Как изготавливают тормозные колодки: особенности производства элемента
Тормозные колодки по праву считаются одним из самых важных элементов автомобиля. От их корректной работы напрямую зависит безопасность передвижения на дороге. Тормозные колодки способствуют лучшей управляемости транспортным средством, тем самым улучшают его безопасность во время передвижения и совершения опасных маневров на дороге. В то же время далеко не все водители, понимают значимость данного элемента и зачастую на место неисправной детали устанавливают не оригинальные запчасти, а более дешевые аналоги, качество которых оставляет желать лучшего. С одной стороны это разумно, но только в том случае если водитель привык ездить осторожно. Но вот если водитель ценит свою безопасность и безопасность своих пассажиров приобретение качественных комплектующих является незаменимым. Чтобы избежать ситуаций приобретения некачественных деталей, постараемся в этом материале подробно рассказать о процессе производства тормозных колодок.
Что нужно знать о производстве каркаса?
В производстве тормозных колодок предполагается изготовление каркаса из металла. Изготавливают деталь при помощи вырубных штампов, а также с использованием гидравлических и механических прессов. В качестве основы обычно берется листовой металлопрокат, из которого в последующем и делается сам каркас. Однако в процессе также используются крепежные элементы для датчиков и других дополнительных элементов. А некоторые модели каркаса и вовсе изготавливаются методом лазерной резки. После изготовления каркаса процесс производства тормозных колодок предполагает работу с фрикционной смесью. Это делается с целью добиться оптимального параметра коэффициента трения вне зависимости от температуры нагрева элемента в процессе эксплуатации. Как правило, для изготовления таких устройств используются низкометаллические фрикционные смеси и различные синтетические волокна в качестве матрицы. Наполнителями для этого выступают бариты и мелы, порошок из меди и всевозможные модификаторы трения. Порошок из меди добавляется в состав для стабилизации трения.
Прессование и термостабилизация
На этапе прессования из изготовленного каркаса колодки устраняют окислы, различные заусенцы и другие дефекты. Затем деталь покрывают термостабилизационным клеем и засыпают в специальную форму. Для этого используют горячий метод, который позволяет уже на этом этапе устранить имеющиеся газы, а уже далее элемент отправляется на термостабилизацию, то есть периодическое нагревание и остывание. В среднем этот этап занимает от 8 до 12 часов времени. В ходе термостабилизации смолы окончательно спекаются. Для достижения максимально высокого коэффициента трения на тормозные колодки наносится специальное покрытие. Но ввиду дороговизны покрытия, некоторые производители пренебрегают этим этапом и вовсе исключают его из общей технологии.
Подробнее о том, из каких этапов состоит производство тормозных колодок будет рассказано в этом видеоролике:
Как делают тормозные колодки
Многие не задумываются о том, какое значение в безопасности движения имеют тормозные колодки. Зачастую при ТО мы пытаемся сэкономить, и вместо рекомендованного производителем «оригинала» выбираем неоригинальные колодки известных марок – поставщиков для разных конвейеров, либо что-нибудь еще попроще.
Действительно, зачем переплачивать, особенно, если вы ездите аккуратно? А если что-то случится, например, экстренное торможение, окончившееся в бампере впереди идущего авто, то винить вы, скорее всего, будете не колодки, а самого себя. Даже если причина, на самом деле, в плохих колодках.
Вместе с тем, даже покупка колодок с известным брендом на этикетке не гарантирует высоких и стабильных характеристик. Процент подделок на этом рынке очень высок, и купить «левак» можно на любой популярной интернет-площадке и в практически любом магазине автозапчастей.
Впрочем, о подделках мы поговорим в другой раз, а сегодня я предлагаю перенестись на производство и посмотреть, как в России делают тормозные колодки. Специально для этого я отправился в город Тверь, где в промзоне на окраине расположен небольшой «колодочный» завод.
