Плосковершинная обработанная поверхность по существу дублирует приработанный цилиндр. Раньше цилиндры хонинговались до нужного размера, а затем с помощью колец производилось окончательное финиширование стенок цилиндра. Но при этом требуется много времени для приработки, а долговечность колец сокращается. Сегодня, когда используются тонкие блоки, поршневые кольца низкого трения, кольца специального профиля и со специальными покрытиями, цилиндры должны быть приведены в состояние, близкое к приработанному, еще перед первым запуском двигателя. Иначе двигатель начнет расходовать масло и уже никогда правильно не уплотнится.
Какой же лучший способ достичь плосковершинного финиширования? Мы опросили много людей, работающих в промышленности, и получили разнообразные ответы на этот вопрос. Вывод: нет однозначного способа, но есть разные процессы, которые должны быть использованы в зависимости от потребностей двигателя и типа хонинговального оборудования.
Скотт Габрильсон, инженер по кольцам компании Federal-Mogul, рассказывает, что ему очень импонирует плосковершинная обработка, потому что это именно то, что делает кольцо с поверхностью цилиндра при приработке. «Чем более отверстие будет походить на то, каким оно должно быть при приработке с кольцом, тем меньше будет износа кольца при приработке и тем долговечнее оно будет».
Габрильсон говорит, что плосковершинная обработка должна состоять по крайней мере из двух этапов: грубого хонингования и затем тонкого финиширования.
"Скоро мы будет рекомендовать один способ финиширования для всех типов колец. Все наши плазмо-молибденовые и хромовые кольца притираются на заводе, так что сами кольца не требуют приработки для уплотнения. Мы рекомендуем хонингование цилиндров с брусками зернистостью 280, затем с брусками 400 или инструментами с абразивной полиамидной щеткой для создания плосковершинное на поверхности".
А как насчет алмазного хонингования? Габрильсон говорит, что алмазные бруски быстрые и очень долговечные. Но алмаз более «агрессивен», чем карбид кремния, поэтому с ним получается больше задиров и других нежелательных дефектов на поверхности. Из-за этого грубое алмазное хонингование всегда должно сопровождаться дополнительной обработкой. Например, с использованием очень мелкого алмаза или обычных абразивных щеток.
Также важна геометрия отверстия. Габрильсон замечает, что изготовители двигателей должны особенно внимательно следить за маслом на двигателях последних моделей. Он добавляет, что блок всегда должен быть предварительно нагружен, если производитель рекомендует так сделать, чтобы свести к минимуму искажение отверстия, что может привести к неплотности и не дать кольцам правильно уплотниться.
"Отверстия должны быть прямыми и круглыми”, - говорит Габрильсон. – “Убедитесь в том, что вы придерживаетесь технических характеристик Ra при финишной обработке (обычно 10-15 Ra на многих последних моделях двигателей). Также рекомендую использовать высококачественные наборы колец. Не экономьте, приобретая дешевые".
"В стандартный набор колец входят верхнее кольцо в 1,2 мм, второе кольцо в 1,5 мм и масляное кольцо в 3,0 мм. Из-за того, что сейчас юбка короче, а шатуны длиннее, на поршнях остается не так много места для колец. Поэтому при смене поршней старайтесь использовать как можно более широкие кольца, тогда они будут жить дольше. Чем шире кольцо, тем дольше оно изнашивается".
Габрильсон говорит, что кольца, которыми вы заменяете старые кольца, должны быть из того же материала, что и предыдущие, или даже из лучшего материала. Производители двигателей до сих пор используют чугунные кольца при создании «экономичных» вариантов для блоков более старых образцов, но в новых двигателях используются кольца из ковкого чугуна или стали, потому что они подвергаются более высоким температурам и нагрузкам. А в отношении финишной обработки поверхности стальные кольца дают мало разницы по сравнению с чугунными. Оба типа живут дольше при плосковершинном финишировании.
