Хонингование как отдельный вид металлообработки – «Nord West Tool»

Основные положения хонингования

Процесс хонингования подробно описан на википедии и на металлвики, поэтому рассмотрим только практическую сторону вопроса хонингования и оборудование, применяемое при этом. Хонингование используется, когда вам нужно получить отверстие со сверхвысокими требованиями к округлости, шероховатости и параллельности.

В нашей практике мы использовали оборудование «Sunnen» для получения шероховатости выше Ra0,04 мкм и допуска круглости менее 0,5 мкм, при этом предельные отклонения размера обработанного отверстия составили менее 2 мкм. Указанные параметры мы достигли на вертикально-хонинговальном станке Sunnen SV2022.

При хонинговании нельзя исправить ось отверстия, поэтому перед операцией хонингования обычно выполняется расточка. Исключением из этого правила могут стать задачи хонингования отверстий небольшой глубины, в таком случае для обработки можно использовать длинные хонинговальные бруски.

Стандартные припуски под хонингование обычно составляют менее 0,05 мм на сторону в зависимости от диаметра обрабатываемой детали.

Перечень основных технических характеристик

Определившись, какие хонинговальные станки будут оптимальны для выполнения того или иного типа работы, необходимо рассчитать их технологические и эксплуатационные характеристики. Они зависят от материала изготовления деталей, степени их обработки, а также времени, которое необходимо для выполнения этой процедуры.

Определяющим параметром является расположение шпинделя станка. Затем следует определиться с их количеством и типом обработки. Эти параметры напрямую влияют на габариты и вес всей конструкции. Также учитывается наличие системы охлаждения. Она необходима для снижения температуры на поверхности детали и шлифовальных кругов. В случае ее отсутствия нагрев может привести к появлению внутреннего напряжения, что скажется на износостойкости детали.

Основные технические характеристики, которыми должны обладать хонинговальные станки:

Отдельно необходимо учитывать параметры гидравлической системы, которой оснащены хонинговальные станки. Для обеспечения ее нормальной работы следует периодически проверять состояние гидроцилиндров, контролировать величину номинального давления в них. Фиксация заготовки осуществляется механическим способом или с помощью магнитного (электромагнитного) стола.

В качестве примера можно посмотреть видеоматериал, в котором показан процесс обработки цилиндров двигателя с помощью хонинговального станка:

Что автовладельцы говорят о хонинговании цилиндров

Виды отделочной обработки полирование

Существует несколько типов отделочной обработки:

1. Шлифование — метод обработки материала с помощью режущего абразивного инструмента. Обрабатываемая поверхность бывает фасонной, цилиндрической, конической и так далее.
2. Притирка (доводка).
3. Хонингование.
4. Суперфиниширование.
5. Полирование — отделочная операция, применяемая для придания поверхности металлического блеска, повышения внешней красоты и долговечности, либо как подготовительное мероприятие перед никелированием, хромированием и другими покрытиями.

   

6. Ультразвуковая обработка.
7. Электроискровая обработка.
8. Светолучевая обработка металлов.

Инструмент для обработки

Для обработки применяется специальный инструмент для хонингования — хон. Хонинговальные головки классифицируются по следующим признакам:

Хонинговальная головка состоит из:

1. корпуса;
2. абразивных брусков;
3. штока;
4. регулирующей муфты.

В корпусе профрезерованы пазы, в которые устанавливаются абразивные бруски. Внутри корпуса предусмотрен цанговый механизм, обеспечивающий одновременный и плавный вылет брусков.

Абразивные бруски изготавливаются из спеченных композитов или матричных алмазосодержащих элементов. Размер зерен не превышает нескольких десятков микрон.

Соосность гильзы двигателя и инструмента обеспечивает шток. Регулирование получаемого диаметра отверстия производится муфтой.

Саморазжимающиеся хоны выполнены в виде ершика, которым раньше мыли молочные бутылки. На концах пружинных ножек закреплены мелкие абразивные камни. Такое приспособление предназначено для использования в комплекте с ручной электродрелью или шуруповертом.

Обработка такой головкой близка к тонкому шлифованию или полировке. Отсутствие жесткого крепления не позволяет исправить дефекты поверхности после растачивания, но уменьшает шероховатость до значения Ra 0,25.

Назначение и виды хонинговальных станков

Хонингование – это процесс, аналогичный шлифовке. Разница заключается в том, что в течение выполнения работы происходит значительное снятие материала с поверхности заготовки для придания ей окончательной формы. При этом шероховатость должна быть не выше установленной нормы.

