lichtmetalen velgen - zo worden ze gemaakt
Lichtmetalen velgen - in de volksmond bekend als aluminium velgen, zijn enorm populair bij autokopers en bestuurders. Bijna elk voertuig in Duitsland wordt in de zomer met aluminium velgen gereden. Diverse fabrikanten produceren lichtmetalen velgen rechtstreeks voor het uitrusten van nieuwe auto's of voor inbouw achteraf voor de tuningmarkt. De aluminium velgen verschillen niet alleen in maat en design, ook het fabricageproces is anders. De productie van aluminium velgen kan worden onderverdeeld in drie soorten: gieten, walsen, smeden.
Conventionele fabricage: het gietproces
Heel simpel gezegd is het gietproces een proces dat enigszins doet denken aan het bakken van een cake. Voor elk velgontwerp is er een mal waarin het vloeibare aluminium wordt gegoten. Het begint allemaal met het vloeibaar maken van het materiaal. Het aluminium wordt niet in zijn pure vorm verwerkt, maar in een speciale legering. Meestal is het een aluminium-siliciumlegering. Het vaste materiaal wordt vloeibaar gemaakt in een smeltoven bij een temperatuur van ca. 1000 graden. Voorafgaand aan het gieten wordt de eerste kwaliteitscontrole uitgevoerd, waarbij door middel van spectrale analyse de materiaalsamenstelling wordt gecontroleerd op afwijkingen. Als het resultaat naar tevredenheid is, wordt de vloeibare aluminiumlegering naar de gietmachine getransporteerd, waar deze met een lagedrukproces van 700 bar bij een temperatuur van 1,2 graden Celsius in de mal wordt geperst en gevormd.
Om de velg verder te kunnen verwerken, wordt deze eerst gekoeld in een complex perslucht-waterkoelsysteem. De ideale materiaalstructuur kan alleen worden gegarandeerd door het koelproces nauwkeurig te regelen. Nadat de legering is gestold, vindt de volgende kwaliteitscontrole plaats. Het wiel wordt geröntgend en onderzocht op scheuren, poriën en de kleinste gaatjes in het materiaal. Alleen onberispelijke velgen worden vrijgegeven voor verdere verwerking. De uitwerpselen worden gesorteerd en weer omgesmolten. In het verdere fabricageproces wordt het wiel opnieuw enkele uren bij meer dan 500 graden Celsius met warmte behandeld. Dit proces wordt oplossingsgloeien genoemd en vormt samen met het afschrik- en spanningsverlagend proces, waarbij het materiaal enkele uren bij een temperatuur van 150 graden Celsius tot rust komt, de basis voor het behoud van de uiteindelijke sterkte van de velg.
Tijdens de daaropvolgende mechanische bewerking verwijdert de snijmachine overtollig materiaal door de velgbodem aan de buiten- en binnenkant te draaien. De velg krijgt zijn definitieve vorm door het vervolgens boren van de boringen voor ventiel, kalot en wielnaaf. Deze stappen zijn uiteraard CAD-ondersteund en worden uitgevoerd met een nauwkeurigheid van een duizendste van een millimeter en vervolgens gecontroleerd met behulp van 3D-scanning. Tijdens de daaropvolgende onbalanstest wordt de gelijkmatige massaverdeling van het wiel gecontroleerd. De zogenaamde afwerking omvat het slijpen van de ontwerpzijde en het ontbramen van de schijf. Deze stappen worden niet volledig automatisch uitgevoerd. Hier is de expertise van de medewerkers van het productiebedrijf vereist. In het verdere proces wordt het slijpstof weggespoeld en wordt de luchtdichtheid van de velgbodem gegarandeerd door een lektest. Het wiel kan dan worden geverfd. Het aanbrengen van basispoeder en kleurlak leidt tot een onberispelijk oppervlak. De laatste afdichting met een blanke lak beschermt de velg tegen beschadigingen en omgevingsinvloeden en zorgt voor een zeer goede levensduur.
Rollende velgen - het stroomvormingsproces
Strikt genomen is het flowforming proces een bijkomend proces binnen het gietproces. De Engelse term kan worden vertaald als 'een rand vormen in beweging' en staat ook bekend als strijken of rollen. De vloeibare aluminiumlegering wordt niet in de uiteindelijke vorm gegoten zoals bij het conventionele gietproces, maar in een smallere velgbodem met een beduidend hogere wanddikte. Na de oplossingshittebehandeling, afschrikking en relaxatie wordt het wiel weer verwarmd tot 300 graden Celsius en op een cilinder geklemd die enigszins conisch van vorm is. Het wiel en de cilinder zijn gemaakt om te draaien. Ondertussen brengen drie roterende rollen hun druk tot 15 ton over op de velgbodem en brengen deze in de gewenste vorm. Het materiaal wordt tegelijkertijd vervormd en gecomprimeerd. In de volksmond wordt dit proces rollen genoemd, omdat de kleinere plano zijn uiteindelijke vorm krijgt door te rollen. Het strijken of rollen leidt tot een toename van de sterkte van het materiaal. Met dezelfde stabiliteit kunnen bepaalde delen van de velg filigraan worden gemaakt dan bij het conventionele gietproces. Een ander voordeel is het lagere gewicht van de stromingsvormende velg. Na het strijken is, net als bij het conventionele gietwiel, een mechanische bewerking vereist waarbij de velgbodem aan de buiten- en binnenkant wordt uitgeschakeld. Alle verdere productiestappen tot aan het schilderen komen overeen met die bij de fabricage van het gietwiel.