Джон Скотт из компании Perfect Circle/Dana Corp. говорит, что все хотят простой легкой инструкции, которая уместилась бы на одной странице, объясняющей, как добиться идеальной поверхности отверстия цилиндра, – но такой быть не может, потому что каждый двигатель работает по-разному. Требования двигателей легковых автомобилей отличаются от требований грузовиков или пикапов.
"Наиболее важна геометрия отверстия”, - говорит Скотт. – “Если у вас проблемы с искажением формы отверстия, то при использовании маслосъемных колец низкого трения может возникнуть множество проблем".
Скотт говорит, что числа Ra для финиширования уже не настолько важны, как раньше, потому что у большинства производителей двигателей нет хорошего оборудования для измерения шероховатости поверхности. "Мы любим видеть уменьшение Ra приблизительно до 10 или меньше, но мы также хотим видеть определенную глубину впадин и значения площади опорной поверхности, которые отображают хорошую поверхность для колец. Для этого нужно оборудование, которое могло бы измерить все параметры поверхностного финиширования".
Чем более гладкая поверхность, тем лучше?
"Я всегда был сторонником самого гладкого поверхностного финиширования”, - признается Лайл Хейли из Peterson Machine Tool. – “Когда мы начинали работать с хонинговальными щетками, мы много экспериментировали, чтобы посмотреть, как их использование влияет на состояние поверхности. Мы быстро поняли, что такой прием дает реальные преимущества, потому что щетка удаляет оставшиеся частицы и задиры, которые остаются на поверхности после хонингования. Независимо от того, какой хонинговальный брусок использовать, все равно остаются «осадки»".
"Отсюда следует вывод, что если эти осадки не убрать, то долговечность колец уменьшится. Сегодняшние кольца – это своего рода новые MLS прокладки головки цилиндра. Они требуют поверхности такой же гладкой, как моя макушка. Можно сколько угодно делать самое лучшее хонингование в мире, но если не дополнять его хорошим поверхностным финишированием, кольца никогда не будут служить так долго, как этого хотелось бы".
Хейли говорит, что нет оправдания для изготовленных двигателей, которые сжигают масло или у которых отсутствует хорошая компрессия. Для получения хорошей обработки цилиндров нужно рассуждать здраво и делать следующее:
• Использовать хороший нутромер.
• Быть осторожным с прямым хонингованием.
• Добиваться геометрии отверстия в пределах 0,01 мм или меньше для отклонений от прямолинейности и круглости, лучше всего в пределах 0,005 мм.
• После хонингования почистить цилиндры хорошей мягкой щеткой, чтобы удалить остатки.
Тип хонинговальных брусков и процедуры финишной обработки зависит от конкретной задачи. Хейли говорит, что для большинства задач подходят бруски 280, но они грубоватые, поэтому вы не сможете добиться плосковершинной обработки. “Лично я использовал хотя бы 400-е бруски для удаления слоя 0,01 мм – но не намного больше этого, иначе базовый материал израсходуется. Затем я бы создал плосковершинную структуру на поверхности мягкой щеткой”.
Хейли считает, что чистка блока после хонингования и плосковершинного финиширования не менее важна, чем сам процесс хонингования. Стандартный метод очистки цилиндров горячей мыльной водой все равно оставляет лишние частички материала в углублениях штриховки, которые потом могут попасть на кольца.
После очистки цилиндров воспользуйтесь ATF или каким-либо защитным средством и протрите цилиндры. Таким образом, вы удалите все ненужные остатки с поверхности.
У некоторых двигателей последних моделей с поршнями, покрытыми молибденом, почти нет зазора в цилиндре. Покрытие защищает поршни от истирания и снижает шум, который издает поршень при холодном двигателе. Поршни с покрытием не требуют обильного смазывания, но им нужна гладкая поверхность цилиндра, хорошая геометрия и чистая поверхность отверстия. “При отсутствии всего этого начнутся проблемы”, - заключает Хейли.
Алмазы – это навсегда?
