Хонингование цилиндров: обзор технологии и критерии качества
Двигатель внутреннего сгорания – это сердце автомобиля. Для его беспроблемной работы нужна умеренная эксплуатация и своевременное обслуживание. Если условия соблюдены, то мотор будет выдавать заданные параметры на протяжении долгих лет. Затем подходит срок капитального ремонта, подразумевающего полную разборку и замену изношенных деталей. Важной операцией является хонингование блока цилиндров.
Вопросы, рассмотренные в материале:
- Что такое хонингование цилиндров
- Есть ли разница между зеркалом цилиндра и хонингованием
- Каковы технологии хонингования цилиндров
- Как происходят хонингование и ремонт цилиндров Alusil и Nicasil
Что такое хонингование цилиндров двигателя
Во время движения автомобиля мотор подвергается высоким нагрузкам, вследствие которых происходит естественный износ узлов. Двигатель меняет свои характеристики по мере наработки моточасов и в определенный момент требует ремонта. Состояние рабочей поверхности ЦПГ – основной критерий здоровья мотора. Хонингование блока цилиндров требуется, если появились задиры и царапины, а также если присутствует конусность.
При капитальном ремонте слесарь растачивает полностью разобранный блок до ближайшего ремонтного размера, который позволяет убрать дефекты зеркала и устранить отклонения по конусности и эллипсности. Гладкая зеркальная поверхность после расточки выглядит очень эффектно, но для лучшей работы мотора надо создать на ней насечки. Это также делается на токарном станке специальным инструментом – хоном. При должном навыке можно провести эту операцию вручную, но качество будет заметно хуже.
Технология ремонта постоянно совершенствуется. В настоящий момент все производители перешли на плосковершинное хонингование. При такой обработке насечки не имеют острых краев (вершин), которые контактируют с поршнем и кольцами при работе мотора. После расточки слесарь должен воспроизвести такую же структуру зеркала. Правильно выполненный ремонт облегчает процесс обкатки мотора и обеспечивает оптимальные зазоры между деталями. Такой мотор не будет расходовать масло и обеспечит максимальный пробег до следующего капитального ремонта.
Хонингование блока цилиндров – это процедура нанесения сетки на рабочую поверхность блока двигателя. Она позволяет обеспечить двигателю наилучшие условия смазки для трущихся деталей. В канавках, образованных хоном, задерживается моторное масло.
Хонингование проводится в два этапа. Сначала используется крупный абразив, который дает крупные насечки. Затем применяется финишная обработка, сглаживающая дефекты и неровности от предыдущей операции. Выделяют алмазное и керамическое нанесение рисок. Первое предпочтительнее по причине более высокой точности обработки, но дороже. Второй способ используется чаще из-за большей доступности цены работы и стоимости оснастки. Автопроизводители могут использовать лазерную финишную обработку, которая невозможна в кустарных условиях.
По окончании работы блок надо тщательно промыть. Желательно это делать струей воздуха или смазочно-охлаждающей жидкости под давлением. Необходимо обеспечить не только внешнюю чистоту детали, но и вымыть металлические стружки и остатки абразивной пасты из скрытых полостей. Частички керамики и металла, оставшиеся в двигателе, могут нанести непоправимый урон. Для того чтобы сгладить поверхность, после черновой обработки применяют финишную шлифовку.
Зеркало или хонингование цилиндров
Обработанная поверхность имеет гладкую глянцевую структуру, поэтому ее часто называют зеркалом. Хон – это приспособление для нанесения заданного рисунка сетки на рабочие стенки цилиндра. Отсюда происходит и название операции.
В условиях массового производства технология обработки несколько иная. Специально не выделяется операция хонингования. Расточка производится на токарном станке. Сначала фрезой, а затем для повышения точности размеров и формы, абразивным инструментом. При этом сетка на стенках является результатом движения абразивного бруска во время обработки. Процесс хонингования во время капитального ремонта выделяется в особую процедуру, потому что расточенный под ремонтный размер цилиндр имеет абсолютно гладкую поверхность.
