Хон цилиндров и сила трения в двигателе или как остановить износ

13.11.2019

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

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.

Что такое хонингование цилиндров двигателя

Хонингование цилиндров (нанесение хона, хонинговка цилиндров) — абразивная обработка поверхностей при помощи хонов (хонинговальных головок). Под такими головками следует понимать головку специнструмента, на которой закреплены абразивные бруски. Хонинговка зачастую применяется для того, чтобы произвести обработку внутренних цилиндрических отверстий. Процесс хонингования предполагает сочетание вращательных и возвратно-поступательных движений хона с закрепленными раздвижными абразивными брусками. Также хонингование сопровождается постоянным нанесением на обрабатываемую поверхность специальной жидкости для смазки и охлаждения.

Главные плюсы

Хонинговка деталей имеет ряд положительных сторон. К преимуществам относятся:

1. После проведения хонингования поверхностный слой деталей приобретает повышенную прочность, что сказывается на длительности их эксплуатации.
2. Значительно меньший процент получения бракованных деталей. Связано это с тем, что хонинговальный инструмент не создает большого давления на поверхность изделия.
3. Широкий выбор зернистости хонинговального инструмента. Это позволяет легче выходить на нужный уровень требований к обрабатываемой детали.
4. С помощью хона есть возможность устранения брака при сверлении отверстий на станке.
5. Одновременно на оборудовании совершается хонингование нескольких отверстий, что повышает скорость выполнения работы.

Читать далее: Ремонт генератора Volkswagen Golf 2 3 4 Polo Sedan и Passat B3 B5 замена ремня своими руками

Когда нужна хонинговка

Нет общего срока, когда элементам двигателя понадобится эта процедура. Хонингуют цилиндры по достижении определенного уровня износа, а для каждого мотора это будет свое значение времени работы. На износ влияет бензин, используемое владельцем авто моторное масло, стиль вождения (темп езды), исправность сопутствующих систем и т. д.
На заметку!
В среднем работы проводятся, когда пробег транспортного средства достигает значения в 100 тыс. км и более.

Определить, что хон в цилиндрах двигателя уже нужен, помогают внешние признаки. Чем интенсивнее проявляется проблема, тем скорее нужно проводить обработку. Если владелец авто заметил один из нижеприведенных маркеров, следует показать авто слесарям для проведения работ.

Список возможных признаков:

1. Появление синего дыма из выхлопной трубы.
2. Нестабильность оборотов двигателя на холостом ходу.
3. Снижение мощности мотора.
4. Возросший расход масла по сравнению с прошлыми измерениями.

Возникшая необходимость нанесения хона на блоки цилиндров часто вызывает полную совокупность этих факторов – они тесно связаны. Синеватый дым на выхлопе образуется, когда кольцо поршня не собирает масло с цилиндрической поверхности без остатка. Масляные следы остаются и сгорают вместе с топливом. Так как дефекты внутреннего канала приводят к пустому сгоранию машинного масла, его расход возрастает.

Читайте также: Что такое сгон в сантехнике

Изменениями в цилиндре также объясняется снижение мощности двигателя и нестабильность его работы. Кольца поршня неплотно примыкают к стенам цилиндра, нарушение герметичности приводит к попаданию в картер газов, а они снижают компрессию в камере сгорания. Поскольку газообразные продукты горения пропадают впустую, транспорту требуется больше бензина.

Хонингование исправит цилиндрические поверхности, после чего все сопутствующие проблемы с машиной исчезнут.

Безгильзовые двигатели

Обработка хоном отличается на гильзовых и безгильзовых двигателях. Если необходимо обработать безгильзовый блок цилиндров, особых сложностей возникнуть не должно.

Цельная металлическая конструкция надежно закрепляется на рабочем столе станка непосредственно после процесса расточки. Следует удостовериться, что гильзы располагаются строго вертикально, и никаких смещений при возвратно-поступательном движении патрона не возникнет — в противном случае от обработки не будет никакого толка.

При обработке безгильзовых цилиндров потребуется всего несколько проходов станка.

