Хонинговальный станок что такое
Зачем нужно хонингование цилиндров двигателя
Статья о том, что такое хонингование цилиндров мотора, зачем оно нужно: процесс работы, тонкости. В конце статьи — видео о том, что такое хонингование. Статья о том, что такое хонингование цилиндров мотора, зачем оно нужно: процесс работы, тонкости. В конце статьи — видео о том, что такое хонингование.
С течением времени двигатель внутреннего сгорания изнашивается и теряет свои эксплуатационные свойства. Ухудшаются динамические и мощностные характеристики, увеличивается расход топлива, снижается компрессия. И этого невозможно избежать.
Изношенный двигатель требует капитального ремонта, основной целью которого является возвращение первоначальных свойств силового агрегата. И в качестве финишной операции капремонта широко применяется процесс хонингования.
Основное назначение хонингования
Цилиндры изношенного силового агрегата теряют свою первоначальную цилиндрическую форму, что и отражается на работе мотора. На стенках цилиндров двигателя, требующего капитального ремонта, появляются шероховатости, царапины и задиры. Чтобы избавиться от этого, производится расточка цилиндров до первого ремонтного размера. Их диаметр несколько увеличивается, однако цилиндры снова получают заданную цилиндрическую форму, что в дальнейшем приводит к улучшению в работе силового агрегата.
Также обработка хоном обеспечивает снижение шероховатостей на стенках цилиндров и является наиболее точной и эффективной по сравнению с полировкой или, скажем, притиркой.
Поскольку процесс хонингования призван обеспечить максимальную точность размеров, работы в цилиндрах проводятся с соблюдением требуемых допусков на размеры и заданной производителем шероховатостью. Необходимо помнить, что соблюдение первоначальных размеров приводит к следующему:
Финишная обработка хоном проводится в двух случаях:
Требования к процессу и оборудованию
Хонингование призвано получить требуемые цилиндрические размеры, обеспечив точность и минимальные отклонения между диаметрами в разных точках цилиндров мотора.
Возникающие отклонения в виде элипсности, конусности или бочкообразности неприемлемы — они могут свидетельствовать о том, что обработка хоном была выполнена некачественно и требуется снова.
Во время процесса обкатки серные соединения, которые имеются в лубриканте, приведут к созданию сульфидной пленки на поверхности цилиндров, что в дальнейшем повлечет снижение износа элементов поршневой группы.
В качестве оборудования для финишной обработки используют хоны с изменяемыми диаметрами, предназначенные именно для обработки цилиндров ДВС. Ресурс у инструментов несколько ограничен, однако они соответствуют всем необходимым стандартам.
Выбор инструмента для хонингования зависит от диаметров обрабатываемых цилиндров, количества камней, а также зернистости и твердости материалов, из которых они изготовлены. Чаще всего для обработки цилиндров применяются алмазные хоны, обладающие относительно невысокой ценой, внушительной твердостью и необходимой зернистостью.
Обработка хонами требует обильного смазывания охлаждающими жидкостями. При обработке стальных или чугунных деталей применяют керосин, а если используется хон с алмазным напылением, то подойдет самая обыкновенная вода с добавлением синтетических присадок.
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.
Гильзовые двигатели
Силовые агрегаты со съемными гильзами обработать при помощи хона несколько сложнее, поскольку их проблематично вертикально закрепить на станке.
Поставщики готовых гильз уверяют, что их товар успешно прошел процесс хонингования и не требует никакой дополнительной обработке. Верить этому нежелательно, поскольку если окажется, что обработка не была проведена, силовой агрегат не сможет полноценно работать и быстро выйдет из строя. Чтобы этого избежать, рекомендуется хонинговать даже новые гильзы.
Пластина крепится к блоку после монтажа гильз и зажимается, как и полноправная головка блока цилиндров, в строгой последовательности и с соблюдением моментов затяжки. После чего проводится обработка хоном, как и в случае с безгильзовым блоком цилиндров.
Применение имитирующей пластины позволяет минимизировать несоблюдение размеров. Хонингование в данном случае можно разделить на четыре этапа:
Некоторые автомобилисты уверены, что хонингование можно выполнить дома самостоятельно, используя лишь дрель или перфоратор. Это ошибочное заблуждение, поскольку обеспечить необходимую точность и шероховатость в домашних условиях вряд ли получится — обработанные таким способом цилиндры не смогут проработать долго, что приведет к быстрому выходу мотора из строя.
Процесс хонингования следует выполнять только на определенных станках специалистами, имеющими опыт и необходимое оборудование. Только тогда вы получите качественно обработанные цилиндры, которые смогут прослужить достаточный период времени.