Сетка хона играет важную роль в смазке цилиндро-поршневой группы. Она создает масляную пленку заданной толщины, которая увеличивается при движении поршня вверх и затем утончается при обратном ходе. Масло от коленвала и шатунов разбрызгивается внутри блока цилиндров, а затем за счет возвратно-поступательного движения поршней попадает на поршни и на кольца. Когда стенки цилиндра гладкие, то масло на них не задерживается. Наступает масляный голод и ускоренный износ двигателя.
Основная задача хонингования создать структуру поверхности, обеспечивающую хорошие условия для смазки деталей мотора. Попутно достигается дополнительное уплотнение между поршнем и цилиндром. Это благоприятно влияет на повышение компрессии двигателя, так как газы не прорываются в картер. Если не сделать качественную обработку поверхности, то все вышеперечисленные процессы затрудняются. Двигатель испытывает масляное голодание и, как следствие, быстро выходит из строя. Сначала появляются задиры, затем начинается эллипсообразный износ, увеличивается расход масла и появляется дымный выхлоп.
Опытным путем давно установлено, что идеально гладкая поверхность не дает хороших условий для движения поршня. Хонингование позволяет создать своеобразные углубления для сохранения в них масла. Масляная пленка предотвращает непосредственный контакт металла с металлом. Уменьшается трение и снижается износ деталей.
При работе мотора создается высокое давление в камере сгорания, и раскаленные газы прорываются в зазор между кольцами и цилиндрами. Масло, покрывающее стенки цилиндра, выступает своеобразным уплотнением, препятствующим выходу газов. Это повышает компрессию и эффективность работы двигателя.
Отшлифованная до гладкого состояния стенка плохо задерживает смазку. В отсутствие масляного клина происходит полусухое трение деталей. Повышается их температура и наступает преждевременный износ. Помимо смазки, масло обеспечивает дополнительное охлаждение, поскольку имеет более высокую теплоемкость, чем металл.
Технология хонингования цилиндров
Хонингование блока цилиндров в заводских условиях существенно отличается от аналогичной процедуры, выполняемой при капитальном ремонте двигателя. Выделяют два этапа:
- Стартовая обработка при помощи крупно-абразивных брусков, закрепленных на головке хона. Она создает контуры сетки, которую можно увидеть на готовой детали.
- Финишная обработка с помощью мелкоабразивных инструментов. Выполняется для сглаживания дефектов предыдущей операции и финального выравнивания размеров под новые поршни.
Иногда применяется третий этап – притирка поверхности абразивной пастой. Она делает сетку хона еще более гладкой и не оставляет микродефектов на поверхности металла. Ее применение обусловлено качеством выполнения двух предыдущих операций и квалификацией мастера. В результате получается ровная сетка, которая не имеет острых краев металла и облегчает процесс притирки деталей цилиндро-поршневой группы.
По окончании процесса необходимо тщательно промыть обрабатываемую деталь. Остатки металла и абразивные частицы, оставшиеся на блоке цилиндров и в его полостях, недопустимы при сборке мотора. Собирать цилиндро-поршневую группу можно только на абсолютно чистом моторе. Промывка осуществляется сначала жидкостью под давлением, а затем продувкой сжатым воздухом.
Соблюдение технологии существенно продлевает жизнь мотору после капитального ремонта. Равномерно нанесенный хон дает оптимальные зазоры между сопрягаемыми деталями и хорошую смазку. Процесс обкатки происходит быстрее и проще. Создается дополнительный ресурс за счет более медленного износа. Сокращается расход масла при эксплуатации автомобиля, увеличивается срок его службы.
Рассмотрим подробнее оборудование для ремонта двигателя. Профессиональный станочный парк, которым оборудованы автозаводы, позволяет производить обработку блока с максимальной точностью. Такие станки могут позволить себе только специализированные мастерские, занимающиеся расточкой и хонингованием блока цилиндров.
