Но, как известно, бочка меда (представим, что в ней и «плавают» наши станки), далеко не всегда обходится без ложки дегтя. А деготь в том, что среди большого числа красивых иностранных станков с непонятными, но благозвучными названиями не все отвечают в полной мере всем требованиям к точности обработки. Другими словами, выбор-то есть, а вот правильно выбрать трудно. Более того, как показывает практика, ошибиться легче простого, и тогда будет немного жаль «бесцельно прожитые годы», а точнее, зря потраченные деньги...
Интересно, что многие продавцы оборудования прекрасно осведомлены о недостатках своего товара, но намеренно не информируют об этом покупателей, предпочитая рассказывать им разные «сказки» о прямо-таки волшебной точности, вместо того, чтобы проводить реальный и серьезный анализ применяемых схем и методов обработки.
Именно такая ситуация, на наш взгляд, складывается в последнее время с оборудованием для ремонта головок блока цилиндров. В нашей статье «Цена соосности» мы уже упоминали о том, что современные моторы с тонкими стержнями клапанов требуют особого подхода при ремонте. По крайней мере, большинство станков, выпускаемых многими фирмами мира, подходят для этой цели лишь с большими оговорками. К сожалению, дальнейшее обсуждение статьи в широких массах специалистов моторного ремонта показало, что многие восприняли ее как нашу примитивную рекламу, направленную на продвижение марки SERDI на российском рынке.
Однако некоторые из наших оппонентов забыли одну простую вещь — мы не первый год занимаемся моторным ремонтом, чтобы не отличить красивую, но малополезную «поделку» от серьезного станка. И выбирали оборудование для своих цехов не с бухты-барахты, не по совету «доброго дяди-продавца» (который обычно рекомендует по принципу «сам не хочу, но другим советую»), а исходя из нашего собственного опыта и детального анализа технических характеристик станков и особенностей работы оборудования различных производителей. И именно по этой причине мы решили подойти к вопросу сравнения станков и их технических характеристик со всей серьезностью — с применением самых современных математических методов.
Кто? Где? Когда?
Итак, вначале о постановке задачи. Как известно, при обработке седла клапана на специализированном станке (как и на любом другом) резец имеет свойство «отжиматься» от обрабатываемой поверхности, причем тем больше, чем выше ее твердость. К чему этот отжим приводит, понятно — резец хуже исправляет биение седла относительно направляющей втулки. А почему возникает отжим? Тоже ясно — по причине недостаточной жесткости известной технологам системы «станок-приспособление-инструмент-деталь».
Так вот, тот станок, у которого жесткость указанной системы выше, обработает седло точнее — форма обрабатываемой поверхности седла и его соосность относительно базовой (отверстие направляющей втулки) будут лучше. Напротив, станок с низкой жесткостью при обработке седла, несоосного с направляющей втулкой, не сможет полностью устранить эту несоосность – при росте силы резания резец легко «отожмет» от обрабатываемой поверхности. В результате резец погладит поверхность, сделает ее красивой, но... несоосность останется. Поэтому для сравнения станков необязательно сразу углубляться в их устройство и особенности эксплуатации, возможно, надо просто по определенной методике сравнить жесткость разных станков, чтобы найти лучший...
А какие на сегодняшний день есть станки? Даже беглый взгляд на оборудование для ремонта ГБЦ, выпускаемое в мире, показывает, что наибольшее распространение получили две схемы. Одна из них применяется фирмой SERDI — это жесткое крепление на шпинделе держателя инструмента с цилиндрическим пилотом, имеющим зазор в направляющей втулке. Кстати, эта же схема применяется и мировым лидером в производстве станков для ремонта двигателей — датской фирмой AMC-SCHOU.
