Продолжим обзор оборудования для ремонта двигателей внутреннего
сгорания. В первой части статьи предметов обслуживания было оборудование для
первой технологической операции - расточки цилиндров блока. Сегодня речь пойдет
еще об одной операции ремонта блока - хонинговании.
При ремонте деталей двигателя и, в частности, блока цилиндров нет
неответственных операций, однако финишная обработка особенно важна.
Хонингование является именно такой финишной операцией, от качества и точности
которой во многом зависит ресурс работы двигателя. При ремонте блока цилиндров
необходимо выдержать целый ряд допусков формы и расположения поверхностей.
Расположение и прямолинейность осей цилиндра осуществляется с помощью расточки,
а круглость, цилиндричность, формирование микрорельефа и обеспечение
определенной структуры металла на его поверхности достигается только
хонингованием.
Хонингование
Хонингование (англ. Honing) - отделочная обработка в основном внутренних
цилиндрических поверхностей деталей мелкозернистым абразивным инструментом в
виде брусков, смонтированных на хонинговальной головке (хоне). Абразивные
бруски прижимаются к обрабатываемой поверхности, а сама хонинговальная головка,
закрепленная в шпинделе хонинговального станка, совершает вращательное и
возвратно-поступательное движения.
Если использовать абразивные (не алмазные) бруски, то в большинстве случаев,
хонингование происходит в три этапа.
Большую часть припуска
снимают брусками с относительно крупным абразивом. При этом цилиндр должен
приобрести правильную форму, то есть отклонения от круглости и
цилиндричности должны быть сведены к минимуму. После такой обработки
микрорельеф поверхности цилиндра представляет собой чередование высоких
острых выступов и глубоких впадин.
Обработку продолжают
брусками с более мелким абразивом. На этом этапе окончательно выводят
правильную форму цилиндра. Микрорельеф цилиндра. Микрорельеф поверхности
по завершении этапа представляет собой чередование впадин (причем глубина
впадин тоже чередуется) и относительно "плоскости" выступов.
Таким образом, достигается увеличение площади опорной поверхности цилиндра
(относительная опорная длинна профиля tp). То есть теоретически каждый
выступ должен быть трапециевидной формы. Однако для нормальной работы
цилиндропоршневой группы такая форма выступов не идеальна. Для этого на
заключительной стадии обработки переходят к крацеванию.
Крацевание - процесс
скругления вершин трапециевидных выступов микрорельефа поверхности
цилиндра, а также освобождение впадин от частиц абразива и мельчайших
частиц металла специальными щетками. Во время этой процедуры изменение
диаметра цилиндра практически не происходит. Полученный таким образом
микрорельеф способен удержать максимальное количество моторного масла на
стенках цилиндра при условии, что основные параметры шероховатости
поверхности (Ra, Кz и tp) выдержаны в пределах значений, которые можно
проконтролировать с помощью специального прибора - профилометра. Кроме
того, щетки для крацевания должны снять дефектный слой металла с
поверхности выступов. Процесс хонингования довольно сложен им требует
очень тщательной отработки технологии и постоянного контроля качества. При
использовании алмазных брусков процесс хонингования может несколько
отличаться от приведенного.
Технология по Rottler
Станки ведущих производителей оборудования для ремонта двигателей (о
некоторых из них будет рассказано ниже) имеют ряд несомненных достоинств,
однако, рассмотрев работу хонинговального станка Rottler HP6A,можно увидеть,
что он является одним из наиболее "продвинутых" в своем классе.
Внешне хонинговальный станок HP6A мало отличается от вертикальных
хонинговальных станков других производителей. Общая концепция компоновки,
система крепления блока цилиндров выглядят вполне, если так можно выразиться,
обычно. Очень простая и удобная система базировки блоков цилиндров, рядные и
V-образные блоки цилиндров могут быть закреплены или на параллелях станины, или
на поворотном столе, имеющем как свободную регулировку угла наклона, так и
фиксированные положения под наиболее распространенными углами наклона цилиндров
к плоскости разъема блока и поддона.
Однако не все производители хонинговальных станков могут предложить
возможность хонингования отдельно гильз блока цилиндров. Станок HP6A может быть
укомплектован оснасткой для крепления отдельной гильзы.
Суппорт легко перемещается на воздушной подушке, как в продольном, так и в
поперечном направлении, пульт управления станком установлен на суппорте
неподвижно. На подвижной консоли суппорта расположен маховик радиальной подачи
брусков, за которым находится ограничитель вертикального хода шпинделя.
Принципиально контроль таких параметров, как усилие прижатия брусков к
стенкам цилиндра, геометрия цилиндра во время обработки, угол формируемой сети
и т.д., реализован на большинстве хонинговальных станков. Если выбор угла сети
- задача относительно проста, сводящаяся к согласованию частоты вращения
хонинговальной головки и количества ходов шпинделя в единицу времени, то
контроль усилия прижатия брусков значительно сложней и целиком зависит от опыта
оператора. Весьма ответственной процедурой является и контроль геометрии
цилиндра во время обработки - оператор должен периодически останавливать
процесс хонингования и промерять цилиндр по всей его длине. Таким образом, при
традиционной схеме организации процесса хонингования для получения приемлемого
результата оператор должен время от времени останавливать работу станка для
привидения необходимых измерений, что, безусловно, увеличивает время обработки
цилиндра, а также работник обязан постоянно находиться рядом с машиной,
отслеживая нагрузку прижатия бруском. Другими словами, влияние человеческого
фактора на результат работы оказывается весьма серьезным. В танке HP6A все
иначе.
