Главная задача при восстановлении цилиндров – получить как можно более прямые стенки (без конусности), круглые отверстия (с минимальной деформацией, что особенно важно сегодня, когда используются только кольца низкого трения), правильное количество и качество штриховки для хорошего маслоудержания, а также такое качество поверхности, которое отвечает требованиям долговечности колец. Все это достигается расточкой и/или хонингованием цилиндров в один или несколько этапов с применением различных типов абразивов (керамических или алмазных).
После хонингования цилиндры нужно очистить от остатков абразивов и металла, которые остаются в порах и впадинах на поверхности. Мытье и чистка теплой мыльной водой удалит большую часть ненужных остатков. Но только мытьем от металлических стружек, которые могут привести к быстрому износу колец, не избавится. Единственный способ удалить эти остатки и сделать отверстие более гладким – "отполировать" цилиндры после хонингования какой-либо гибкой абразивной щеткой.
После хонингования такая чистка не только поможет очистить отверстия, но и обеспечит финишную обработку поверхности в зависимости от характеристик используемого абразива. При чистке удаляются кусочки металла и острые частицы, что помогает достичь более гладкой поверхности. Результат: более высокое качество поверхности достигается с меньшими усилиями.
Другой способ окончательной обработки – использование очень тонких 600-х брусков для полировки после хонингования. В результате на поверхности остаются впадины от предыдущей операции хонингования брусками с более крупным зерном, но вершины и выступы сглаживаются и приобретают плоскую поверхность.
Одним из преимуществ такого плосковершинного хонингования является то, что оно предварительно прирабатывает цилиндры. Это снижает время приработки новых колец, а также их износ, прорыв газов и потребление масла. Двигатель получает хорошую компрессию при отсутствии выхлопов синего дыма, эмиссия и потребление масла снижаются, а кольца живут дольше, потому им не нужно прирабатываться, чтобы приспособится к отверстиям. Плосковершинная поверхность также предоставляет большую опорную поверхность для колец, сохраняя при этом достаточную глубину в штриховке для хорошего маслоудержания и смазывания. Поэтому изготовители комплектного оборудования для двигателей (далее ИКО) предпочитают этот тип обработки цилиндров и часто используют его на новых двигателях.
ИКО, у которых есть программы по комплектации двигателей, обеспокоены тем, что у многих фирм, которые затем занимаются модернизацией и ремонтом, нет ноу-хау или хорошего оборудования для хонингования, чтобы воспроизвести такой тип поверхности цилиндров, как непосредственно у самих ИКО. Сейчас, когда по эмиссиям вредных веществ в выхлопных газах фактически определяют качество восстановления двигателя, многие мотористы видят проблему в том, что цилиндры, отхонингованные стандартным методом, этот тест могут и не пройти. Поэтому главная задача здесь – разработать методы, которые позволяли бы фирмам-модернизаторам двигателей или ремонтникам воспроизводить поверхность, рекомендуемую ИКО.
Производители колец, в свою очередь, озабочены тем, что некоторые из фирм по модернизации двигателей используют не те процедуры хонингования и не те бруски для колец, которые требуется. При слишком грубой обработке образуется слишком много продуктов износа при первом запуске двигателя. При использовании современных колец, подвергаемых на заводе притирке для создания специального профиля рабочей поверхности, это не очень хорошо, потом что это создает лишний износ. Задача здесь – использовать те типы хонингования, благодаря которым можно добиться наилучшей финишной обработки цилиндров для конкретного набора колец.
Большинство производителей упоминают здесь хонинговальный абразив с зернистостью 220 для окончательной обработки отверстий при использовании чугунных или хромовых колец, потому что рекомендуемая шероховатость для таких колец – 28-35 RA (средняя шероховатость в микродюймах/одна миллионная в дюймах). 280-й брусок обычно рекомендуется для молибденовых колец, так как для них можно добиться более гладкой обработки в 16-23 RA. Но эти рекомендации годятся только для стандартных керамических абразивов, а не для алмазных. Алмаз режет отлично от керамического бруска, поэтому для него требуются обычно более высокие значения зернистости для такого же качества поверхности. 325-550-й алмазный брусок может понадобиться для завершающего этапа хонингования, чтобы получить обработку в пределах нужных значений RA. Некоторые производители утверждают, что 500-550-е алмазные бруски дают шероховатость в 13-15 RA.