О производстве
История этого производства началась в 2011 году, когда один из европейских «автокомпонентных» брендов решил открыть в России завод по производству тормозных колодок для поставки на конвейеры автозаводов, выпускающих автомобили иностранных марок. Таким образом, производители могли бы увеличить процент локализации своих автомобилей в том числе за счет колодок.
Производство было спроектировано европейскими специалистами. Был осуществлен подбор оборудования, разработана оптимальная рецептура фрикционных смесей.
Продукция перемещается по технологической цепочке на тележках как в супермаркете. В условиях небольшого производства это оказалось очень удобно. Такое вот ноу-хау!
Кризис внес свои коррективы – долгожданных заказов от автозаводов не последовало, и вскоре доля иностранцев в бизнесе была выкуплена российскими партнерами. В 2014 году началась история торговой марки Kotl, работающей на вторичный рынок. Сегодня мощность производства составляет 500 000 комплектов колодок в год, на заводе работает 58 сотрудников. Номенклатура составляет 225 наименований колодок, преимущественно, для иномарок.
Теперь пройдемся по технологической цепочке.
Каркас колодки
Тормозная колодка состоит из металлического каркаса и приформованной к ней фрикционной части. Соответственно, первый этап – это изготовление каркаса.
Процесс вырубки и механической обработки каркасов
Большую часть из используемых каркасов делают тут же, на заводе. При помощью вырубных штампов, механических и гидравлических прессов из листового металлопроката производства НЛМК формируется сам каркас, а также соответствующие элементы к нему — пазы для крепления аксессуаров, отверстия для электрических датчиков и так далее.
От листа металла — до заготовки каркаса
Часть каркасов закупается на стороне – в основном, это каркасы для отечественных автомобилей, которые широко распространены, что позволяет сэкономить на штампах, которые, к слову, на заводе изготавливают самостоятельно, используя в том числе электроэрозионные и фрезерные станки с ЧПУ.
Изготовление оснастки и пресс-формы
Часть «сторонних» каркасов выполнена методом лазерной резки.
Фрикционная смесь
Основная задача для производителя колодок для массовых автомобилей – это сохранение стабильности коэффициента трения, независимо от степени нагрева колодок.
Оптимальным показателем КТ является диапазон от 0.35 до 0.45. Многие производители, в том числе, KOTL, маркируют свои колодки по системе SAE двухбуквенным индексом. Например, FF означает что указанный выше диапазон коэффициента трения сохраняется и при холодной колодке, и на средней нагретости, и на горячей. Некоторые компании проводят испытания самостоятельно, в данном случае, испытания по температурным диапазонам проводятся в НАМИ в рамках сертификации продукции.
Применяемые фрикционные смеси относятся к классу низкометаллических. Состав смеси, соотношение компонентов, и, самое главное, режим прессования – все это напрямую влияет на характеристики, поэтому именно здесь и скрыта важная часть ноу-хау компании.
Фрикционная смесь – это микс из модификаторов трения, структуро-образующих веществ и наполнителей. Когда-то в качестве матрице-образующего материала широко применялся асбест, обладающий очень хорошими характеристиками стабильности и теплоотвода, но позже он был признан канцерогеном, и его использование во фрикционной промышленности было прекращено.
Вместо асбеста сегодня для создания матрицы используются различные синтетические волокна – арамидные, полиакрилатнитридные. Технологи KOTL для своих смесей выбрали более дорогой, но оптимальный с точки зрения свойств материал – оригинальный кевлар, производимый американской компанией Dupont. На вопрос, почему кевлар – не российского производства, руководители пожимают плечами, мол, весь российский кевлар идет на производство бронежилетов, и все, что доступно на рынке – измельченный «вторичный» кевлар, получаемый из содержимого списанных бронежилетов. По свойствам такой материал серьезно уступает «первичному» кевлару, зато дает право производителю гордо написать «кевлар» в рекламе.