Другая схема нашла более многочисленных сторонников. Это фирмы ROTTLER, BERCO, SUNNEN, AZ и некоторые другие. В станках этих производителей, напротив, держатель инструмента соединен со шпинделем шарнирно с помощью так называемого байонетного соединения (подробно схема описана в статье «Цена соосности»). Лидер в этой группе — фирма ROTTLER, немного усовершенствовала схему, изменив конструкцию шарнира, но оставив его на своем месте.
Оба типа станков должны делать одну и ту же работу – обрабатывать седла головок блока цилиндров. Но у нас с самого начала изучения проблемы возникли сомнения в том, что станки типа ROTTLER могут это делать хорошо. С нами в полемику (вот тут очень интересно) вступили отдельные, и весьма, известные специалисты, которые утверждали обратное – схема ROTTLER отлично работает и превосходит SERDI. И даже обвинили нас в непонимании сути дела, в нечестности и даже в нарушении чести и достоинства. Мы, якобы, потревожили уже сложившийся рынок и сложившиеся на этом рынке стереотипы и взгляды на технологии и оборудование, чем подорвали бизнес у некоторых бизнесменов от этих самых технологий и оборудования. Ознакомиться с принципом работы станочного оборудования SERDI можно прямо сейчас!Такая постановка вопроса вызвала у нас естественную реакцию, которую наши оппоненты вполне могли предсказать – мы не только не отступили, а, напротив, еще больше погрузились в полемику и исследования, чтобы раз и навсегда поставить точку в этом деле. И нам это удалось. Более того, результаты, которые нам удалось получить, оказались не просто конечной точкой спора, а сенсацией, которой заинтересовались некоторые иностранные производители станков для ремонта головок, включая SERDI и AMC-SCHOU.
Жесткость? А вы как думаете?
Итак, начинаем наше исследование, в котором будем пытаться сравнить жесткости систем «шпиндель-пилот» в двух указанных схемах — ROTTLER и SERDI. Повторим еще раз: жесткость в нашем понимании — способность системы противостоять отжиму резца от поверхности седла в процессе обработки. Очевидно, чем эта жесткость выше, тем точнее обработка. При этом, чем меньше деформация системы, тем более точно резец будет держать соосность седла относительно втулки. Как очевидно и обратное — чем меньше жесткость, тем хуже резец сможет исправить несоосность седла, имевшую место перед обработкой. Особо неверующих просим рассмотреть такую задачу — в системе ручного инструмента NEWAY невозможно обеспечить соосность седла и направляющей втулки именно по причине отсутствия жесткости, а проще говоря, по причине изгиба пилота при обработке седла.
Таким образом, для оценки жесткости надо шпиндели обоих систем нагрузить в месте крепления резца одной и той же поперечной силой и посмотреть, насколько они деформируются. Для этого мы, дабы поставить обе схемы в одинаковые условия, приняли одинаковые шпиндели, одинаковые пилоты, одинаковую почти всю геометрию полностью, кроме одного — у схемы ROTTLER в месте соединения держателя инструмента со шпинделем расположен шарнир, а у SERDI его нет.
Другие особенности нашей задачи. Для простоты мы принимали, что в подвижных соединениях типа «пилот-втулка» скольжение есть, а зазора нет. Это обязательное условие, иначе на результаты расчетов повлияют зазоры (а они, как говорится, «отдельная песня»). Шпиндель был взят полый, диаметром 80мм и стенкой 7мм, а на высоте от резца 250мм у SERDI и 120мм у ROTTLER он вставлен в неподвижную втулку (пиноль). Пилоты — оба 7мм, наоборот, имели скользящую посадку в нужных местах, как и в реальной жизни. Высота седла от направляющей втулки также одинакова и равна 35мм.
В процессе расчетов схемы ROTTLER выявилась некоторая сложность — решение не сходилось из-за потери контакта между деталями шарнира. Пришлось немного, всего с силой 2,5 кГ, прижать держатель к шпинделю. Что подтвердило, в частности, необходимость пружины в этой схеме.