Вдобавок ко всему, некоторые керамические бруски с одинаковой зернистостью могут дать неодинаковые поверхности, которые могут не совпадать со значениями, дающимися в эталонных таблицах.
К примеру, с одним 220-м керамическим бруском получается поверхность с 28-35 RA, с другим – гораздо более грубая, к примеру, 35-60 RA, что слишком грубо для большинства предварительно притертых колец. Такая разница вызвана связующими веществами и заполнителями, которые используются для того, чтобы удерживать абразивные частицы вместе. Тип и качество используемого при хонинговании смазывающего вещества тоже может повлиять на результат.
Третья задача – прибыльность ремонта. Восстановление цилиндров – трудоемкий и дорогостоящий этап в процессе модернизации и ремонта двигателей. Поэтому все, что может снизить цену хонингования, ускорить его и при этом улучшить качество получаемой поверхности, также пойдет на пользу.
Что лучше: стандартные абразивы или алмазные?
Во многих цехах цилиндры растачивают или грубо хонингуют в пределах 0,075 мм от конечного ремонтного размера (0,25-0,75 мм в зависимости от типа задачи), а затем производят финишное хонингование этих последних 0,075 мм отверстия при помощи 220 или 280-го керамических абразивов. При этом у большинства мотористов нет профилометра, чтобы измерить параметры шероховатости поверхности, такие как RA (шероховатость), RPK (средняя пиковая высота) и RVK (средняя глубина углубления), площадь опорной поверхности и так далее, поэтому они здесь полностью полагаются на абразивный материал бруска, а также на правильное давление, скорость вращения, скорость вертикального хода и смазывающую жидкость. Следовательно, отвечает ли на самом деле полученная поверхность требованиям производителей колец или ИКО, так и остается неизвестным, пока не начнут поступать жалобы о чрезмерном износе, прорыве газов или потреблении масла. Но даже если у вас никаких проблем не возникло, то это еще не значит, что ваши цилиндры в настолько хорошем состоянии, в каком бы они могли быть.
Одним из недостатков керамических абразивов является их быстрый износ. В зависимости от сорта брусков и жесткости блока набора керамических хонинговальных брусков хватает на три V8 блока (24 отверстия цилиндра); затем они изнашиваются, и их нужно менять. И из-за этого износа оператор или оборудование при хонинговании каждого цилиндра должны поддерживать отверстия ровными. При недостаточном контроле появляется конусность.
А вот алмазные хонинговальные бруски с металлической связкой изнашиваются очень медленно. С одним набором можно отхонинговать около 300 V8 блоков (2400 отверстий цилиндров). Меньший износ означает, что такие бруски режут намного ровнее (дают меньшую конусность), чем керамические.
Меньший износ алмазов по сравнению с керамическими абразивами не просто компенсирует их стоимость, изначально гораздо более высокую, чем у керамических. Используя статистику, приведенную выше, можно посчитать, что с набором керамических хонинговальных брусков ($14) при обработке 24 отверстий цилиндра каждое отверстие обходится в 58 центов. A с набором алмазных хонинговальных брусков ($300), если он может обработать 2400 отверстий цилиндров, каждое будет стоить 12,5 центов.
По этой причине многие фирмы, занимающиеся модернизацией и ремонтом двигателей, перешли на алмазное хонингование. Алмаз снижает затраты, требует меньше усилий (так как не нужно так часто менять бруски) и дает лучшую геометрию отверстия (отверстие получается ровней и менее деформированным).