Кевлар, металлошерсть, пыль трения и готовая фрикционная смесь
Кевлар организует структурную матрицу. В качестве наполнителей используются различные бариты и мелы. В состав смеси также входят модификаторы трения. Например, медный порошок предназначен для лучшего теплоотвода и стабилизации трения. Еще один важный компонент – так называемая пыль трения, представляющая собой измельчённую скорлупу орехов кешью. Этот продукт используется фрикционщиками испокон веков, производят пыль трения в Индии.
Также в состав смеси входит металлошерсть — рубленое металлическое волокно. В России данный продукт в хорошем качестве не производится, и его поставляют из Китая (где его делают из российской проволоки). Крупнейшее европейское производство металлошерсти расположено в Боснии.
Кроме кевлара, металлошерсти и пыли трения, все остальные компоненты фрикционной смеси (графит, сера, силикат циркония, барит и т.д.) производятся в России.
Формирование смеси происходит в специальном миксере
Компоненты смеси смешиваются в определенной пропорции (согласно технологической карте) в специальном миксере по особой программе. После этого смесь выстаивается, и попадает в цех прессования.
Прессование
Этот этап начинается с предпроизводственной подготовки ранее изготовленных каркасов. Они подвергаются машинной дробеструйной очистке – удаляются окалины, окислы и заусенцы.
Дробеструйная установка
Формируется поверхность для максимальной адгезивности.
Каркасы до и после дробеструйной обработки
Далее на каркас наносится термостабилизационный клей (российского производства). Подготовленные таким образом каркасы поступают на участок прессования, где смесь соединяется с каркасом.
Смесь засыпается в изготовленные в слесарном цеху специальные пресс-формы (уникальные для каждой модели колодок), после чего сверху устанавливается каркас и пресс начинает свою работу.
Горячее формование
Прессование выполняется «горячим» методом, для того чтобы уже на первом этапе сформировалась структура смеси, вышли первоначальные газы, обусловленные присутствием в составе фенольной смолы. В процессе происходит несколько «подпрессовок», несколько «прогазовок». При помощи пирометров контролируется температура. Также под контролем находится высота, чтобы не было недо- или перепрессовок. Управляемая компьютером программа прессования, соответствующая конкретной технологической карте – еще одно ноу-хау компании.
После прессования колодки попадают на участок термостабилизации.
Термостабилизация
Программа термостабилизации – это чередование режимов нагрева и остывания. Процесс происходит в специальной печи и занимает от 8 до 12 часов, в зависимости от типа колодки и ее назначения. Например, колодки для коммерческого транспорта «прожигаются» дольше, и при более высокой температуре. Печь работает в автоматическом режиме по технологической карте.
Печь для термостабилизации
Необходимая температура выдерживается при помощи термодатчиков, расположенных в четырех рабочих зонах. В случае выхода показателей за пределы нормы, печь автоматически отключается, отправляя соответствующий сигнал в управляющую систему. Все параметры и логи процессов сохраняются в облачной системе, к которой инженеры и руководители производства имеют удаленный доступ.
В процессе термостабилизации происходит окончательное спекание смол и формирование структуры колодки. После этого колодки будут практически готовы к использованию – для их приработки будет достаточно 20-30 обычных торможений.
Производственники особенно подчеркивают, что высокие характеристики достигаются без использования так называемого «скорчинга» — «ударного» нагрева контактной части колодки до 650-700 градусов Цельсия. С точки зрения тверских инженеров, этот «стрессовый» процесс не идет на пользу материалу колодок, в отличие от другой, также используемой на производстве, технологии – аналога разработки COTEC от TRW.
Специальное покрытие, нанесенное на рабочую поверхность, позволяет добиться максимального коэффициента трения с первого нажатия педали тормоза. Из-за высокой стоимости данное покрытие применяется только на «премиальных» колодках (отличить их легко по цветному покрытию рабочей поверхности колодки).
Колодки со специальным покрытием не требуют приработки и эффективны с первого нажатия на педаль.
Но не будем отходить от темы, ведь нас ждет следующий этап жизненного цикла тормозной колодки – механическая обработка.