Нагружали шпиндели одинаковой поперечной силой (точечной нагрузкой), всего-навсего 10 кГ. Место приложения силы — нижний край держателя инструмента, примерно там и расположен резец. Далее было выполнено конечно-элементное моделирование обоих схем, которое включало в себя разбиение их на конечные элементы с помощью универсального сеткоразбивателя (порядка 40 тысяч элементов для каждой модели). Ну а затем был проведен сам вычислительный эксперимент, в процессе которого мы получили решение (определение напряженно-деформированного состояния конструкции) методом итераций. Результаты его представлены в виде так называемых контурных графиков, при этом масштаб деформаций для большей наглядности мы выбрали 2000:1 в обоих случаях. Это значит, что реальные деформации (они справа, даны в метрах и в зависимости от значения обозначены разным цветом) на графиках увеличены в 2000 раз.
Посмотрите на цветные диаграммы. Видно, что перемещение (отжим) резца в схеме SERDI без шарнира (0,0033мм) примерно в четыре с половиной раза меньше, чем перемещение резца в схеме ROTTLER с шаровым шарниром (0,0149мм). Соответственно, больше и напряжения — пилот больше напряжен при шарнирной системе. Даже несмотря на то, что шпиндель в схеме без шарнира нагружен больше.
И разница эта понятна — в схеме SERDI жесткость во многом обеспечивается толстым шпинделем, а в схеме ROTTLER, в основном, тонким пилотом. А тонкий пилот не может противостоять усилию от резца так, как это делает мощный шпиндель. Жесткая система SERDI боковую нагрузку воспринимает шпинделем с небольшой степенью опоры на пилот. Фактически шпиндель в схеме SERDI работает как мощная балка, имеющая жесткую заделку с одной стороны и опертая на тонкий пилот с другой.
У схемы ROTTLER шарнир развязывает держатель от шпинделя. Тогда какой шпиндель ни делай мощный, и где его ни закрепляй, держатель, опертый с одной стороны на шарнир, а с другой стороны на тонкий пилот, при боковой нагрузке просто провернется в шарнире, резко загрузив пилот. В результате шпиндель останется практически ненагруженным, в то время как нагрузки на пилот (и его деформации) резко возрастут. Такая «хлипкость» конструкции и привела к значительному, в 4,5 раза, росту деформации в зоне расположения резца по сравнению со схемой SERDI.
«Пластилиновый» такой станочек...
Учитывая найденный характер и причины деформаций, интересно посмотреть, что будет при уменьшении диаметра пилота. Во всяком случае, разница в жесткости конструкции SERDI и ROTTLER должна увеличиться еще больше. К примеру, некоторые производители декларируют отличную работу своих станков до размера пилота в 4 мм! Что ж, проверим, насколько обоснованы эти декларации.
Опять переходим к нашей модели, но диаметр пилота уменьшаем до 4 мм. И получаем просто ужасающую картину – разница в деформациях (а фактически, в жесткости) выросла более чем в пять раз и составила 30!!! При этом деформации в схеме SERDI практически изменились очень незначительно, и выросли всего на 15%. Это полностью подтвердило наши предположения о том, что в схеме SERDI жесткость задает мощный шпиндель, а пилот играет только вспомогательную роль. Поэтому уменьшение диаметра пилота с 7 мм до 4 мм почти не повлияло на деформацию системы от заданной боковой нагрузки (10 кГ), и деформация увеличилась всего с 3,3 мкм до 3,8 мкм.