Что предпочитают специалисты
"Мы получили отличные результаты с алмазным хонингованием", - рассказывает Том Уилсон из Recon Automotive Remanufacturers (Филадельфия). "Тип выбранных нами брусков диктуется типом колец. Мы испробовали разные бруски, но пока не нашли лучший для нас вариант. Для поверхности 20-25 RA и молибденовых колец мы используем 325-е алмазные бруски. Для поверхности в 15-20 RA мы иногда используем 500-е алмазные бруски.
Алмаз режет совсем не так, как керамические абразивы. Он выдирает металл и оставляет на поверхности много микроскопической пыли. Поэтому после хонингования для чистки цилиндров мы делаем 8-10 движений ручной дрелью. Чистка хорошо убирает все ненужные остатки с поверхности, а также устраняет период приработки. Мы также выяснили, что она улучшает значение RA, снижая его примерно до 18".
Уилсон добавляет, что с алмазными брусками компания использует водосодержащую синтетическую смазку. Он говорит, что смазка фильтруется, чтобы из нее вышла вся грязь, а также постоянно проверяется для предотвращения роста бактерий.
"Как поставщикам ИКО для Navistar, единственный способ отвечать характеристикам их отверстий цилиндров – хонинговать в три этапа при помощи алмаза", - рассказывает Джим Ормсби, Franklin Power.
"Сначала мы грубо хонингуем до 0,1 мм от конечного размера грубыми 200-ми алмазными брусками, затем хонингуем до нужного размера алмазами с зерном 600. Завершающим шагом мы проводим чистящее хонингование отверстий, делая около 8 движений щетками.
Мы убеждены, что мы получаем лучшее качество поверхности и поддерживаем более высокую долговечность, чем у оригинальных цилиндров у ИКО, потому что мы тщательно следим за каждым отверстием, которое мы обрабатываем. В ИКО не так: они просто запускают конвейер и больше о нем не думают".
Ормсби утверждает, что с алмазным хонингованием можно быть уверенным в хорошем качестве поверхности – если у вас, конечно, хорошее оборудование.
Тенденции в развитии оборудования и рекомендации
Уже многие поставщики хонинговального оборудования говорят, что общая тенденция постепенно идет в направлении алмазного хонингования. Некоторые считают, что сейчас более половины новых хонинговальных станков или уже изначально оснащены алмазными брусками, или, имея керамические бруски, через какое-то время переделываются под алмазные.
Раньше только крупные фирмы, занимающиеся модернизацией, покупали оборудование для алмазного хонингования. Но сейчас такое оборудование начинают приобретать и цеха поменьше.
Все больше и больше фирм переключаются на алмазы, потому что в итоге это обходится дешевле (1/5 того, во сколько обходятся керамические абразивы). Да и качество поверхности и геометрия отверстия получаются заметно лучше. Но чтобы полностью ощутить преимущества алмаза, нужно использовать специальное оборудование и инструмент.
Керамические бруски никогда не изнашиваются одинаково. Степень износа может зависеть от типа бруска и жесткости блока. Сложно предсказать, сколько металла на самом деле удаляют такие бруски, поэтому нужно остановить станок, измерить отверстие, а затем станок перезапустить, чтобы закончить работу. С алмазом достигается значительно более высокая стабильность, и можно просто настроить оборудование один раз, включить его и выключить, когда нужный размер будет достигнут.
Некоторые специалисты отмечают, что нет установленной процедуры для хонингования с алмазом. Тип процедуры меняется в зависимости от задачи, а также в зависимости от фирмы, занимающейся модернизацией и ремонтом. Многие предпочитает трехэтапную процедуру, которая состоит из грубого хонингования с использованием агрессивного инструмента до 0,07-0,10 мм от конечного размера, финишного хонингования (с зерном 325-550) и чистки.
При некорректном использовании алмаза получится много размазанного и деформированного металла. А если за брусками не ухаживать, то на поверхности будет оставаться большое количество кусочков металла.