Механическая обработка
На данном этапе происходит окончательное формирование размера колодки по ее габариту, рекомендованному производителем тормозной системы либо автомобиля, придание ей необходимого внешнего вида, формирование пропилов (для отвода «мусора») или скосов (для лучшей притирки и снижения шумовой нагрузки).
После этого колодки направляются на покраску.
На данном этапе на колодки наносится антикоррозионное покрытие методом порошкового напыления полимерной краски в туннельной печи конвейерного типа.
Процесс практически полностью автоматизирован, благодаря чему достигается высокое качество покраски. Процесс прохождения конвейера занимает около 45 минут. После этого мы получаем практически готовый продукт – осталось установить аксессуары и нанести маркировку.
На каждом этапе осуществляется визуальный контроль качества.
Комплектация
На финальном этапе происходит маркировка колодок и установка аксессуаров – датчиков износа (механических или электрических), пружинки, противошумные пластины. Поставщиком аксессуаров выступает итальянская компания Daico – китайские комплектующие имеют нестабильное качество, а в России производятся лишь самые простые виды «навески».
Примечательно, что маркировка на колодке позволяет проследить весь ее путь по производству – не только конкретную технологическую карту, но и логи производимых процессов по данной партии.
Колодки закатываются в термовакуумную пленку, после чего упаковываются в коробки. Коробки отправляются на склад, а оттуда – к потребителям, но лишь после того, как образцы партии пройдут тестирование.
Тестирование
Образцы каждой партии колодок направляются в собственную технологическую лабораторию на тестирование по ряду показателей.
Проводятся тесты колодок на отрыв, сжимаемость, изменение толщины в зависимости от температуры, коэффициент трения при различной температуре. Лишь после успешного прохождения всех тестов партия колодок готова к отгрузке.
Будем надеяться, что этот репортаж был для вас полезным. Если так, то делитесь, пишите комментарии, задавайте вопросы по производству, технологиям и колодкам вообще – к ответам я подключу технических специалистов!
Технология изготовления тормозных колодок
Технология изготовления тормозных колодок
Технология изготовления тормозных колодок главно состоит из двух этапов: изготовление самих колодок и изготовление фрикционного слоя.
Самое сложное в производстве колодок, изготовить фрикционный слой. Как правило, в качественных колодках фрикционный слой состоит из более чем двадцати компонентов. В этих компонентах обычно содержатся различные смолы, клеи, частицы органики и металла, волокнистые материалы. Каждая компания производитель уделяет максимальное внимание составу этого слоя. У всех серьезных производителей существуют штатные производственные лаборатории, на которых проводятся исследования составов фрикционного слоя.
Страсти вокруг «фрикшн»: как делают тормозные колодки Textar
Начнем с того, что TMD Friction Group основана в 1878 году. В настоящий момент она является подразделением Nisshinbo Holdings Inc. Обладающая более чем 135-летним опытом в области тормозных систем компания признана одним из ведущих мировых производителей фрикционных тормозных материалов для легковых авто и автомобилей для коммерческого использования.
В сотрудничестве с производителями транспортных средств и тормозных систем инженеры TMD Friction разрабатывают и тестируют фрикционные элементы с точки зрения их комфорта, производительности и износостойкости. TMD Friction со своими торговыми марками Textar, Mintex, DON является также крупнейшим поставщиком на независимом мировом рынке запасных частей. Ассортимент продукции включает накладки и колодки для барабанных и дисковых тормозов, специальные смазки, очистители и инструменты для обслуживания элементов тормозной системы легковых и коммерческих автомобилей, фрикционные материалы для тяжелой промышленности. Тормозные колодки промышленного оборудования производятся под марками Cosid и Dynotherm.
Завод TMD Friction в Хамме
Кроме того, TMD Friction также является разработчиком тормозных технологий для мирового автоспорта. До 80% автомобилей, участвующих в 24-часовых гонках (Le Mans, Spa, Daytona и Nurburgring), а также в 12-часовой гонке на Sebring, используют продукцию TMD Friction.