Совершенно обратная картина обнаружилась в системе ROTTLER. Согласно нашей гипотезе, в этой схеме вся жесткость сосредоточена в самом пилоте. И гипотеза полностью подтвердилась – при уменьшении диаметра пилота с 7 мм до 4 мм деформации от заданной боковой нагрузки возросли с 0,0149мм до 0,117мм, т.е. в почти в 8 раз! В итоге проигрыш схемы ROTTLER в жесткости составил уже не 4,5, а 30 раз! Такие огромные деформации от, в общем-то, «копеечной» нагрузки в 10 кГ даже не позволили изобразить их в выбранном масштабе 2000:1 – пришлось уменьшать масштаб в 10 раз, до 200:1. Теперь ни о какой способности обрабытывать на этих станках седла многоклапанных головок не может быть и речи – эти станки максимум на что способны, так это только гладить седло, «не причиняя» ему никакой соосности относительно направляющей втулки.
Таким образом, полученный нами результат гласит — чем меньше диаметр пилота, тем больше схема ROTTLER уступает в жесткости схеме SERDI. А это как раз то, о чем мы говорили не раз, в том числе, и в статьях, которые некоторые мотористы, видимо, по недомыслию, приняли за рекламу SERDI — схема ROTTLER, SUNNEN, AZ, BERCO неудачна, а по большому счету — вообще непригодна для ремонта седел современных многоклапанных двигателей. Теперь мы считаем этот факт полностью доказанным.
И нет ничего удивительного в том, что, получив такие результаты, мы во всеуслышание объявили схему ROTTLER «пластилиновой». А заодно назвали «пластилиновыми» и все станки, работающие по этой схеме – в первую очередь, это SUNNEN, AZ и BERCO. И заявили о нечестности производителей и продавцов этого, с позволения сказать, «оборудования». Почему? А давайте разберемся...
Шумел камыш...
Беда, как выясняется, у схемы ROTTLER не только с многоклапанными головками легковых автомобилей. Современные моторы грузовиков тоже не подарок – многие из них тоже стали многоклапанными, диаметры клапанов уменьшились, а твердость седел возросла. В этой ситуации жесткость станка стала определяющей, что вынудило фирму SERDI выпускать специальные станки для грузовых автомобилей и тяжелой техники. А что может пилот в станке ROTTLER сделать с хорошим седлом в хорошей грузовой головке блока? Да ничего не может, только гнуться под тяжестью усилий резания, как камыш от ветра. И уж куда ему, волшебно-пластилиновому, угнаться за шпинделями тяжелых станков SERDI 4.0 Power или SERDI 100HD (Heavy Duty)?
Вот и остается нашему бедному станочку ROTTLER жалкий удел – старые машинки с отжившими свой век моторчиками. Те, которые выпущены 30 или 40 лет назад, и для ремонта которых этот станочек и предназначался, когда разрабатывался в те же годы. А что делать – технический прогресс похоронил много старых идей, бывших в свое время весьма и весьма передовыми...
Вывод из всего этого совершенно очевиден — раз система SERDI без шарнира обладает во много раз большей жесткостью (а при малых диаметрах пилота разница просто катастрофическая!), то заведомо будет работать с несоизмеримо большей точностью. Более того, применение пластилиновых станков типа ROTTLER, SUNNEN, AZ и BERCO на практике в некоторых случаях может вообще оказаться невозможным. И совершенно неважно, какой такой патентованный супершарнир применен в последних станках ROTTLER — пороки схемы он никак уменьшить не может.
В этой ситуации дальнейшее продвижение этих волшебных станочков, в том числе, и на российском рынке, без подробного информирования и акцентирования внимания покупателей на их неработоспособности ничем, кроме обмана или нечестной игры, назвать не получается. Более того, теперь всем должно стать, наконец, понятно, почему фирма ROTTLER сегодня усиленно разрабатывает новый станок — старые станки вообще не могут по точности конкурировать с SERDI.
Копируем? Копируем...
То, что байонетная схема обречена, уже давно не составляет никакого секрета и для самих производителей. Посмотрите на фотографии с прошлогодней выставки «Автомеханика», что ежегодно проходит в Германии. На них самый новейший станок ROTTLER. Но если присмотреться – это некая копия... Правильно, это копия SERDI.
