Закрыть
Войдите используя аккаунт ДП:
Запомнить меня
Вы можете войти как участник:

Мы вышлем его на почту:

Технология керамических тормозных колодок – происхождение и преимущества

15.03.11

Оценивая качество автомобиля, современный потребитель среди прочих непременно выделяет характеристики тормозной системы. Говоря простым языком, водитель ожидает от автомобиля, что тормоза будут работать точно, чётко и без исключений, в любой ситуации.

Так сложилось, что тон в автомобильной индустрии задают крупнейшие рынки – Северная Америка и Европа и именно здесь  потребители ожидают от производителей не просто хорошего функционирования тормозов, безопасно останавливающих  автомобиль.  Сегодня проблема шумов, вибраций и биений, а  также уровня образования пыли относится к числу наиболее важных, над решением которой работают сегодня все ведущие поставщики тормозных механизмов.

Положение дел особенно ярко проявилось  в 80-х годах ХХ века, когда в США начался рост покупательского спроса на  автомобили с четким,  информативным и отзывчивым рулевым управлением в «европейском» стиле.  В свою очередь, появление на американском рынке машин с такими качествами рулевых механизмов привело к тому, что водители стали  острее ощущать любые вибрации в тормозной системе, соответственно повысились требования и к производителям тормозов. Так совпало, что в это же время происходило повсеместное выведение из использования такого материала как асбест, который активно использовали производители колодок. Асбесту присущи стабильный высокий коэффициент трения и температурный порог, доходящий до 800 °. Однако, пыль, образуемая при истирании колодок во время торможения,  задерживается в воздухе, а асбест является сильнейшим канцерогеном. Справедливости ради, стоит отметить, что результаты исследований, проведенных учеными уже в нашем веке, говорят  том, что используемый в тормозных колодках длинноволокнистый  хризотил-асбест не угрожает здоровью людей в отличие от разновидностей асбеста относящихся к амфиболам. В  США попытка практически полного запрета на применение всех видов асбеста (в том числе и хризотил-асбеста) была предпринята Агентством по Охране Окружающей Среды в 1989 году, но это решение было отменено Апелляционным Судом в 1991 году.

Как бы то ни было,  в 80-90-е годы ХХ века острой стала необходимость поиска равной замены этому материалу. На рынке появились органические и металлические колодки (из ферросплавов), колодки армированные кевларовыми нитями. Но у них были свои недостатки. Так, «органика» при торможении сильно «пылит», образуя  пленку на поверхности колодки тем самым ухудшая качество работы тормозов, а металлизированные составы агрессивно воздействуют на тормозные диски, сокращая срок их службы.

Японская компания Akebono, на счету которой к тому моменту был 70-летний опыт в конструировании,  выпуске тормозов, разработке и производстве фрикционных материалов, приложила значительные финансовые и научно-исследовательские ресурсы и в результате были созданы  органические безасбестовые  (керамические) тормозные колодки, обеспечивающие оптимальные характеристики по шуму/биению и выбросу пыли.

Эффективное и одновременно мягкое, плавное бесшумное торможение в разнообразных условиях, которое обеспечивали новые фрикционные материалы, были признаны ведущими автопроизводителями и поставщиками ОЕ компонентов. Вдобавок к эффективности, новые материалы позволили существенно (на некоторых моделях до 90%) снизить   расходы по гарантийным претензиям к тормозным механизмам.

На сегодня около 40 процентов новых моделей автомобилей сходящих с конвейера в США комплектуются керамическими тормозными колодками. Решение о комплектации иными типами колодок принимается, как правило, из стремления удешевить модель.

Создание тормозных механизмов с пониженными шумовыми и вибрационными характеристиками, задача, которую решают не только поставщики конвейера, но и фирмы, работающие на вторичном рынке. Исторически, именно неудовлетворительные показатели по шуму и вибрации колодок, производимых на aftermarket, были причиной предубежденности на их счет, бытовавшей среди автомобилистов и заставлявшие их или возвращаться с жалобами и требованиями устранить неприятные симптомы к специалистам автосервиса, или обращаться к рынку «оригинала».

