Pri automobilových diskoch sa často porovnáva dizajn, rozmer, hmotnosť alebo cena. Za týmito vlastnosťami však stojí ešte jedna dôležitá otázka: ako boli disky vyrobené a z akého materiálu?

Odpoveď už dávno nie je iba „liate alebo kované“. Hliník môžeme odlievať niekoľkými spôsobmi, odliaty ráfik môžeme ďalej mechanicky tvárniť, kovový polotovar môžeme kovať a obrábať a pri špeciálnych kolesách sa môžeme stretnúť aj s horčíkom alebo kompozitmi vystuženými uhlíkovými vláknami. Vedľa nich už vznikajú ďalšie experimentálne výrobné procesy.

Jednotlivé technológie však netvoria jednoduchý rebríček „horšie → lepšie“. Každá rieši trochu inú kombináciu výrobných nákladov, hmotnosti, konštrukčnej slobody, objemu výroby a požadovaných vlastností.

Najskôr oddeľme dve veci: materiál a spôsob výroby

Pri diskových kolesách sa tieto pojmy často miešajú. Nie sú však totožné.

Hliník alebo horčík opisuje predovšetkým materiál. Liatie, flow forming alebo kovanie opisuje spôsob, akým tento materiál spracujeme.

Preto napríklad horčíkové elektrony nemusia byť automaticky kované. Horčíkové zliatiny možno spracovať rôznymi výrobnými postupmi.

Pri karbónových kolesách je situácia ešte odlišnejšia. Nejde o homogénny kov, ale o kompozitný systém, v ktorom vlastnosti ovplyvňuje nielen geometria kolesa, ale aj orientácia a skladba jednotlivých vrstiev uhlíkových vlákien a vlastnosti matrice.

Mapa dnešných technológií kolies

1. Liatie: základ veľkosériovej výroby hliníkových diskov

Liatie je základom výroby veľkej časti dnešných hliníkových kolies. Princíp je jednoduchý: hliníková zliatina sa roztaví a tekutý kov vyplní dutinu formy.

Pod označením „liaty disk“ sa však skrýva viac než jeden výrobný proces. Rozdiel je najmä v tom, ako sa roztavený kov do formy dostane a ako je počas tuhnutia proces riadený.

Gravitačné liatie

Pri gravitačnom liatí vyplňuje roztavený kov formu predovšetkým pôsobením gravitácie. Ide o jednoduchý a ekonomicky efektívny proces, ktorý však dáva konštruktérovi iné možnosti než pokročilejšie tlakové metódy.

Nízkotlakové liatie

Pri nízkotlakovom liatí je kov do formy privádzaný riadeným tlakom. Proces umožňuje lepšie kontrolovať plnenie formy a tuhnutie materiálu a stal sa jednou z dôležitých technológií modernej veľkosériovej výroby kolies.

Vysokotlakové liatie

Pri vysokotlakových procesoch vstupuje kov do formy pod podstatne vyšším tlakom. Aj tu však platí, že samotný názov výrobného procesu ešte nehovorí, aké vlastnosti bude mať konkrétne hotové koleso.

Konštruktér musí vždy pracovať s reálnymi vlastnosťami procesu a materiálu a podľa nich navrhnúť geometriu kolesa.

2. Flow forming: odliatok, ktorému ďalej vytvarujeme ráfik

Flow forming sa niekedy nepresne opisuje ako „lacnejšie kovanie“. Takéto vysvetlenie však zakrýva jeho skutočný princíp.

Flow forming koleso začína ako odliatok. Jeho ráfik však ešte nemá konečný tvar a hrúbku.

Polotovar sa následne otáča a valce pôsobiace na jeho ráfik materiál postupne mechanicky tvárnia do požadovaného profilu.

Práve v tejto časti kolesa sa preto mení geometria aj štruktúra materiálu. Konštruktér môže vytvoriť tenší a ľahší ráfik, než by bol vhodný pri porovnateľnom konvenčnom odliatku.

3. TURBU: nová vetva medzi známymi výrobnými postupmi

Vývoj hliníkových kolies sa nezastavil pri klasickom flow formingu. Jedným z novších smerov je technológia TURBU.

Je zaujímavá práve tým, že ukazuje, ako sa výrobcovia snažia znižovať množstvo materiálu a hmotnosť kolesa bez toho, aby museli prejsť na ekonomiku plne kovaného alebo kompozitného výrobku.

TURBU preto nemožno chápať ako jednoduchú marketingovú nálepku pre flow forming ani ako náhradu kovania. Ide o samostatný technologický smer s vlastným výrobným princípom.