Многие специалисты утверждают, что тип процедуры плосковершинной обработки, который можно рекомендовать клиентам, зависит от задачи и от оборудования, которое они используют. Например, используют ли они хонинговальный станок или хонингуют вручную? Какой Ra им нужен и какой вид финишной обработки они получают перед тем, как начать процесс создания плосковершинной структуры на поверхности цилиндров?
Чтобы создавать плосковершинную поверхность после хонингования, некоторые рекомендуют использовать щетку, например, жесткую, которая насаживается на держатели хонинговальной головки или щетку с мягкой щетиной на ручном хоне. Для плосковершинной обработки обычно требуется от 10-15 движений для каждого цилиндра. Это улучшает Ra до 10.
Многие используют алмазные хонинговальные головки, даже гонщики, потому что алмазы обеспечивают лучшую геометрию отверстия. Действительно, не нужно следить за конусной формой, как этого обычно требуют бруски из керамического материала на абразивной связке, которые имеют тенденцию ломаться. Как только алмазы прирабатываются, они прослужат еще долго.
Щетки или бруски?
В последние годы появилось много сторонников плосковершинного хонингования с использованием алмазов. Многие до последнего времени использовали щетки для плосковершинной поверхности, но замечено, что такой способ постепенно начал терять свою популярность. Некоторые начали использовать алмаз с зерном 600 для плосковершинной обработки отверстий. Щетку в таком случае если и используют, то для завершающей чистки, но не для плосковершинной обработки. А есть специалисты, кто используют двухэтапный процесс при помощи алмаза с зерном 280-400, а затем плосковершинное хонингование поверхности 600-ми алмазными брусками. Изначальная шероховатость непосредственно перед окончательным этапом обработки обычно составляет от 25 до 38 Ra. В течение второго этапа поверхностная шероховатость доводится до 16-22 Ra.
Если у вас нет дорогостоящего профилометра для анализа микроструктуры поверхности, используйте грубый хонинговальный брусок, с помощью которого получают обработку в предсказуемых пределах или в пределах, которые можно измерить с помощью недорогого профилометра. Затем нужно плосковершинное хонингование тонким абразивом для достижения нужной шероховатости.
Большинство из тех, кто используют сегодня алмазы для грубого хонингования, также пытаются его использовать и для окончательной обработки отверстий. Самыми последними переключились с абразивных материалов на керамической связке на алмазы создатели спортивных моторов. Но они остались довольны этой переменой.
Замечено, что процедуры с использованием алмаза отличаются друг от друга. Из-за различий в типах связующего, которое используется при изготовлении алмазных брусков, продукты разных производителей ведут себя и режут по-разному. Если использовать очень сильное связующее, оно обеспечивает долговечность алмаза и отличную согласованность режимов для создания плосковершинной поверхности. Но при использовании некоторых брусков алмазы необходимо править после каждых 50 двигателей. Это не очень простая, но необходимая процедура, если вы хотите получать хорошие результаты.
Алмазы сейчас становятся популярны, потому что они дают более точный результат с наименьшими усилиями. Но если вы хотите воспользоваться всеми их преимуществами, вам понадобится мощный станок, разработанный специально под использование алмазов. Если у вас такого нет, то ничего не получится.
Тип охлаждающей жидкости при хонинговании с алмазом также очень важен. Охлаждающая жидкость снимает проблему перегрева цилиндров при хонинговании, повышает стабильность и улучшает устойчивость к деформации отверстий. Некоторые производители рекомендуют синтетическую охлаждающую жидкость, но замечено, что важно ее разбавлять в некоторых пределах.
Если охлаждающая жидкость слишком густая, то это может засорить станок. А если слишком жидкая, то это приведет к ржавчине, а не к смазыванию брусков должным образом. Проблем с охлаждающей жидкостью можно избежать, если использовать рефрактометр (стоит от 150 до 200 долларов), чтобы следить за концентрацией охлаждающей жидкости.