Конструктивно хонинговальные станки представляют собой производственный комплекс, состоящий из станины, устройства для установки заготовки, шпиндельного блока и штифта для монтажа обрабатывающего инструмента – хоном. Во время работы деталь остается неподвижной – вращается штифт.

В зависимости от конструктивных особенностей хонинговальные станки могут быть следующих типов:

• расположение шпинделя. Чаще всего встречаются вертикальные модели. Но для некоторых производственных процессов применяется горизонтально-хонинговальный станок или его наклонный аналог;
• по числу шпинделей. Оборудование может быть с одним или несколькими шпинделями. Последние предназначены для комплексного хонингования сложных по форме деталей;
• по типу обработки – внешняя или внутренняя. Некоторые модели могут одновременно выполнять все типы хонингования;
• по степени автоматизации. Для выполнения небольшого объема работ применяют станки с механическим управлением. Если же необходимо добиться максимальной скорости обработки – нужно использовать автоматические или полуавтоматические модели.

Важным моментом является выбор брусков, установленных на штифт шпинделя. Они различаются по зернистости, материалу изготовления, а также площади контакта с обрабатываемой деталью.

Основной вращательный момент передаётся на вал шпинделя от электродвигателя. Для поступательного движения чаще всего применяют гидроцилиндры.

Принцип хонингования

Хонинговая полировка осуществляется с помощью специальных шлифовальных головок, именуемых хонами. Это устройство, состоящее из металлического основания, на котором закреплены абразивные камни в форме брусков. В хонах обычно используются алмазные абразивы, обеспечивающие высшее качество полировки.

В процессе полировки хон вращается и параллельно совершает возвратно-поступательные движения с небольшой амплитудой. Таким образом можно добиваться не только зеркального блеска обрабатываемой поверхности, но и точной цилиндричности стакана(отклонение не больше 5 микрон). Для обеспечения высокой степени чистоты поверхности в зону шлифовки постоянно подаётся масляная эмульсия.

Хон оснащается специальным хвостовиком, который используется для закрепления его в удерживающем устройстве, например, патроне хонинговального станка. Иногда хонинговальную головку используют кустарным способом – закрепляя её в дрели и выполняя хонингование вручную.

Хонинговальные станки

В производстве хонингование выполняют на специальных станках, которые бывают двух видов: горизонтальные и вертикальные. Горизонтальные хонинговальные станки выполняют с горизонтальным расположением шпинделя. Вертикальные, соответственно, имеют вертикальное расположение шпинделя.

Известные модели станков: 3Г833, 3К833, 3Н-86, М4215-1. А также новые модели: Sunnen HTS-124-020, LEV125 СОМЕС, LEV250 СОМЕС, ТН170 и ТМ806 (807).

Зачастую новые модели хонинговальных станков делают специализированными, а не универсальными, в отличие от станков советского производства. То есть они пригодны лишь для какой-то одной операции, к примеру, для хонингования цилиндров. Также есть и новые модели станков небольшого размера. Как правило, такие станки разрабатываются для проведения хонингования в домашних условиях.

Хонинговальные станки — производство и поставка промышленного гидравлического оборудования | инжиниринговая компания tools4power

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. 

  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.

Этапы расточки и хонингования

Вышеописанные проблемы влекут за собой ремонт силового агрегата. Если не сделать это вовремя, состояние цилиндров может отрицательно сказаться на работоспособности других механизмов, что приведет к более серьезным поломкам. Бывают случаи, когда в результате откладывания ремонта приходилось делать замену всего кривошипно-шатунного механизма.

Происходит ремонт в несколько этапов:

1. Рабочий растачивает все гильзы в соответствии с определенным ремонтным размером. Если ранее ремонт не выполнялся ни разу, расточка делается до первого размера. В обязательном порядке сделайте несколько миллиметров припуска.
2. Выполняется хонингование для придания гильзам корректной формы и для снижения шероховатости.

Расточка и хонингование производится по этапам:

1. Сначала происходит черновая обработка. Ее делают при помощи грубых абразивных материалов. Выполняется возвращение первоначальной формы.
2. Растачивается цилиндр с помощью специального абразива. Хонингование происходит при помощи бруса с алмазным либо керамическим напылением. Брус расположен на хонинговальной головке, что вращается и выполняет движения вниз и вверх. Такое приспособление дает возможность иметь высокую точность в процессе выполнения хонингования. С поверхности цилиндров при помощи абразивных материалов удаляются царапины, поэтому возникает допустимая степень шероховатости.
3. По окончании хонингования поверхность обработанного цилиндра очищается от мусора.
4. Некоторые специалисты очищают поверхность при помощи специальной пасты.