При этом необходимо строго контролировать получаемые размеры и шероховатость поверхностей. В этом помогут индикаторный нутромер (контролирует размеры) и профилометр или оптический прибор для замера уровня шероховатости.

Дополнительные рекомендации

Различные видео-инструкции, которые можно встретить в сети, описывают замену опор двигателя, как простую процедуру. Из-за этого возникает ощущение, что заменить деталь может каждый желающий, выделив на все это несколько минут свободного времени. Но практика говорит обратное. Недостаток свободного пространства и плохой доступ к деталям создают дополнительные трудности, из-за чего простая на первый взгляд работа затягивается на весь день.

Как заменить подушки двигателя

Но чтобы ремонтные работы прошли довольно быстро и эффективно, необходимо следовать несколько простым рекомендациям:

• при поднятии силового агрегата домкрат нужно ставить под колокол сцепления. Обязательно подставляется деревянная прокладка;
• нельзя поднимать мотор слишком высоко, иначе можно повредить некоторые детали или элементы кузова;
• контрольная проверка крепежных элементов на новой опоре лишней не будет;
• устанавливая подушку, нужно попасть в канавку на балке нижней шпилькой, которая есть на корпусе детали;
• правую опору обязательно должен защищать тепловой экран. В противном случае новая деталь под воздействием высоких температур от выхлопа долго не проживет.

Не ленитесь использовать WD-40

Немного теории и технологии

Хонингование

– (от англ. honing, от hone – хонинговать, буквально – точить). Вид абразивной обработки материалов с применением хонинговальных головок (хонов). В основном применяется для обработки внутренних цилиндрических отверстий путём совмещения вращательного и поступательно-возвратного движения хона с закреплёнными на нём раздвижными абразивными брусками с обильным орошением обрабатываемой поверхности смазочно-охлаждающей жидкостью. Хотя также встречается и наружное хонингование, но выполняется такая операция на специализированных станках. Наружное хонингование применяется на деталях большой длины, обработка которых в обычных металлообрабатывающих станках не представляется возможным. Например, штоки гидротормозов артиллерийских орудий. Хонингование наружных поверхностей может осуществляется на модернизированных (шлифовальных, горизонтально-расточных) станках. Хонинговать можно детали как из черных материалов (стали и чугуны), так и из цветных (латуни, бронзы, алюминиевые цинковые и магниевые сплавы).

Проведение работ

Для получения качественного результата необходим хонинговальный станок. Такое оборудование используют в больших специализированных автомастерских, занимающихся ремонтом дизельных и бензиновых двигателей.

Блок цилиндров выставляется и закрепляется на столе станка так, чтобы отверстия или гильзы располагались строго вертикально. Это главное условие. Хонинговальную головку помещают вовнутрь. Муфтой регулируется нужный размер отверстий.

Процесс обработки проводится с применением рабочих жидкостей. Для обработки чугунов используют керосин, а для обработки сталей — смесь керосина с маслом. Все чаще стали применяться эмульсии СОЖ. Например, 7% водный раствор НСК-5.

Интересно, что во время хонингования происходит упрочнение поверхности на глубину до 0,06 мм. При давлении абразивных брусков равном 5 кгс/см2 твердость повышается на 10−15%. При обработке легированных сталей и давлении, равном 70 кгс/см2, значение твердости увеличивается до 70%.

Как обрабатывают отверстия не круглой формы

Характерной особенностью хонинговальных станков является их способность обрабатывать любые поверхности. Это могут быть глубокие или несквозные отверстия, шпоночные пазы, канавки. Также обработке поддаются конические элементы и некруглые отверстия.
Происходит это за счет того, что в хонинговальных станках бруски находятся в специальном корпусе, конструкция которого состоит из следующих элементов:

• ­ пневматической камеры;
• ­ двух муфт: подвижной и неподвижной;
• ­ колодок.