Отмечается, что чистка при алмазном хонинговании не строго обязательна при условии, что не допускается перегрузка брусков. Фактор нагрузки зависит от производителя оборудования, но стандартная нагрузка должна быть в пределах 30-35%. При грубой обработке можно использовать максимальную нагрузку для быстрого снятия металла.
Ряд специалистов считает охлаждающую жидкость важнейшей составляющей использования алмазов. Отсутствие охлаждающей смеси негативно повлияет на качество поверхности отверстий. Как правило, это водосодержащая синтетическая жидкость, а не масло, как при хонинговании керамическими брусками, и ее концентрация должна быть 1,5-2%. Для контроля концентрации нужно использовать рефрактометр.
Интересно, что многие используют алмаз для экономии средств и получения лучших результатов, независимо от того, сокращается ли при этом сама процедура хонингования. Однако экономию можно получить только при хорошей загрузке станка и/или при небольшой номенклатуре обрабатываемых цилиндров, поскольку разница в диаметрах цилиндров, обрабатываемых одними и теми же брусками, не должна превышать 5 мм.
Для того чтобы алмаз резал так, как это нужно, ему требуется давление, поэтому, если вы хотите использовать алмаз наилучшим образом, вам нужно оборудование, разработанное специально для работы с алмазом или подходящее для этого. Некоторые старые хонинговальные станки не очень хорошо могут работать с алмазом из-за недостаточной мощности и жесткости. У оборудования, используемого для хонингования с алмазом необходима более высокая мощность, а также достаточно жесткая конструкция хонинговального инструмента.
С сильным давлением и хонинговальной головкой для нескольких брусков (multi-stone) алмазом можно снимать до 0,25 мм материала в минуту. Чем больше брусков установлено в головке, тем меньше давления требуется для получения нужного значения снятия припуска.
Необходимо отметить, что сравнение размеров зерна алмазов и абразивов на керамической связке может ввести в заблуждение. У алмаза значение зерна – это собственно концентрация содержания алмаза в бруске. Чем выше концентрация, тем лучше класс бруска. Алмазный брусок с концентрацией в 35% считается бруском для грубого хонингования; он будет срезать примерно как 80-й керамический абразив. А брусок с концентрацией алмаза в 65-70% работает как 325-й керамический абразив.
Марк Хенсон, LDX Genesis, рекомендует провести сначала грубое алмазное хонингование с 70-90-ми брусками в пределах 0,05 мм до конечного размера отверстия, затем окончательную обработку до нужного размера 500-550-ми алмазными брусками и, наконец, 10-секундной чисткой поверхности. При выполнении этих шагов шероховатость будет уменьшена до 13-15 RA, а после чистки - 6-8 RA.
Многие производители хонинговальных станков отмечают, что, хотя они получают много запросов по алмазному хонингованию, тем не менее, кроме больших компаний, занимающихся модернизацией и ремонтом двигателей, большинство фирм вторичного рынка до сих пор используют абразивы на керамической связке. А для хорошей работы с алмазами требуются станки, созданные специально для тяжелых режимов. Кроме того, одни и те же комплекты алмазных брусков не могут использоваться для хонингования отверстий существенно разного диаметра, поскольку алмаз не прирабатывается к поверхности, как обычные керамические бруски. Поэтому для большой номенклатуры двигателей приходится держать большое количество алмазного инструмента, что окупается только при большой загрузке производства. Вот почему сейчас во многих цехах проводят хонингование и плосковершинную обработку, но при помощи керамических абразивов или щеток. Среднестатистический цех имеет дело с таким большим разнообразием двигателей и размеров отверстий, что алмазы оказываются чересчур дорогими.
Тестирование хонингования
Некоторые производители колец высказывались против алмазного хонингования из-за того, что от алмазов остается много частиц металла на поверхности.