На рынок запасных частей керамическая технология пришла всего лишь около десятилетия назад. Сегодня керамические тормозные колодки используются как для замены отработавшему свой срок «оригиналу», как способ «тюнинга» тормозной системы.

Происхождение технологии керамических фрикционных материалов

Современные продвинутые технологии производства керамических тормозных колодок ведут свое происхождение от широких научно исследовательских разработок, проводившихся в 1980-х годах. В то время  все большее число стран заявляли о планах по полному запрету использования асбеста по соображениям экологии и охраны здоровья. Требовался прорыв в области новых материалов. В наибольшей степени его  обеспечили разработки японских компаний Nisshinbo (NBK)  Sumitomo и Akebono Corporation.

Первоначально их усилия были сосредоточены на создании безасбестовых фрикционных составов содержащих малое количество металлических волокон. Были достигнуты хорошие результаты. Так, Akebono продала свою первую тормозную колодку  low-metallic компании Mitsubishi Motors. Тем не менее, у колодок  low-metallic выявивились серьезные недостатки. Это агрессивное воздействие на диск и высокая температура, сопровождающая торможение, что в свою очередь может приводить к закипанию тормозной жидкости и ухудшению работы тормозных механизмов. Все это подтолкнуло Akebono к  разработке новых фрикционных материалов, отличающихся лучшей прочностью, стойкостью  и тормозными качествами. На рубеже 1990-х компания представила первую в мире керамическую тормозную колодку для массового производства, специально спроектированную под автомобили Honda Accord и Toyota Camry, пользовавшиеся огромной популярностью на американском рынке.

Вслед за ними керамику Akebono начали устанавливать Ford на новую модель Taurus, GMC – на малые грузовики и пикапы, а также Nissan и DaimlerChrysler на свои модели для рынка США. В результате компания захватила 25% рынка в США и Канаде, стала ведущим поставщиком OE для Mazda, Subaru и Isuzu в Японии, VW и Audi в Европе.

Неудивительно, что за успехом Akebono подтянулись конкуренты – почти каждый производитель включил в свою продуктовую линейку то, что он называл керамическими колодками.  Это привело к некоторой путанице среди продавцов и потребителей, поскольку отсутствует единое определение того, что такое керамическая колодка и каковы должны быть её характеристики. Очень многие производители предлагают то, что в той или иной степени технически может быть названо керамической колодкой - производитель может взять металлическую колодку, ввести некоторую порцию керамического материала в фрикционный состав и назвать его керамическим. Но, тем не менее, данный продукт не обладает должными  характеристиками керамики. В противоположность этому керамические составы – ядро технологии производства фрикционных материалов Akebono. Более того, характеристики тормозных механизмов  диктуются соответствием формулы фрикционного состава остальным компонентам колодки и всех взаимодействующих деталей системы. «Керамика» Akebono может включать до 20 и более различных ингредиентов просчитанных во время  многочисленных тестов точно под характеристики машины, для которой разрабатываются колодки.  В результате продукция Akebono демонстрирует стабильные показатели тормозной силы в широком диапазоне скоростей, лучшие характеристики торможения при нагретых колодках и быстрое восстановление их свойств после остывания.

Другое важное отличие продукции Akebono – высочайшее качество производства. Стандарты качества мировой автоиндустрии считают приемлемым долю брака в 2 400 колодок на 1 млн. За последние несколько лет на заводах Akebono в  Кентукки добились практически нулевого брака – всего 2 колодки из 1 млн. Показатель, к которому не смог приблизится ни один конкурент из числа поставщиков aftermarket.