Gesmede wielen - met grote kracht in vorm geperst
Het zogenaamde gesmede wiel kan niet zonder een gietproces. Eerst wordt een cilindrische plano gegoten uit een siliciumvrije aluminiumlegering. De gegoten cilinder heeft een hoogte van ongeveer 60 cm en een diameter van 30 cm en komt ongeveer overeen met de massa van de gewenste velg. Bij het eerste persproces wordt het blok met behulp van een hydraulische pers tot een ronde schijf geperst. Op het materiaal wordt een druk van ca. 4000 ton uitgeoefend. Een tweede pers geeft de schijf zijn latere ontwerp met een aandrukkracht van ca. 7000 ton door de contouren in te drukken. Ventilatiegaten, wielnaven en schroefaansluitingen worden gemaakt door een ander persgereedschap. Terwijl de velg tot nu toe koud is gevormd, moet de velgschijf voor verdere verwerking worden verwarmd, zodat deze in een walsproces in een driedimensionale vorm kan worden gebracht. De rand wordt onder enorme druk gevormd en uitgetrokken. Dit stapsgewijze proces staat bekend als 'smeden'. De afwerking in de vorm van boren, draaien en slijpen wordt gevolgd door een oppervlaktebehandeling. In de regel wordt het lakken uitgevoerd in de vorm van het corrosiebestendige poedercoatingproces.
De materiaalstructuur, die sterk is samengedrukt tijdens het smeedproces, geeft de velg een extreem hoge dichtheid en een perfect oppervlak zonder insluitsels. Met dezelfde sterkte kan het gesmede wiel worden vervaardigd met dunnere wanddiktes dan een wiel vervaardigd in het giet- of stromingsvormingsproces en heeft een lager gewicht. Dit resulteert in een vermindering van de onafgeveerde massa in het voertuig, wat aanzienlijk bijdraagt aan het vergroten van de rijdynamiek van het voertuig.
Voor- en nadelen van verschillende productieprocessen
Het smeedproces is het meest complexe fabricageproces en daarom zijn de gesmede lichtmetalen velgen aanzienlijk duurder dan conventionele gietwielen of vloeiende velgen. Door de sterke compressie tijdens het persproces zijn ze veel sterker en veerkrachtiger. Met hetzelfde draagvermogen kan een kleinere wanddikte worden behaald. Dit leidt tot een lager eigen gewicht en daarmee tot een betere rijdynamiek. De oppervlaktekwaliteit van gesmede velgen is van zeer hoge kwaliteit, aangezien de aluminium velgen geen insluitsels hebben. Gesmede wielen zijn zeer goed bestand tegen invloeden van buitenaf en schade. Mocht er toch schade ontstaan, dan kunnen deze aluminium velgen niet worden gerepareerd en herwerkt zoals gegoten of gerolde velgen. In het smeedproces zijn de verwerkingsmogelijkheden van de persgereedschappen echter beperkt, zodat het scala aan vormen niet zo gevarieerd is als bij gegoten of gewalste aluminium velgen.
Gietaluminium velgen daarentegen kunnen in een groot aantal varianten worden geproduceerd. Het is cruciaal voor het ontwerp dat de vormstukken uit de mal kunnen worden verwijderd. Het conventionele gietproces is het goedkoopste in productie. Daarom zijn de meeste nieuwe auto's uitgerust met deze lichtmetalen velgen. In vloeivorming vervaardigde gewalste velgen kunnen worden gemaakt met een kleinere wanddikte, terwijl de sterkte behouden blijft. Op deze manier kunnen aantrekkelijke ontwerpen worden gemaakt met een iets lager gewicht.
In wezen staan de drie productieprocessen naast elkaar, ze bedienen alleen verschillende markten. De materiaalsamenstelling en de expertise van de fabrikant zijn doorslaggevend voor de kwaliteit van de aluminium velg.
Het onderwerp aluminium velgen - zo worden ze gemaakt, is een interessant onderwerp voor elke auto- en motorsportliefhebber dat waardevolle inzichten oplevert.