Алмаз – мелкая и не очень острая частица, и когда эти частицы плотно друг с другом связаны, для обработки отверстия требуется очень большое давление. Из-за этого алмаз "рвет" поверхность, поэтому непосредственно после хонингования с поверхности нужно удалить остатки металла щеткой. Если вы хотите хонинговать алмазом, многие рекомендуют двухэтапное хонингование с использованием щетки для очистки цилиндров после хонингования. Рекомендуется даже вставлять щетку в узел хонинговальной головки, чтобы можно было контролировать давление щетки на поверхность.
Не так давно была проведена серия тестов для производителей колец, чтобы выяснить, какое хонингование необходимо, чтобы поверхность в наибольшей степени соответствовала их требованиям. Требования к качеству поверхности цилиндра у производителей колец следующие: одноэтапное хонингование – 10-20 RA, 40-60 RK, 10-20 RPK и 35-65 RVK; двухэтапное – 10-20 RA, 30-50 RK, 5-20 RPK и 50-100 RVK.
Первый цилиндр хонинговался в один этап с использованием только 500-го алмаза (без чистки). Результаты: RA 13, RK 40, RPK 18 и RVK 17. Результаты не были сочтены удовлетворительными из-за низкого значения RVK (что снижает способность стенок цилиндра удерживать масло для смазывания колец должным образом).
Второй цилиндр хонинговался в два этапа: сначала с 220-м алмазом, а затем с grit плосковершинная обработка (щеткой со 120-м абразивом). Результаты: 20 RA, 44 RK, 16 RPK и 66 RVK. Вполне приемлемые результаты для производителей колец. Третий цилиндр хонинговался 400-и алмазом, а затем 320-м абразивом. Результаты: RA 13, RK 35, RPK 11 и RVK 33. Результаты здесь снова были признаны неудовлетворительными из-за слишком низкого значения RVK.
Эти тесты показали, что получается одно и то же качество поверхности отверстия с 500-м алмазом и 320-м абразивом на керамической связке, если использовать после хонингования щетку. При грубом хонинговании алмазом нужно оставлять немного больше металла (0,1-0,12 мм) для финишного хонингования, чем с керамическими брусками (0,07 мм). Грубое хонингования с 80-100-м алмазом дает поверхность примерно в 100 RA. Грубое хонингование с 80-м абразивом на керамической связке – около 60 RA.
Что касается скорости, алмазное хонингование может быть таким же быстрым, как расточка цилиндра. С головкой, оснащенной 8 брусками, с показателями 450 об/мин, давлением 80-90% и 80 ходами в минуту можно снимать припуск до 0,5 мм/мин. Если, конечно, это необходимо.
Рекомендации для плосковершинного хонингования FORD 4.6L V8
В Ford была разработана специальная процедура, которую фирмы, занимающиеся модернизацией и ремонтом двигателей, могут использовать, чтобы достичь того же качества поверхности цилиндров в блоках двигателей Ford 4.6L V8 (которые хонингуются алмазом на заводе), как и у самих ИКО.
Перед началом хонингования Ford рекомендует почистить блок (с использованием высоких температур, но должно быть не больше 250 С) и проверить блок на наличие дефектов.
"Полуфинишная" операция производится после расточки или грубого хонингования отверстий цилиндра в пределах 0,07 мм от конечного ремонтного размера.
- Скорость шпинделя 170 об/мин
- Длина хода 130 мм
- Скорость хода 57 ходов/мин
- Максимальный избыточный ход 10 мм
- Длина бруска 70 мм
- Снятие слоя 0,075 мм
После завершения операции производится плосковершинная обработка с нижеуказанными настройками. Ford рекомендует ручную подачу брусков для поддержки нагрузки на датчике силы от 20 до 30% (30% оптимально). Нагрузка должна поддерживаться в течение 30 секунд.
- Скорость шпинделя 170 об/мин
- Длина хода 130 мм
- Скорость хода 57 ходов/мин
- Максимальный избыточный ход 10 мм
- Длина бруска 70 мм
- Снятие слоя 0,025 мм