Хонингование – это процесс создания фактуры рабочей поверхности блока. Это не просто беспорядочное нанесение рисок и царапин, а создание сетки, у которой строго заданы глубина канавок и их взаиморасположение. Поверхность выглядит как совокупность канавок, пересекающихся под заданным углом. Кроме того глубина рисок и их поперечный профиль выдерживаются с точностью до тысячных долей миллиметра. Поверхность не должна иметь острых краев и задиров на вершинах борозд, оставляемых хоном. Долговечность жизни мотора во многом зависит от качества обработки.
Абразивные бруски монтируются на головку хона. В процессе обработки она вращается и оставляет насечки на металле. Круговое движение дополняется возвратно-поступательными перемещениями вдоль оси вращения (вверх и вниз). Синхронизация скорости этих движений позволяет задать нужный угол между наносимыми рисками. Это важный параметр, который регулирует толщину масляной пленки между сопрягаемыми поверхностями.
Угол хонингования – это угол между рисками, наносимыми хоном. Величина зерна абразивного бруска также влияет на характеристики обработки и конечное качество отделки. Тип хонинговального инструмента обеспечивает нужную глубину рисок и их взаиморасположение. Хонингование делится на два этапа: основной и финишный. Для каждого шага выбирается свой абразивный инструмент. Прецизионный контроль качества поверхности выполняется с помощью визуализации диаграммы микропрофиля хона. Угол хона измеряется с помощью тарированных пленок-шаблонов.
Формирование структуры поверхности первоначально выполняется с помощью грубого абразива. В результате поверхность становится шершавой и даже имеет задиры, но приобретает рисунок, который в дальнейшем сохраняется и после финишной обработки. При базовой обработке используются алмазные хонинговальные бруски на медной основе. Процесс чернового хонингования сопровождается подачей смазочно-охлаждающей жидкости. Кроме основной функции, она также удаляет металлическую стружку и продукты износа алмазного бруска.
Алмазная обработка не позволяет сразу же перейти к сборке мотора, так как кольца и поршни при контакте с такой грубой поверхностью быстро придут в негодность. В некоторых случаях обработка алмазным абразивом используется как силовая расточка. Грубая поверхность должна пройти обработку зерном меньшей фракции. После этого поверхность становится более гладкой и приближается к заданному ремонтному размеру. На последнем этапе обработка проводится мелкозернистым абразивом и шлифовальной пастой.
После формирования чистового размера и структуры поверхности проводится так называемое хонинговое крацевание. Эта операция не увеличивает ремонтный размер и не меняет гладкость поверхности, а направлена на очистку хонинговых рисок и вымывание остатков металла и абразива. Крацевание имеет побочный положительный эффект в чугунном блоке – оно открывает графитовые зерна, входящие в структуру металла. Графит при этом выступает в качестве дополнительного лубриканта и снижает износ деталей. Крацевание выполняется нейлоновыми щетками с вкраплениями кремниевых кристаллов.
В дополнение к основным операциям может выполняться нанесение антифрикционных покрытий, но они подходят не ко всем материалам, из которых изготовлен блок цилиндров. Хонингование в основном применяется к чугунным блокам, но сейчас уже разработана технология обработки алюминиевых деталей. Наибольшей известностью пользуется плосковершинное хонигование, которое проводится аналогично классическим технологиям. Различия заключаются в применяемых инструментах и количестве операций.
Хонингование и ремонт цилиндров Alusil и Nicasil
Хонингование блока цилиндров из алюминиевого сплава имеет свои особенности.
- Alusil
Блоки, выполненные по технологии Alusil, в настоящее время официально комплектуются ремонтными размерами поршней от фирм-производителей (обычно это размеры +0,5 мм и +1 мм, реже используется более мелкий шаг +0,35 и +0,7 мм). Поршни ремонтных размеров, так же как и стандартные, покрываются сверху тонким слоем железа. Ремонт мотора с применением поршней без покрытия заканчивается быстрым «прихватом» и заклиниванием поршневой группы.
Ремкомплекты изготавливают специально для технологии расточки алюминиевых блоков. Несоблюдение технологии заканчивается быстрым выходом из строя отремонтированного двигателя.