4. Kovanie: keď začíname tuhým kovovým polotovarom

Pri kovanom kolese je základná filozofia odlišná od liatia. Nevytvárame základný tvar naliatím tekutého kovu do formy, ale pracujeme s tuhým kovovým polotovarom, ktorý mechanicky tvárnime.

Kovanie dokáže vytvoriť veľmi kvalitný materiálový základ a umožňuje konštruktérovi pracovať s geometriou inak než pri bežnom odliatku.

Ani tu však neplatí jednoduchá rovnica:

kované = automaticky ľahšie, tuhšie a bezpečnejšie

Kvalitnejší materiálový základ umožňuje optimalizovať konštrukciu. O tom, koľko materiálu výrobca skutočne použije a akú geometriu vytvorí, však stále rozhoduje návrh konkrétneho kolesa.

Dve rozdielne filozofie kovania

Pri kovaných kolesách môžeme veľmi dobre vidieť, že rovnaký základný výrobný princíp môže sledovať rozdielne ciele.

Pri zákazkovej výrobe môže byť prioritou maximálna geometrická a rozmerová sloboda. Z jedného typu polotovaru možno obrábaním vytvoriť množstvo dizajnov, šírok, ET a konfigurácií pre konkrétne vozidlo.

Iný prístup reprezentuje veľmi dôsledná optimalizácia kovania, pri ktorej sa výrobca snaží už počas tvárnenia dostať materiál čo najbližšie k budúcej geometrii kolesa a riadiť jeho tok.

Tieto prístupy nemožno jednoducho zoradiť ako horší a lepší. Sledujú odlišnú kombináciu výrobných cieľov.

Tu sa technologický strom rozdeľuje

Až doteraz sme sa pohybovali prevažne vo svete hliníkových zliatin a menili spôsob ich spracovania.

Ďalší vývoj však môže položiť inú otázku:

Tu sa dostávame k horčíkovým a karbónovým kolesám. Tieto dve vetvy však riešia znižovanie hmotnosti úplne odlišným spôsobom.

5. Horčíkové disky: zostávame pri kove, ale meníme jeho hustotu

Horčík je výrazne ľahší kov než hliník. Práve nízka hustota horčíkových zliatin vytvára priestor na ďalšie znižovanie hmotnosti kolesa.

Dôležité je však neopakovať častý omyl: „horčíkový“ neoznačuje jeden konkrétny spôsob výroby.

Horčíkové koleso môže byť vyrobené rôznymi procesmi. Pri vysokovýkonných aplikáciách sa môžeme stretnúť napríklad s kovanými horčíkovými zliatinami.

Ekonomický problém horčíka je zaujímavý. Na vrchole trhu už totiž nesúťaží s ťažkým lacným odliatkom, ale často s veľmi ľahkým kovaným hliníkovým kolesom.

Výrobca preto platí čoraz vyššiu cenu za každý ďalší kilogram, ktorý chce z kolesa odstrániť.

6. Karbónové kolesá: keď už nenavrhujeme iba tvar

Karbónové koleso predstavuje ešte zásadnejšiu zmenu.

Namiesto homogénneho kovu pracujeme s kompozitom vystuženým uhlíkovými vláknami. Jeho vlastnosti preto neurčuje iba chemické zloženie materiálu.

Konštruktér môže ovplyvňovať orientáciu vlákien, počet vrstiev, ich skladbu a lokálne množstvo materiálu podľa toho, aké zaťaženie musí konkrétna časť kolesa prenášať.

Ani „karbónové koleso“ pritom neoznačuje jediný výrobný proces. Existujú jednodielne kompozitné konštrukcie, pletené štruktúry, duté riešenia aj hybridy kombinujúce kompozit s kovovými časťami.

Dnešná realita je zároveň výrazne odlišná od trhu kovaných kolies. Karbónové kolesá sa presadili predovšetkým ako technológia konkrétnych drahých a výkonných automobilov, kde výrobca kolesa úzko spolupracuje s automobilkou.

Čo teda jednotlivé technológie skutočne optimalizujú?

Teraz už môžeme vidieť, prečo nie je správne zoradiť všetky kolesá do jednoduchého rebríčka kvality.

A čo hmotnosť? Ani tu neexistuje jednoduché poradie

Jedným z najväčších omylov pri porovnávaní výrobných technológií je predstava, že z názvu procesu dokážeme priamo odvodiť hmotnosť hotového disku.

Nedokážeme.

Výrobca môže kvalitnejší materiálový základ využiť na zníženie množstva materiálu, ale môže ho použiť aj na vytvorenie robustnejšieho kolesa s vyššou nosnosťou alebo úplne inými konštrukčnými požiadavkami.