Округлость, прямолинейность и… тепло
Сегодня известно, что для плосковершинной обработки есть множество разных способов. Можно использовать стандартные абразивы, различные связующие, хонинговальный инструмент для плосковершинного или двухэтапного алмазного хонингования. Иногда время диктует, какой тип хонингования и брусок выбрать. Если производителю двигателя нужен быстрый цикл, то он может использовать более грубый брусок для грубой обработки, а затем брусок более острый при плосковершинной обработке отверстия. Обычно в производственных компаниях применяют 320-е или 400-е алмазные бруски, а затем выполняют чистку при помощи абразивных брусков с зерном 180.
Недавно появились новые хонинговальные головки, которые поддерживают в одном узле и алмазные бруски, и щетки. Таким образом, появляется возможность хонинговать только алмазом. Алмазные бруски затем убираются, и вынимаются щетки для финишной обработки цилиндра. Снимать или менять местами инструменты при этом не требуется.
Замечено изменение и в среде производства гоночных автомобилей, которое состоит в появлении желания конструкторов увеличить значения "RVK" (глубины впадин) в штриховке, чтобы улучшить маслоудержание. Другим вопросом является то, как минимизировать деформацию отверстия цилиндра во время работы двигателя.
Для моделирования деформации отверстия, которая возникает, когда головки цилиндров установлены на блок, уже давно использовались так называемые «ложные головки», представляющие собой плоские толстые пластины, притягиваемые к блоку перед хонингованием. Хонингование блоков с установленными пластинами обеспечивает более круглые отверстия и лучшее уплотнение колец. Но смоделировать температуру не так легко.
Некоторые производители тестируют сейчас новую технологию, которую они назвали "горячее хонингование". При этом горячая охлаждающая жидкость проходит через блок во время его хонингования. Результаты: еще лучше геометрия отверстия и ниже уровень деформации, чем при использовании стандартных пластин.
Невозможно получить такие же результаты, если просто нагреть блок и отхонинговать его. Обязательно нужно, чтобы охлаждающая жидкость проходила через него и, некоторым образом, воспроизводила деформацию, которая возникает при работающем двигателе. Это подтвердили и динамометрические испытания, которые показали, что горячее хонингование положительно влияет на уплотнение колец и мощность двигателя.
Лазерное структурирование
Последний поворот в области высокоразвитой технологии восстановления поверхности цилиндров – это так называемое лазерное структурирование. Этот процесс был разработан относительно недавно.
Лазерное структурирование использует мощный лазер для того, чтобы прожигать маленькие канавки или углубления на поверхности цилиндров для улучшения маслоудержания. Лазерное структурирование, по отзывам специалистов, улучшает уплотнение колец, снижает потребление масла до 40 процентов, снижает образование частиц до 10 до 30 процентов и гидрокарбонов до 20 процентов, продлевает жизнь колец до 50 процентов по сравнению с традиционным хонингованием и финишной обработкой. Лазер не используется для хонингования цилиндра или изменения геометрии отверстия, но он создает уникальную модель микрокарманов для маслоудержания на стенках цилиндра. Утверждают, что таким образом можно создать абсолютно любые микрорельефы на поверхности отверстия.
Обычно выжигается серия точек и линий глубиной от 25 до 60 микронов и шириной в 40 микронов в верхней трети цилиндра (после того как отверстие наполовину финишировано). Это та область, в которой давление и износ колец наиболее высоки.
Последний этап хонингования производится с использованием пяти брусков, чтобы избавиться от наваривания материала вокруг углублений и затем финишная обработка отверстий. Этап с использование лазера занимает от 9 до 15 секунд на один цилиндр при помощи специального станка, который вращает и опускает вниз луч лазера в тот момент, когда он обрабатывает поверхность цилиндра.
Считается, что лазерное структурирование идеально подходит для твердых блоков или блоков с особым покрытием, из-за чего их трудно подвергать плосковершинной обработке при помощи стандартных технологий хонингования. Это идеальный способ для мощных двигателей, таких как дизельные или авиационные.
Затраты на такой способ обычно равняются 500-750 долларам на один двигатель, включая процедуру хонингования и лазерного структурирования.