Расточка выполняется стандартными резцами, которые применяются на чугунных блоках. Основное отличие кроется в процессе хонингования. Должны применяться специальные абразивные бруски с «антизасаливающейся» поверхностью. Они остаются чистыми на протяжении всей операции. В противном случае частички алюминия, остающиеся на хонбруске, при нагревании схватываются с поверхностью цилиндра, и моментально образуются задиры.
Крупнейший мировой производитель инструмента Sunnen, в том числе выпускающий хонинговальные бруски, рекомендует при хонинговании блоков цилиндров из алюминиевых сплавов применять оснастку на основе абразивных частиц карбида кремния (SiC).
Последовательно применяются три типа брусков. Первый брусок типа С30-J55 снимает изношенный слой с припуском 0,04–0,08 мм после растачивания. Второй тип С30-J84 выполняет хонингование и увеличение ремонтного размера на 0,01-0,02 мм, а также удаляет дефекты от предыдущей операции. Третий тип С30-С03-81 осуществляет финишную шлифовку без изменения ремонтного размера.
Рекомендуемые товарыАкцияХит
Быстрый просмотрНешипованныеЛетняяДостаточноСредняя цена по рынку4 278.93 ₽Наша цена3 753.45 ₽Ваша выгода525.48 ₽АкцияХит
Быстрый просмотрНешипованныеЛетняяМногоСредняя цена по рынку5 582.38 ₽Наша цена4 744.08 ₽Ваша выгода838.30 ₽АкцияХит
Быстрый просмотрНешипованныеЛетняяМногоСредняя цена по рынку3 961.39 ₽Наша цена3 667.95 ₽Ваша выгода293.44 ₽После растачивания алюминиевого блока надо тщательно промыть его от стружки. Даже незначительные загрязнения приводят к тому, что алюминий налипает на стенки цилиндра и абразивный инструмент. Происходят задиры и вырывание абразивных частиц.
Хонингование осуществляется при выполнении трех условий. Во-первых, тщательная фильтрация охлаждающе-смазочной жидкости. Во-вторых, умеренный прижим абразивных брусков к стенке блока. В-третьих, точное соответствие диаметров бруска и поршня. Нарушение этих условий приводит к перегреву обрабатываемой поверхности и вырыванию абразивных зерен из бруска. Все это сопровождается образованием задиров и ухудшением качества обработки. Если вовремя не наладить процесс, то можно безвозвратно испортить всю работу.
Хонингование блока цилиндров позволяет добиться оптимального размера и точного зазора между трущимися деталями (от 0,01 до 0,02 мм). Однако рабочая поверхность еще не соответствует требованиям по шероховатости, поэтому ее нужно выгладить с помощью финишной обработки.
Полировка в процессе капремонта двигателя служит альтернативой химическому вытравливанию, применяемому в условиях производства. В результате полировки снимается очень малый слой алюминия (порядка 1 мкм) и обнажаются кристаллики кремния. Для этого применяются мягкие фетровые башмаки C30-F85, закрепляемые в хонинговой головке, и мягкая кремниевая паста на силиконовой основе AN-30, которая не затрагивает вкрапления кремния, но снимает лишний слой алюминия.
После полировки кремниевой пастой поверхность становится характерного темно-серого цвета, причем на ней не должно быть следов хона или другого режущего инструмента. В ее структуре присутствуют зерна кремния, а основной слой из алюминиевого сплава, являющегося связкой, находится глубже на 1-2 мкм. За счет хаотично разбросанных кремниевых вкраплений структура становится пористой. Благодаря этому масло в процессе работы двигателя задерживается в микропорах и создает пленку, обволакивающую трущиеся детали.
Германская фирма Gehring предлагает другую технологию обработки цилиндров из алюминиевых сплавов. Основное отличие присутствует на этапе черновой обработки. Так, вместо первого абразивного бруска на основе SiC на первом шаге обработки применяют бруски с алмазным покрытием, а затем на этапе чистового хонингования и на этапе финишной полировки применяют хонбруски и полировальную силиконовую пасту на основе карбида кремния.