Preto môže byť konkrétny dobre optimalizovaný odliatok ľahší než iné koleso vyrobené technologicky náročnejším spôsobom.

Ak je prioritou práve hmotnosť, treba porovnávať hmotnosť konkrétnych kolies v konkrétnom rozmere, nie iba názov výrobnej technológie.

Technológia výroby nie je certifikát bezpečnosti

Rovnako dôležité je oddeliť výrobnú technológiu od bezpečnosti konkrétneho výrobku.

Kovanie môže vytvoriť veľmi kvalitný materiálový základ. Karbón umožňuje mimoriadne sofistikovanú optimalizáciu. Flow forming dokáže zmeniť vlastnosti ráfika.

Ani jedno z toho však samo osebe nedokazuje, že konkrétne hotové koleso bezpečne zvládne zaťaženia vozidla.

O tom rozhoduje celý návrh a výsledok sa musí overovať príslušnými skúškami.

7. Čo príde ďalej? Výrobný strom sa ešte neskončil

Liatie, flow forming, kovanie, horčík ani karbón nepredstavujú konečný stav vývoja automobilového kolesa.

Výskum už skúma technológie, ktoré menia ďalšie základné predpoklady výroby.

• kovová 3D tlač môže vytvárať geometrie, ktoré nemožno bežne odliať, vykovať ani obrobiť,
• spracovanie kovu v polotuhom stave hľadá priestor medzi klasickým liatím a tvárnením,
• kovové matricové kompozity skúšajú kombinovať kov s ďalšou výstužou,
• bezvzduchové koncepcie napokon spochybňujú aj tradičné rozdelenie na disk a pneumatiku.

Nie všetky tieto technológie sa dostanú do veľkosériovej výroby. Práve preto ich od dnešných komerčných procesov oddeľujeme.

Ako teda vybrať technológiu disku?

Ak od tohto článku očakávate jednoduché odporúčanie „kúpte technológiu X, pretože je najlepšia“, výsledok nášho porovnania je iný.

Najlepšia technológia bez kontextu neexistuje.

Pre veľkosériové cestné koleso môže byť mimoriadne efektívnym riešením dobre navrhnutý odliatok.

Ak chceme znižovať hmotnosť ráfika pri stále rozumnej ekonomike výroby, môže dávať zmysel flow forming alebo ďalšie optimalizované výrobné procesy.

Ak potrebujeme veľkú rozmerovú slobodu, individualizáciu a priestor pre veľmi dôslednú optimalizáciu, otvára sa svet kovaných kolies.

A pri aplikáciách, kde má každý ďalší ušetrený kilogram mimoriadne vysokú hodnotu, môžu ekonomicky obhájiť svoju existenciu horčíkové alebo karbónové konštrukcie.

Celá technologická mapa CentrumKolies

Často kladené otázky

Aká je najlepšia technológia výroby diskov?

Jedna univerzálne najlepšia technológia neexistuje. Liatie, flow forming a kovanie optimalizujú rozdielnu kombináciu ceny, hmotnosti, výrobného objemu a konštrukčnej slobody. Pri horčíku a karbóne sa navyše mení aj samotný materiálový systém.

Je flow forming to isté ako kovanie?

Nie. Flow forming koleso typicky začína ako odliatok. Následne sa mechanicky tvárni predovšetkým jeho ráfik. Preto označenia ako „flow forged“ nemožno chápať tak, že celé koleso vzniklo rovnakým spôsobom ako plne kované koleso.

Sú kované disky vždy ľahšie než liate?

Nie. Kovanie vytvára materiálový základ, ktorý dáva konštruktérovi veľký priestor na hmotnostnú optimalizáciu, ale výsledná hmotnosť závisí od geometrie, rozmeru, nosnosti a cieľov konkrétneho výrobku.

Sú horčíkové disky vždy kované?

Nie. Horčík označuje materiálovú skupinu, nie jednu výrobnú technológiu. Horčíkové zliatiny možno spracovať rôznymi výrobnými procesmi.

Je karbónové koleso vždy vyrobené rovnakým spôsobom?

Nie. Existuje viac konštrukčných a výrobných prístupov. Karbónové kolesá môžu využívať rozdielne spôsoby ukladania vlákien, pletené štruktúry, jednodielne konštrukcie alebo kombináciu kompozitu s kovovými časťami.

Znamená drahšia výrobná technológia automaticky bezpečnejší disk?

Nie. Výrobná technológia ovplyvňuje možnosti konštrukcie a vlastnosti materiálu, ale bezpečnosť konkrétneho kolesa musí byť overená príslušnými skúškami hotového výrobku.

Autor: Michal Lavo , CentrumKolies.sk