Помните, мы в своей статье «Цена соосности» отметили, что главные технические решения SERDI закрыты патентами? А это значит, что использовать их нельзя, можно загреметь «под фанфары», точнее, под судебное разбирательство. А как же быть? Один из путей – попытаться обойти эти патенты технически. На практике это означает создать заведомо более сложную конструкцию. Или купить патент (а кто продаст чего хорошего конкурентам?). Но вот другие узлы, не защищенные патентами, можно использовать уже без разрешения.
И что же мы видим на новом станке ROTTLER? Система зажима головки блока – даже не копия, а просто SERDI. А все остальное выполнено по принципу SERDI – две плоских воздушных подушки и одна сферическая. Но пришлось усложнять, чтобы не нарваться. И... станок оказался нерабочим, выставочным образцом.
Доведет ли фирма ROTTLER эту конструкцию а-ля SERDI? Наверное, доведет, но не быстро. И совсем не факт, что она окажется конкурентоспособной. А что делать, копия, как правило, получается хуже оригинала.
Интересно, что некоторые иностранные фирмы, как иные у нас в России, чихать хотели на всякие там права и патенты. И потихонечку налаживают производство станков-копий SERDI. Есть такие в Италии, есть где-то в Южной Америке... Правда, копируют не самые универсальные модели, пока только те, что попроще, сложные модели им не по зубам. Но это уже дело не наше, а скорее, компетентных органов соответствующих государств. Правда, вот вопрос – почему-то копируют именно SERDI.... А говорят, плохой. А вот лучшие образцы ROTTLER или SUNNEN почему-то не копируют. Странно...
Купите... на грош пятачков
Несмотря на очевидные преимущества SERDI, среди специалистов нашлось немало рьяных сторонников ROTTLER и таких же противников SERDI. Но мы заметили одну их волшебную хитрость – чем больше, прямо с пеной у рта, тот или иной специалист защищает преимущества ROTTLER, тем меньше он связан с этими станками. А некоторые защитнички ROTTLER, как выяснилось, вообще работают на SERDI!
Такой цинизм у нас вызвал не просто недоумение, возмущение! Как, значит, работая на SERDI, эти горе-специалисты убеждают других в том, что белое – это черное? Как говориться, «не верь глазам своим»? Или действуют по уже упомянутому принципу «сам не хочу, но другим советую»?
Еще интересней, когда обсуждение стараются свести к демагогии. Смысл такой – хорошо, вы провели расчет, там видно, что SERDI лучше.... Но... вы докажите, что действительно лучше. Во как – доказали, но все равно докажите!
Все это, конечно, было бы смешно, если бы не было так грустно. Потому что эти горе-специалисты обманывают, водят за нос, а проще говоря, откровенно дурят тех, кто еще не имеет необходимого опыта, а потому и пришел за советом к «старшим товарищам». Но эти так называемые «старшие», при ближайшем рассмотрении, выступают в роли совсем «не товарищей», а самых обыкновенных... «кидал». И люди после их обработки потратят немалые деньги, возможно, несколько десятков тысяч Евро, чтобы купить откровенную дрянь, которой просто нельзя пользоваться. И такие примеры, к сожалению, уже появились в последнее время.
Почему так происходит? Мы считаем, что это вызвано не техническими, а какими-то личными причинами. Видимо, кто-то где-то нас крепко ненавидит. И есть отчего – сегодня не они, а именно мы представляем в России самое лучшее в мире оборудование SERDI и AMC-SCHOU. И побороть нас оказалось трудно, и техническая подготовка у нас серьезная, потому что мы технари, а не торговцы-коробейники.
Но это все, как говорится, лирика. Главный вопрос – какое оборудование лучше, а какое вообще непригодно для нормальной работы, мы выяснили однозначно, окончательно и бесповоротно. Ну а что покупать для своего цеха — это решение предлагаем каждому найти в качестве домашнего задания и принять самостоятельно...