Предлагаемые технологии расточки и хонингования применяются как для блоков на основе алюминиевых сплавов Alusil (Silumal), так и для более продвинутых вариантов Lokasil и Silitec (кремниевая гильза, залитая алюминиевым сплавом, состоящим на 25 % из соединений кремния). В любом случае геометрия и микроструктура цилиндров не отличается от заводской.
Если задиры или другие дефекты цилиндров превышают по глубине величину ремонтных размеров (до 0,7 мм или в некоторых блока до 1 мм), то такой ремонт нельзя произвести с помощью расточки и хонингования. Здесь надо использовать сменные гильзы. Подобные детали поставляются для некоторых видов блоков в виде запасных частей.
Сменные гильзы выполнены из материала, однородного по составу со сплавом цилиндров. Обычно это алюминий, содержащий до 17 % соединений кремния. Замена алюминиевых гильз, как правило, ничем не отличается от замены чугунных аналогов. Главное отличие алюминия заключается в его более высокой теплопроводности.
Практические рекомендации по замене гильз требуют их сильного охлаждения (например, в жидком азоте или в низкотемпературной морозильной камере) и сильного нагрева блока цилиндров. Гильза должна вставляться быстро, чтобы она не успела нагреться и от простого усилия рук без применения пресса или ударных инструментов.
Характерная черта алюминиевой гильзы – невозможность корректировки в случае неточной посадки в блок. Чугунную гильзу можно запрессовать, а алюминиевая в такой ситуации начинает деформироваться. Удалить ее можно только расточкой на токарном станке. Это фактически означает, что нужно покупать новую гильзу и при этом обычно ждать заказа несколько дней.
Гильзы после установки подвергаются расточке и хонингованию по вышеописанной технологии. Особое внимание обратите на выступ гильз над привалочной поверхностью блока — ее не рекомендуется подрезать при расточке гильз. В противном случае выступание поршней в верхней мертвой точке может превысить максимальное значение около 0,5–0,7 мм. А также может образоваться перепад по высоте между плоскостью и верхней частью передней крышки блока.
- Nicasil
Алюминиевый сплав Nicasil обладает высокой прочностью и износостойкостью, но все равно наступает момент, когда он приходит в негодность. Есть ли возможность капитального ремонта подобного блока? Рассмотрим характерные особенности данного сплава, чтобы понимать, стоит ли подвергать его восстановлению.
Учитывая отличную от других сплавов алюминия устойчивость к износу, данные блоки реже требуют ремонта. На основании этого большинство автозаводов не выпускает ремонтные поршни для данных моторов. Только владельцы некоторых моделей БМВ могут рассчитывать на ремонтные поршни и кольца, увеличенные на 0,07-0,08 мм. Если вам все-таки повезло и вы нашли ремонтные детали, а поверхность цилиндров не успела износиться до критической глубины, можно попробовать что-нибудь сделать.
Классическая расточка блоков Nicasil даже теоретически невозможна, потому что ни один резец не возьмет сплав карбида кремния. И к тому же, учитывая ремонтные размеры поршней менее +0,1 мм, вполне можно обойтись хонингованием блока цилиндров.
При обработке подобных блоков встречаются свои подводные камни. Подходят далеко не все хонинговальные бруски. Можно применять либо алмазные, либо на основе нитрида бора. Хонингование блока цилиндров проводится при минимальном нажатии, чтобы обеспечить целостность покрытия и не продавить его в наиболее тонких местах.
В целом процедура требует максимальной осторожности и наивысшей квалификации мастера. Но даже в этом случае успех не гарантирован. Критичной может стать эллипсность блока даже при отклонении 0,03–0,05 мм. Минимальное усилие бруска не позволяет полностью устранить неправильную геометрию, а повышение усилия может привести к сколу в тонком месте эллипса. Поэтому вернуть блок к идеальной геометрии удается не во всех цилиндрах.