В корпусе изготовлены канавки, по которым подается воздух. В процессе работы давление воздушного потока из пневмокамеры прижимает инструмент к обрабатываемой поверхности изделия. Колодки обладают способностью поворачиваться на необходимый угол. Благодаря этому происходит хонингование любой поверхности вне зависимости от ее конфигурации. Изменением силы воздушного потока контролируется величина прижима хонинговального инструмента к изделию.

Другой способ – это использование гибких щеток, которые крепятся к эластичным нитям. В итоге возможна обработка поверхности любого контура.

Особенности инструмента для хонингования

Инструментом для хонингования служит головка. В ней располагается регулировочный стержень 1. Изменяя его длину (закручивая или раскручивая гайки), добиваются изменения положения абразивных брусков.

Внутри головки смонтирован двусторонний конический регулируемый стержень 1, посредством которого радиальные стержни вместе с абразивными брусками раздвигаются, регулируя диаметральный размер и компенсируя износ абразивных брусков 4. Перемещение возможно до 0,5…2,8 мм. По мере износа нужно восстанавливать размер обтачивания, поэтому у оператора станка есть возможность получать нужный размер без замены брусков.

Специальные цилиндрические фиксаторы 5 не позволяют изменять выставленный размер. Точность обработки соответствует 1-2 классу. Можно добиться зеркального блеска получаемой поверхности.

Хонинговальная головка используется со специальным станком 3Г833. В нем имеется вертикальный жесткий вал. Он позволяет получать жесткое вращение инструмента без признаков биения.

Конструкция хонинговальной головки: 1 – стержень для изменения наружного диаметра раздвижения хонов; 2 – обрабатываемая деталь; 3 – шпиндель; 4 – бруски абразивные; 5 – цилиндрический фиксатор

Наружное хонингование выполняется на приспособление, которое может быть установлено на токарные станки. Для крупных станков типа ДИП-300 или ДИП-400 применяют головку наружного хонингования ХНП-150. Она позволяет производить наружное полирование деталей диаметром до 150 мм.

Головка наружного хонингования ХНП-150: 1, 2, 7 и 8 – бруски абразивные; 3, 6 – колодки фиксирующие разжимные; 4, 5 – скобы для фиксации

В шпиндель станка устанавливают деталь. На суппорте располагают приспособление для хонингования. Вращающаяся деталь находится в зоне действия брусков, которые обтачивают поверхность. Выполняется продольная подача инструмента в разные стороны.

Сайт о внедорожниках УАЗ, ГАЗ, SUV, CUV, кроссоверах, вездеходах

Хонингование применяется после растачивания, развертывания и шлифования. Преимущественно для отделки отверстий с целью повышения точности его формы и размера. Для уменьшения шероховатости, а также для создания специфического микропрофиля обработанной поверхности. Обработка производится с помощью абразивных или алмазных брусков, закрепленных в хонинговальной головке (хоне).

Хонингование, конструкции хонов с разными способами крепления в шпинделе станка, хонингование при отделке наружных поверхностей шеек коленчатых валов.

Хонингование с жестким креплением хона в шпиндель станка при двух степенях свободы детали применяется для обработки деталей с параллельными верхней и нижней плоскостями и перпендикулярной к ним осью отверстия. В случае обработки мелких и среднегабаритных деталей применяется схема с жесткой связью хона и шпинделя станка при четырех степенях свободы детали.

Если несоосность шпинделя и обрабатываемого отверстия менее 0,05 мм, то применяют одношарнирное крепление хона. Если несоосность более 0,05 мм — то двухшарнирное, а детали придают четыре степени свободы.

Хон, как правило, совершает три движения:

— Вращательное (главное) движение D1. — Возвратно-поступательное движение D2. — Радиальное движение подачи брусков.

Способы крепления хона при разном числе степеней свободы детали.

Совокупность этих трех движений создает условия срезания микростружки и самозатачивания инструмента. На обработанной поверхности остаются характерные следы траектории движения зерна в виде сетки. Характер траектории зависит от сочетания величины скоростей поступательного и вращательного перемещения и угла а наклона вектора скорости резания. Конкретные значения скоростей резания определяются размерами детали и условиями обработки.