Во многом это обусловлено применяемыми технологиями. При производстве колодок применяется способ литья под давлением при высоких температурах (positive mold process), ингредиенты  впрыскиваются более равномерно, что позволяет добиться более однородной структуры фрикционной смеси, нежели при литье в отжимную пресс-форму (flash mold), которое, как правило, используют производители колодок для рынка запасных частей. Этот способ не может гарантировать устойчивого качества продукции, и твердость колодок разнится от партии к партии. Другой технологический фактор – поддержание правильного уровня влаги в смеси. В довершении, технологический цикл, применяемый на производстве Akebono значительно более продолжителен, что положительно сказывается на отвердении фрикционного материала.

Преимущества керамических колодок

Эффективность и бесшумность

Основные достоинства керамических колодок по сравнению с традиционными безасбестовыми органическими и армированными металлическим волокном в том, что они лучше сохраняют свои свойства при разнообразных условиях (см. диаграмма №1).  Akebono разработаны сотни рецептур фрикционных составов позволяющих в разной степени снижать или полностью устранять срежет и визг при торможении. Многие из этих составов разработаны под конкретные модели машин.  Материал колодки Akebono содержит в среднем около 20 компонентов, в то время как полуметаллические колодки редко более 9.  Каждая колодка спроектирована с учетом контактирующих поверхностей, чтобы избегать биений/вибраций и производимого при этом шума.

Стабильность фрикционных качеств (Mu Stability)

Керамические колодки демонстрируют постоянную тормозную силу в критических ситуациях, в то время как полуметаллические теряют свою эффективность при экстренном (panic) торможении. (см. табл. №2).  Разница между нормальным и экстренным торможением у колодок Akebono минимальна, в то время как у полуметаллических колодок она может отличаться в два-три раза, что равносильно потере более чем 1/3 тормозной силы и означает менее предсказуемые реакции тормозов на нажатие педали.

Применение керамических колодок не только дает выигрыш в торможении, но и повышает управляемость автомобиля, степень комфорта водителя и безопасности в различных ситуациях.

Сверхнизкое количество выделяемой пыли

Керамические колодки характеризуются минимальным выбросом пыли по сравнению с обычной «органикой», пачкающей колесные диски черной трухой, образующей пленку на поверхности колодки, снижающую тормозные качества. Керамический фрикционный материал практически лишен этого недостатка.

Более низкая температура

У  большинства водителей  температура разогрева колодок не поднимается выше 250 градусов. В этих условиях эксплуатации колодки Akebono характеризуются лучшими характеристиками по износу в сравнении с полуметаллическими (м. таблицу  №3).

Равномерный износ тормозного диска

Одно из очень важных достоинств – меньшая (по сравнению с металлическими составами) абразивность колодок. Применение керамических колодок снижает износ диска  на 80%  и увеличивает срок его службы на 400% по сравнению с использованием полуметаллических колодок.

Кроме того, однородность фрикционного состава позволяет равномерно изнашивать тормозной диск. А именно неравномерность износа является причиной пульсаций отдающих в педаль при торможении (не путать с реакцией ABS).

Следующий прорыв в будущее

При всех плюсах керамическая технология пока что не оптимизирована под экстремальные условия вождения, когда температура поднимается до 300 градусов и выше. Именно поэтому в спорте применяют другие технологии – например карбон как материал для изготовления дисков (другое дело, что на гражданской машине ездить на карбоновых тормозах невозможно и на низких температурах они вообще работают хуже органики, да и дорогое это удовольствие - стоимость комплекта карбоновых тормозов может достигать нескольких  тысяч долларов). Сегодня Akebono работает над созданием нового поколения фрикционных материалов, которые позволят использовать керамические колодки при более высоких температурах и агрессивных условиях эксплуатации. Результатом этих разработок должны стать новые формулы фрикционных материалов, которые обеспечат стабильно высокие характеристики тормозной силы, низкой степени шума и вибрации  при самых больших нагрузках. 

Понравилось?

Детали, узлы, агрегаты