Поврежденное покрытие (в том числе получившееся в процессе хонингования блока цилиндров) может стать приговором для замены детали. Производители обычно не регламентируют ремонтные работы таких дефектов. В среде автомехаников ходят байки о возможности повторно покрыть поверхность цилиндров никасилом. Долгая практика показывает, что повторять производственную технологию дорого и нецелесообразно. Поэтому в большинстве случаев не удается провести хонингование.
В случае повреждения рабочей поверхности в блоке, выполненном по технологии Nicasil, есть несколько вариантов решения проблемы.
Самый радикальный путь – замена блока цилиндров или двигателя в сборе. Такой вариант подойдет для новой гарантийной машины, но для десятилетнего автомобиля стоимость мотора может превышать его собственную цену.
В Европе полно авторазборок, где можно обзавестись б/у мотором. Это дешевый вариант. Но в нашей стране пока еще этот рынок недостаточно развит. Кроме того, помимо покупки мотора, предстоит возня с документами и регистрацией.
«Народный» способ гильзовать алюминиевый мотор чугунными гильзами.
Производители категорически не рекомендуют такую замену. Но если их не слушать и обладать достаточной квалификацией, то вполне реально провести подобную гильзовку. Существует уже достаточно большой опыт и наработаны технологии применения чугунных гильз в блоках из алюминиевых сплавов.
Блоки, выполненные по технологии Nicasil, вполне подходят по своим характеристикам, так как прочность и шероховатость чугунной и никасиловой поверхности схожи, а поршни одинаково хорошо скользят в обоих случаях. Нюансы возможны на старых моторах, использующих кольца без хромового покрытия. Требуется более частая замена таких колец из-за их ускоренного износа.
Что автовладельцы говорят о хонинговании цилиндров
- Хонингование на старых двигателях
Хонингование блока цилиндров на советских предприятиях в 60–80 гг. отсутствовало в принципе. Автомобильные, лодочные мотоциклетные моторы были, как правило, результатом побочной деятельности оборонной промышленности. Поэтому не было никакого стимула внедрять новые технологии и совершенствовать уже имеющиеся товары. Люди покупали то что есть и не жаловались на качество, потому что всегда был дефицит и большие очереди практически на любые товары, в том числе и на автомобили.
Усложнение технологических операций не приветствовалось в массовом производстве, а при отсутствии конкуренции заводу было все равно, сколько проходит его мотор до капитального ремонта.
- Незаводское хонингование
Самодельный хон может быть и не хуже заводского, но сложность в том, что информации о глубине канавок, угле хонингования, допустимой шероховатости поверхности нигде нет. Эти параметры очень сильно влияют на качество смазки и расход масла. Масляное голодание, так же как и большой расход, не сделают мотор долгожителем.
Увеличение шага хонингования может привести к сокращению толщины масляной пленки и быстрому износу двигателя. Поэтому автосервисы при хонинговании блока цилиндров делают некие усредненные показатели, которые подойдут для данного типа моторов (3л v6, например). Очень многое зависит от используемого станочного оборудования. В оппозитных моторах ось цилиндра расположена горизонтально, и, следовательно, есть логика в изменении шага сетки и угла хона вверху и внизу цилиндра.
- Преимущество заводского хонингования
Ремонтное хонингование цилиндров существенно хуже заводского. Добиться плосковершинного хонингования можно только в условиях автопроизводства. Автосервисы не потянут такое оборудование, а у производителя нет интереса качественно делать капитальный ремонт. Токарно-расточной станок при нарезании борозды хоном выдавливает с каждой стороны слой металла, который во время обкатки мотора гораздо быстрее изнашивает кольца.
- Равномерность износа хонингования
Хон изнашивается неравномерно. Максимальный износ приходится на положение верхнего компрессионного кольца в ВМТ поршня. Выше него износ существенно меньше.
- Одинаковый хон или разный
Угол хонингования свой для каждого мотора и у каждого производителя. Точные цифры найти сложно, часто приходится смотреть, как сделано на аналогичных моторах. Однажды перебирал мотор на РАВ4 с использованием ручного хона. По внешнему виду значительно хуже заводского, но эффект все равно дает. После ручного хонингования блока цилиндров и замены колец расход масла практически исчез.