Штаб-квартира TMD Friction находится в Леверкузене (Германия). Компания имеет исследовательские и производственные площадки в 14 странах, что помогает осуществлять свою деятельность на всех континентах. Производственные площадки дополняются собственными научно-исследовательскими центрами по всему земному шару. Штат сотрудников TMD Friction Group по всему миру насчитывает около 4800 сотрудников, а оборот компании по итога 2015 года составил 715 млн евро. Ежегодно компания инвестирует свыше 30 млн евро в научно-исследовательскую деятельность.
TEXTAR
Textar — премиальный бренд в портфеле производимых TMD Friction тормозных компонентов для коммерческого транспорта.
Около 70% всех грузовых автомобилей в Европе, имеющих барабанные тормозные системы, оснащены тормозными накладками марки Textar. В быстрорастущем секторе тормозных колодок для дисковых тормозных систем грузовиков Textar также является технологическим лидером и занимает ведущую позицию на рынке. В целом компания предлагает решения по тормозным системам почти для 99% коммерческих автомобилей Европы — грузовиков, прицепов, городских и междугородных автобусов.
Продукция Textar выпускается на заводах TMD Friction, расположенных в Европе и Америке. Главные требования к продукции — повышенная безопасность и высокий уровень комфорта торможения. Тормозные колодки и накладки Textar поступают на конвейеры автопроизводителей «большой семерки», а также других именитых брендов, производящих грузовики, автобусы, прицепной подвижной состав и комплектующие (Knorr-Bremse, WABCO и др.).
Благодаря тому, что Textar предлагает колодки уровня оригинальных комплектующих для грузовых автомобилей, прицепов и автобусов всех классов, его ассортимент охватывает более чем 99% всех моделей коммерческого автопарка Европы. Это более 600 наименований.
DON
Параллельно с маркой премиум-класса Textar, компания TMD Friction развивает ассортимент другого своего бренда — DON. Если продукция Textar в большей степени ориентирована на рынок оригинальной комплектации, то продукция DON предназначена исключительно для рынка послепродажного обслуживания и разрабатывается для потребителей, стремящихся к высокому качеству за разумную цену.
Продуктовая линейка DON включает более 150 тормозных дисков и более 400 тормозных барабанных накладок, а также индикаторы износа и монтажные аксессуары. DON предлагает также полный ассортимент комплектов тормозных колодок для дисковых тормозных систем Bendix, Brembo, Haldex, Knorr-Bremse, Meritor, Wabco/Perrot. Более 60 комплектов тормозных комплектующих DON охватывают почти весь современный парк грузового автотранспорта.
ПРОИЗВОДСТВО
Для начала немного цифр. Завод TMD Friction в городе Хамм основан в 1961 году. Общая площадь предприятия — 64 тыс. м 2 ; территории, отведенные под производственные и складские мощности, занимают 15,8 тыс. м 2 . На предприятии заняты 359 сотрудников. Тут производятся тормозные колодки и накладки для коммерческого транспорта и фрикционные смеси для их изготовления. Основные производственные площадки предприятия: цех приготовления фрикционных смесей производительностью 28 тыс. тонн в год, цех тормозных колодок для дисковых тормозов производительностью 8,5 млн шт. в год и цех накладок для барабанных тормозов (4,8 млн шт. в год).
98% изготавливаемой на заводе продукции идет для поставки на конвейер производителям комплектующих (51%) и для обеспечения фирменных сервисов (47%). И только 2% поставляется на Aftermarket. На самом деле на Aftermarket работает другой завод, также находящийся в Германии.
Одной из самых важных вещей в производстве тормозных колодок и накладок является состав смеси. Ее рецептурой занимается исследовательский центр в Леверкузене. Всего же в состав смеси может входить до 20 компонентов, которые выбираются из 200 имеющихся базовых компонентов. Компоненты приходят на «кухню» по трем ниткам: сухие смеси, влажные и содержащие латекс (его еще перед применением измельчают, поскольку он поступает в плитках).