Диапазон размеров хонингуемых отверстий:

— По диаметру 2,5-1 000 мм. — По длине 5-25 000 мм.

Разновидностью обычного хонингования является вибрационное хонингование. При нем хону или детали придается дополнительное круговое или возвратно-поступательное движение с малой амплитудой (1-4 мкм) и частотой до 20 дв. х./мин.

Скорость главного движения D1:

— Для обработки стали составляет 45-60 м/мин. — Чугуна — 60-75 м/мин.

Соотношение скоростей движений D1 и D2 равно 1,5-10,0. Производительность вибрационного хонингования значительно выше обычного хонингования. А в ряде случаев приближается к производительности шлифования.

На рисунке ниже показаны траектории движения абразивного бруска при обычном и вибрационном хонинговании. Крайнее верхнее 1 и нижнее 3 положения абразивных брусков устанавливают с перебегом Д2, необходимым для точной обработки отверстия. Минимальные отклонения формы получаются при перебеге, равном 0,33 длины бруска, и при длине бруска, равной 0,50-0,75 длины обрабатываемого отверстия. При каждом двойном ходе бруски оказываются в положении 2, т. е. смещаются на величину перекрытия А.

Вибрационное хонингование изменяет вид сетки, что обусловлено размахом колебаний бруска 2А, продольной подачей S бруска на один оборот и углом сетки а. Как показывает схема движения абразивных зерен, при вибрационном хонинговании резко уменьшается длина стружки, снимаемой зерном. А короткая стружка сравнительно легко удаляется из зоны резания. Это позволяет применять более твердые бруски, которые выдерживают большие давления без затупления или налипания металла.

Скорость резания при обычном хонинговании является геометрической суммой скорости вращения и скорости поступательного перемещения хона. С изменением угла а изменяется сетка рисок и царапин, образуемых абразивными зернами при относительном движении хона.

Как правильно наносить хон на стенки цилиндров

Начнем с того, что процесс правильного хонингования в заводских условиях является достаточно сложным. Об этом мы поговорим немного позже. Что касается ремонта ДВС в автосервисах или специализированных мастерских, хонинговка цилиндров происходит в два основных этапа:

• начальная обработка при помощи закрепленных на хонголовке брусков с крупным абразивом;
• финальное хонингование, которое предполагает финишную обработку цилиндра мелкозернистым абразивом. Такой абразив позволяет добиться высокоточной обработки поверхностей;

Полным окончанием процесса хонингования цилиндров является мойка блока цилиндров (БЦ) для удаления металлической стружки, а также остатков полировочных паст. Далее в процессе сборки двигателя можно рассчитывать на правильную посадку поршневых колец, быструю притирку и качественную герметизацию камеры сгорания. Добавим, что абразив для хонингования цилиндров представляет собой как керамические, так и алмазные бруски. Керамический брусок имеет определенные преимущества перед алмазными абразивами, так как так4ой хонбрусок более долговечен, что в итоге определяет меньшую стоимость керамического хонингования по сравнению с алмазными решениями.

Теперь поговорим о профессиональном хонинговании, которое предполагает наличие дорогостоящего сложного оборудования. Такое хонингование применяется во время изготовления новых ДВС, а также для восстановления двигателей в условиях, максимально приближенных к заводским. Хонингование следует понимать как создание на стенке цилиндра не просто хаотичной сетки, а определенного микропрофиля на поверхности. Другими словами, хон в цилиндре является совокупностью рисок, которые пересекаются между собой. Также большую роль играет глубина указанных рисок, их расположение по отношению друг к другу. От данных факторов напрямую зависит компрессия в цилиндрах, мощность двигателя, расход топлива и моторного масла на угар, а также ресурс всей ЦПГ и самого двигателя.

Такой угол называется углом хонингования. Также имеется зависимость от типа абразива и его зернистости, что влияет на финальное качество и структуру хона. От вида хонбруска зависит степень шероховатости поверхности, глубина и сами размеры наносимых рисок. Весь процесс нанесения хонинговки разделяется на начальный и финишный. На каждом этапе используются разные бруски. Точный контроль шероховатости поверхности становится возможным благодаря последующей визуализации диаграмм микропрофиля хона. Угол хонингования задается посредством использования специальных шаблонов-пленок.

