному воздействию воды и влажной среды) и экологичность. 
• Доступная стоимость. Изделия производятся большими партиями. Даже небольшое увеличение цены сырья может сильно сказаться на общей стоимости.

Из чего сделан тормозной барабан?

Чугун

Несмотря на то, что с чугуна все начиналось, он активно применяется для изготовления тормозных барабанов и по сей день.

Плюсы: прочность, хорошие характеристики плавкости, широкий выбор производителей.

Минусы: большой вес, высокая стоимость (по сравнению с алюминиевыми), медленный цикл нагревания-остывания.

Алюминиевые сплавы

Как правило, это так называемые силуминовые сплавы алюминия и кремния или кремния и меди. Подробнее - в сноске "Используемые сплавы алюминия" ниже.

Плюсы: небольшой вес (в среднем, в разы меньше, чем у чугунных), низкая стоимость (немаловажную роль в этом играет именно вес), быстрое остывание.

Минусы: быстрый износ (по сравнению с чугуном), прикипание к месту крепления (иногда возникают сложности с заменой), ограниченное количество производителей.

Используемые сплавы алюминия

Сплав АК12. Сплав алюминия с кремнием, в который добавляется небольшое количество магния (до 0,5%).

Сплав АК12М2. Алюминий с добавлением небольшого количества кремния (от 11 до 13%), меди (1,8-2%) и железа (0,6-0,9%).

Сплав АК9. Алюминий с кремнием (85-90% + 8-11%) и небольшим добавлением примесей: никеля (до 0,3%), меди (до 1%) и цинка (до 0,5%).

Сплав АК9М2. Алюминий (84,1-91,65%), кремний (7,5-10%), медь (0,5-2%), цинк и железо (до 1,2% каждого).

Сплав АК5М2. Изготавливается на основе алюминия (85.9 - 94.05%), кремния (4 – 6%), меди (1.5 - 3.5%) и цинка (до 1,5%).

*неполный перечень

В настоящее время для легковых автомобилей наиболее популярными стали тормозные барабаны, состоящие из алюминиевого корпуса и внутренней чугунной обечайки, контактирующей с тормозными колодками и создающей тормозной эффект. Если говорить не только об авто - для гусеничной техники барабаны делаются из легированной стали. В блоке "Материалы" сталь не приводится.

Технологии производства

Сейчас тормозные барабаны изготавливаются большими партиями на промышленной основе. Наиболее распространенная технология производства – литье металла под давлением с использованием пресс-форм. О ней речь пойдет ниже. Отметим, что для барабанов гусеничной техники также используется технология штамповки.

Литье под давлением — способ изготовления отливок, при котором сплав под давлением от 7 до 700 МПа быстро заполняет стальную пресс-форму и приобретает необходимую конфигурацию.

Штамповка металла - процесс контролируемой деформации, при котором заготовка меняет свою форму под воздействием избыточного давления.

Литье металлов под давлением

Разработка пресс-формы сопровождается созданием технической документации и определением всех параметров будущей детали: толщины стенок, размеров технологических отверстий, расположения и размеров ребер жесткости и т.д.

Получение заготовки. Алюминиевый сплав заливается под большим давлением в пресс-форму. Предварительно в пресс-форму устанавливается чугунная обечайка. После определенной выдержки отливка извлекается из пресс-формы и остывает на воздухе. Современные автоматические машины способны обеспечить достаточно высокую точность и качество отливок, но после этого заготовка все же отправляется на дальнейшую механическую обработку.

Механическая обработка. При изготовлении тормозных барабанов механической обработке подвергаются только рабочие поверхности. Это внутренняя обечайка барабана, к которой будут прилегать тормозные колодки, и внешние установочные поверхности, которые будут соприкасаться со ступицей. Также осуществляется дополнительная обработка отверстий, используемых для крепления тормозного барабана. Подробнее про "плюсы и минусы" мех. обработки - в сноске ниже...

Литье под давлением: преимущества и недостатки

Преимущества...

1. Возможность получения поверхности с минимальными припусками на механическую обработку (в нашем случае – ребер жесткости, технологических отверстий, установочных поверхностей и т.д.).
2. Толщина стенки производимых изделий от 0,8 мм и выше. Это особенно важно для экономии веса при отливке и снижения веса конечного изделия.
3. Высокое качество поверхности отливок (5-6 класс). Это позволяет не подвергать дополнительной обработке все нерабочие поверхности барабана и экономить время и деньги.
4. Высокая прочность заготовки. При литье под давлением исключается зернистость в строении металла, что повышает прочность на 25—40% по сравнению с литьем в песчаные формы.
5. Коррозионная стойкость и гидравлическая герметичность.
6. Высокая производительность.

Недостатки...

1. Длительность и высокая стоимость процесса производства при малых объемах партий. Даже для малой партии продукции нужно тратить время на разработку пресс-формы.
2. Зависимость качества продукции от качества пресс-формы. Брак при производстве пресс-формы целиком отражается на заготовках.
3. Незначительное уменьшение пластичности материала, связанное с увеличением прочности, что может ограничивать применить процесс для деталей, работающих при значительных динамических нагрузках и вибрациях.
4. Возможность образования в отливках мелких воздушных включений (воздушная пористость), что может снижать прочность и герметичность деталей.