В производстве фрикционной продукции используется только высококачественное сырье, что позволяет соблюсти жесткие стандарты качества, необходимые для продаж по всему миру. Здесь давно уже отказались от таких компонентов, как асбест и свинец.
Далее стандартный процесс. Подготовка смеси. Для тормозных колодок параллельно подготовка основания. Прессование, спекание, механическая обработка и придание товарного вида.
Оборудование по спеканию разделено на три группы — по производительности. Первая группа рассчитана на партии с небольшими объемами, вторая — на партии от 10 до 20 тыс., третья — для обеспечения потребностей производства таких грузовиков, как DAF, Scania, Volvo Trucks.
Ко всему прочему колодки для дисковых тормозов на заводе покрываются специальным составом, обеспечивающим быструю приработку без потери тормозных свойств.
Собственно, так построен технологический процесс: производство, контроль качества, испытания, готовая продукция
Из технологических особенностей в области производства тормозных колодок можно назвать такие вещи, как стальная или чугунная несущая пластина колодки, оснащенная латунными штифтами, стальная пластина колодки с приваренной металлической сеткой, а также пластина облегченной конструкции со штырьками — TMD Friction Lightweight Technology. Она подразумевает применение тонкостенной и оттого более легкой несущей пластины колодки. Уменьшение толщины пластины компенсируется промежуточным слоем из материала более легкого, нежели сталь, но не менее устойчивого к нагрузкам и нагреву. Использование облегченных колодок, например, для 6-осной связки тягач/прицеп экономит в общей сложности до 7,5 кг снаряженной массы. Легкие колодки снижают не только износ тормозной системы, но и общий вес транспортного средства, позволяя увеличить полезную нагрузку. С другой стороны, это способствует экономии топлива и уменьшению выброса токсичных веществ с отработавшими газами.
Перед выходом на рынок каждое изделие Textar проходит цикл всесторонних проверок в ходе нескольких десятков видов тестов. Другими словами, на предприятии налажен 100-процентный выходной контроль качества. Проверки обеспечивают интенсивные испытания на прочность, скорость износа, соответствие требованиям безопасности в реальных условиях, шум, плавность и комфортность торможения и пр. В ходе таких исследований новая модель колодки проходит дорожные испытания суммарной протяженностью до 300 тыс. км, а результаты анализируются с помощью специальной компьютерной системы оценки качества. Вся выходящая с предприятия продукция соответствует стандартам ECE R90.
География поставок достаточно широка: Европа, Россия и СНГ, Юго-Восточная Азия, Америка. Продукция завода поступает на сборочные конвейеры Daimler-Benz, Volvo Trucks, Renault Trucks, DAF, Scania, MAN, Iveco. Она используется в тормозных и фрикционных системах производства BPW, Meritor, Knorr-Bremse, WABCO, SAF, Haldex, ZF и др.
Такие бренды, как Volvo Trucks, Renault Trucks, DAF, Scania, на 100 % оснащаются колодками и накладками Textar. Производитель осей BPW — почти на 100 % комплектуется продукцией TMD. Примерно половина машин MAN и 100% Iveco выходят за ворота сборочных цехов с тормозными накладками TMD. Производитель тормозных систем Meritor использует колодки TMD в 95% своей продукции, Knorr-Bremse — в 45%, WABCO — в 35%.
Завод в Хамме — живой организм. Здесь постоянно идут процессы оптимизации как технологических процессов, так и производственных площадей. Одна из таких глобальных модернизаций должна завершиться в 2018 году. Ключевым лозунгом предприятия TMD Friction является аббревиатура PASSION. С одной стороны, по-английски это «страсть», с другой — те ценности, на которых зиждется успех завода и его работников: Profit (Прибыль), Ambition (Амбициозность), Sincerity (Искренность в помыслах), Strength (Сила духа), Innovation (Инновации), Optimism (Оптимизм), Never give up (Никогда не сдаваться).