Инженеры Rottler предложили несколько другой подход. Оператор должен задать
только основные параметры, такие как частота вращения хонинговальной головки и
количества ходов, выставить ограничения на вертикальное перемещение шпинделя и
задать еще два параметра усилия прижатия брусков, речь о которых пойдет ниже.
Затем, задав желаемый съем металла с поверхности цилиндра, нужно запустить
станок и ждать, когда закончится цикл обработки. Все эти данные сохраняются, и
при обработке такого же блока процесс подготовки станка к работе сведется
только к установке и фиксации детали, а также к корректировке длинны хода
хонинговальной головки. Электронный блок управления сам, без участия оператора,
проследит за процессом хонингования цилиндра.
Вертикальная подача осуществляется с помощью пневмацилиндра, управляемого
электронным блоком, - известно, что пневматика более чувствительна к
перегрузкам, чем гидравлические приводы. Это обстоятельство является
своеобразной защитой от критических перегрузок, во время которых в лучшем
случае не удастся добиться необходимой шероховатости поверхности цилиндра и
обеспечить минимальные отклонения его формы, а в худшем - может быть разрушен
брусок и испорчена поверхность цилиндра. Четко контролируя нагрузку, также
можно исключить возможность внедрения абразива (в данном случае алмазной
крошки) в стенки цилиндра, вызванного чрезмерным прижатием бруска и, как
следствие, его частичным разрушением. Усилие же прижатия бруска к цилиндру
задается с помощью упоминавшихся выше параметров нагрузки, то есть это то
усилие, при котором произойдет очередная радиальная подача брусков. Другими словами,
бруски будут оставаться на своих местах относительно оси хонинговальной головки
до тех пор, пока нагрузка на всей длине цилиндра не упадет до заданного
значения, а значит, пока размер цилиндра не станнит постоянным на всей его
длине. Только после этого электронный блок управления даст команду
исполнительному механизму выдвигать бруски с шагом в 0,01 мм до тех пор, пока
нагрузка снова не станет больше заданной, после чего съем металла возобновится.
Такая организация процесса практически исключает возникновение отклонений формы
цилиндрической поверхности, поскольку съем металла будет происходить только в
тех местах, где нагрузка на поверхность цилиндра будет достаточна. Тем не менее
оператор может наблюдать на дисплее панели управления, каков реальный профиль
стенки цилиндра в процессе обработки, и при необходимости вносить некоторые
коррективы в процесс хонингования. По сути, это элемент активного контроля
качества обработки.
Для осуществления автоматического активного контроля предусмотрены два
режима, которые при необходимости можно задействовать на любой стадии процесса
хонингования - и в начале работы, и на этапе финишной обработки. Суть этих
режимов заключается в следующем. Когда контролирующее устройство определяет,
что в нижней четверти цилиндра сопротивление хонингованию возрастает более чем
на 10% относительно нагрузки в остальной части цилиндра, машина автоматически
переключается в режим "короткого хода" или "автоматической
задержки". При выборе первого режима хонинговальная головка, не прекращая вращения,
совершает десять коротких возвратно-поступательных движений в нижней части
цилиндра, затем четыре полных хода, после чего контролирующее устройство еще
раз оценивает нагрузки на брусках на всей длине цилиндра и в случае
необходимости повторяет этот цикл. При выборе второго режима, при увеличение
нагрузки в нижней части цилиндра более чем на 10%, блок управления
останавливает поступательное движение хонинговальной головки в нижней части
цилиндра на некоторое время, после чего опять же оценивает нагрузку на всей
длине и, если требуется, включает режим короткого хода. После того как нагрузка
станет приблизительно одинаковой, процесс хонингования возобновится в обычном
режиме. И в этом случае оператор не предпринимает никаких действий - автоматика
сама контролирует даже чрезвычайные ситуации.
Когда заданный оператором припуск будет снят, автоматически включится
финишный режим. То есть значение допустимой нагрузки снизится до второго,
меньшего заданного заранее значения. Таким образом достигается высокое качество
формы поверхности цилиндра. Затем, когда усиление прижатия брусков к стенке
цилиндра упадет ниже этого значения, процесс хонингования завершится и
хонинговальная головка остановится в верхней точки хода.
Далее можно переходить к заключительной стадии обработки цилиндра -
крацеванию. Длительность этих процессов, как правило, контролируется числом
ходов хонинговальной головки. Для этого предусмотрен отдельный режим. Оператор
только задает это число ходов на пульте управления, а сам процесс происходит
уже без его участия, то есть, погрузив хонинговальную головку в цилиндр и
включив соответствующую программу, станок автоматически начнет раздвигать
бруски или щетки до тех пор, пока нагрузка не возрастет до определенного
значения, совершит заданное количество ходов и автоматически отключится. После
этого остается только перевести хонинговальную головку в следующий цилиндр и
снова запустить программу.
Таким образом, процесс хонингования практически полностью автоматизирован, а
это значит, что не требует постоянного присутствия оператора и обеспечивает
высокую производительность.
Высокая точность обработки во многом зависит от режущего инструмента.
Хонинговальные головки Rottler позволяют использовать как абразивные бруски,
так и алмазные, а также щетки для крацевания. Следует отметить, что ресурс
алмазных брусков несоизмеримо выше абразивных, благодаря чему стабилизируется
качество обработки, поскольку оператору не нужно компенсировать износ
абразивных брусков при обработке каждого последующего цилиндра, а также при
использовании алмазного режущего инструмента проще выдержать допуски формы
поверхности цилиндра.
Приведем также основные характеристики станка HP6A (табл. 1)