1. Для формирования поверхности на начальном этапе хонингования, которая достаточно грубая, имеет глубокие риски и повышенную шероховатость, потребуется использование абразива с крупным зерном. Для этого применяются алмазные хонбруски, которые выполнены на медной основе. Весь процесс чернового хонингования сопровождается обильной подачей смазочно-охлаждающей жидкости. Это необходимо для эффективного удаления из области нанесения хона механических частиц, остатков абразива и т.д.
2. После алмазного хонингования грубая поверхность не позволяет сразу начать монтаж остальных элементов ДВС, так как кольца и поршень в таком цилиндре работать не смогут. Иногда алмазное хонингование является альтернативным силовым способом расточки цилиндров двигателя. Затем грубая поверхность снова проходит обработку абразивом с меньшим зерном. Такая обработка позволяет добиться формирования нового микропрофиля на стенках цилиндров. Завершающим этапом процесса хонингования является повторная обработка мелкозернистым абразивом, что позволяет добиться планового ремонтного размера цилиндра.
3. По окончании завершения формирования «чистовой» поверхности дополнительно проводится так называемое дополнительное хонинговое крацевание. Данная процедура не направлена на дальнейшую расточку цилиндра, главной задачей является очистка полученного ранее микропрофиля от остатков хонинговальных абразивов. Также крацевание чугунного цилиндра позволяет открыть графитовые зерна. Применительно к чугуну это позволяет дополнительно снизить трение и уменьшить механические потери, а также замедлить износ. Для крацевания применяются щётки, в основе которых лежат нейлоновые нити, а также присутствуют кремниевые кристаллы.

Добавим, что хонингование также допускает нанесение дополнительного слоя специальных антифрикционных покрытий. Хонинговать можно как чугунные блоки цилиндров, так и некоторые БЦ, выполненные из сплавов алюминия. Большой популярностью сегодня пользуется плосковершинное хонингование, которое фактически аналогично классическому методу. Отличия плосковершинной хонинговки от обычного метода нанесения хона состоят в материалах и брусках, которые используются при обработке плосковершинным способом.

Способы самостоятельной расточки блока

Выполнить эту процедуру в домашних условиях можно двумя способами, которые практически ничем не отличаются друг от друга. Заранее предупреждаем, что процесс самостоятельной расточки довольно трудоемкий, и после его проведения нельзя гарантировать идеальный результат.

Для выполнения первого способа расточки потребуется высокооборотистая электродрель, старый поршень и набор наждачной бумаги различной зернистости на влагостойкой, тканевой основе. Сам процесс можно описать так:

1. в верхней центральной части поршня необходимо высверлить отверстие под шпильку, далее вставить и крепко затянуть ее;
2. ножовкой по металлу необходимо сделать пропил в боковой части поршня, вставить в него край крупнозернистой наждачной бумаги, обернуть ей поршень и зафиксировать в том же пропиле;
3. расточку следует начинать на минимальных оборотах, постепенно добавляя их. Во время расточки дрель нужно перемещать вверх и вниз плавными движениями;
4. когда поршень, которым выполняется расточка, будет свободно проникать в цилиндр на 2/3, меняем наждачную бумагу на более мелкую и дотачиваем уже ей;
5. после всех манипуляций следует «нулевкой» выполнить окончательную шлифовку;

Еще один способ при помощи деревянной заготовки, которая будет имитировать поршень. Для этого необходимо изготовить соответствующую оправку. Причем в диаметре она должна быть на 2-3 мм меньше поршня, и на 100-200 мм длиннее гильзы цилиндра. В заготовке также необходимо сделать боковой пропил для фиксации наждачной бумаги, а в верхней части по центру высверлить отверстие для воротка. Процесс выполняется по аналогии с первым способом. Единственное, что он более трудоемкий, поскольку выполняется вручную. В процессе проточки нужно периодически смазывать обрабатываемую поверхность цилиндра.

Равномерность расточки контролируется визуально, либо по заранее изготовленному шаблону, например, из того же дерева.

В качестве вывода стоит сказать, что это в принципе неплохой способ повышения мощности двигателя, пользоваться им или нет исключительно ваш выбор. Желательно для проведения данной процедуры обратиться к профессионалам, что все было значительно качественнее.

Но почему «Механика»?

Выше мы упомянули – и неспроста. Это признанный эксперт в деле моторного ремонта. А вот и аргументы.

Автомобильные двигатели стремительно меняются. Увеличивается мощность при одновременном сокращении размеров агрегата. Термическая и механическая нагрузка на детали растет. А значит, совершенствуются конструкционные материалы для поршневых колец, поршней и блоков цилиндров. Меняются и сами кольца – уменьшается их высота, а число колец сокращается.

Все это необходимо знать, непрерывно отслеживать все новости отрасли, и прежде всего – инновационные решения производителей двигателей.

Так вот, сотрудники «Механики» держат руку на пульсе мирового автопрома. Но не забывают и классические технологии. Поэтому здесь отремонтируют и старый добрый «атмосферник», и новейший турбированный агрегат, рожденный под флагом downsizing.

Как уже говорилось, здесь проводят точную диагностику. А значит, выбирают правильную технологию ремонта.

В этой компании великолепный станочный парк, включая современные хонинговальные станки Sunnen. А работают на них опытные мастера. Эти не «прослабят» допуски, они чувствуют металл интуитивно.

(фото: станок для хонингования бц)

Инструмент – хонинговальные бруски и щетки – здесь импортные. Смазочно-охлаждающая жидкость (СОЖ) высшего качества. Она омывает инструмент и блок во время операции, тут же фильтруется и вновь подается в рабочую зону.

Хонингование применительно к деталям двигателя внутреннего сгорания

При ремонте двигателя, как это было сказано ранее, хонингуют в основной своей массе внутренние цилиндрические поверхности — отверстия. Это втулки верхней головки шатуна, отверстия нижней головки шатуна, втулки коромысел привода клапанного механизма, постели коленчатого вала и конечно же цилиндры двигателя.

Если считать, что цилиндры — это сердце мотора, то знания о хонинговании, свойствах получаемой поверхности и методах её получения — это кардиология.

Для нормальной работы поршневых колец (кардиологический аналог каждый может себе придумать сам) на стенке цилиндра необходимо обеспечить определённый микропрофиль поверхности — совокупность пересекающихся рисок. Глубина и взаимное расположение этих рисок в значительной степени определяет такие эксплуатационные параметры как компрессия, мощность, расход масла, расход топлива, износ цилиндро-поршневой группы и ресурс двигателя. Нанесение этих рисок как раз и происходит при работе хонинговальной головки с установленными в неё брусками по поверхности цилиндра. Одновременное вращение инструмента и его возвратно поступательные движения (это Вам не туда-сюда дрынохоном:) определяет угол взаимного пересечения рисок на поверхности цилиндра — угол хонингования. Вид применяемого абразива, его зернистость и связка определяет шероховатость поверхности цилиндра, глубину и размер рисок. Соответственно не сложно догадаться, что следует различать черновое и чистовое хонингование, а следовательно и применяемые при хонинговании бруски. «Законодатель моды» в данном вопросе — фирма KOLBENSCHMIDT (KS) — дает чёткие рекомендации по выполнению данной операции. Поэтому я решил не ловить в цеху момент для съемки процесса хонингования и даже не пошел на склад за брусками. Я просто отсканировал картинки из буклета KS. Так вот, рекомендации распространяются на применение абразивных и смазочных материалов, настройку оборудования, припуски на обработку и самое главное — методы контроля качества выполненной работы. Для контроля шероховатости немцы применяют тестер Hommel с возможностью вывода на печать диаграммы микропрофиля и параметров шероховатости в оценочных единицах. Для контроля угла хонингования — применяется специальная пленка-шаблон. На фото она приложена к стенке цилиндра.

Последствия задиров и варианты решения