Видео о том, что такое хонингование:
Конструкция хонинговальных станков и область их применения
Процессом хонингования возможно обеспечение высоких требований по точности, предъявляемых к деталям, таки допуски, как нецилиндричность и непрямолинейность в пределах от двух до пять микрометров, волнистость до двух десятых микрометра, шероховатость от двух сотых до восьми десятых микрометра.
Хонингование-это процесс металлообработки с использованием как обычных, так и сверхтвердых абразивных материалов. Данный процесс относится к доводочной обработке. Хонинговальный станок выполняет два параллельных движения, схема показана на рисунке 1: это вращательное и возвратно-поступательное движение хонинговального инструмент. Подача инструмента осуществляется непрерывно с постоянной силой, также может выполняться при каждом двойном ходе головки бруска. Также этот процесс может дополнять третье колебательное движение, которое называют осциллирующим движением.
Экспериментально доказано, что добавление осциллирующего движения обеспечивает увеличение точность геометрических допусков формы детали, улучшает обработку сложнообрабатываемых деталей и рост производительность выполняемой работы. Последнее происходит потому, что при правильно подобранных режимах резания процесс обработки хонингованем имеет не затухающий характер, а траектория режущих зерен не накладывается на траекторию предыдущего прохода, что позволяет использовать их режущие свойства в большей мере. Однако введение этого движения имеет ограничение по массе подвижных частей станка.
Рисунок 1. Схема процесса хонингования
1 — деталь; 2 — брусок; 3 — перебег; 4 — перекрытие (Vок — окружная скорость, Vвп — скорость возвратно-поступательного движения, αс — угол сетки)
При трении поверхности хонинговального инструмента с поверхностью обрабатываемой детали происходит процесс резания со снятием тонкой стружки или пластическим вытеснением обрабатываемого материала. Для хонинговального инструмента применяется мелкая фракция абразивных частиц, их размер составляет от двадцати до ста микрометров, в среднем поверхность хонинговального бруска составляет от двадцати до четырехсот частиц на один миллиметр квадратный
Хонингование производится на специальном оборудовании. Хонинговальные станки, как и большинство металлорежущего оборудования можно разделить на универсальные и специальные. По компоновке на две классические группы, это вертикальные и горизонтальные хонинговальные машины. Так же они делятся на такие группы как одношпиндельные и многошпиндельные. Как правило универсальное оборудование имеет одни шпиндель. Многошпиндельное оборудование изготавливается по специальному заказу.
Область применения хонинговального оборудования
Хонинговальные станки применяются как в серийном, так и в массовом производстве. Благодаря постоянно растущим требованиям к точности обрабатываемой детали, ее качеству и экономической целесообразности, а также значительным возможностям обработки алмазным инструментом использование хонинговальных машин значительно расширилось. Что позволяет увеличить качество, надежность и ресурс различных деталей машин.
Такое оборудование позволяет обрабатывать внутренние поверхности сквозных и глухих, конусных и цилиндрических отверстий. в частности хонинговальные станки применяют для обработки гильз, блоков цилиндров, отверстий в шатунах под палец, пазов род шпонки, канавок под стопорные кольца, шлицевых отверстий, эллипсовидных отверстий, гидравлических телескопических цилиндров, зубчатых колес, деталей топливного насоса высокого давления, труб, достигающих достаточного большого диаметра. Диапазон диаметров, обрабатываемых хонингованием, составляет от 5 до 800 миллиметров. Длина обрабатываемых отверстий может достигать 20000 миллиметров.
Такое оборудование возможно применять для хонингования одновременно нескольких соосно расположенных отверстий. Для обработки конусных и эллипсовидных отверстий системы прижимов абразивных брусков головки хонинговальной машины имеют эластичные элементы. Хонинговальные станки применяются для доводочных операций высокоточных отверстий и обеспечивают более эффективный процесс обработки, чем процесс притирки и полирования различными абразивными пастами и суспензиями. Также хонинговальные станки применяют для обработки наружных поверхностей и обработки торцов, сферических поверхностей, поршневых колец, алмазного зенкерования и развертывания.
Хонинговальные машины, помимо вращательного и возвратно-поступательного движения могут обеспечивать, могут воспроизводить третье осциллирующее (колебательное движение в осевом направлении) движение, имеющее ряд плюсов, перечисленных выше. К недостаткам такой металлообработки относится по массе подвижных узлов хонинговального станка, а также увеличение погрешности по причине переменного направления осевой силы и и разности по величине перебега брусков. Поэтому хонинговальное оборудование, имеющее механизм осевой осцилляции, изготавливается только для обработки отверстий в диаметре до пятидесяти миллиметров и на небольшую глубину.
Конструкция хонинговальных станков
Пример одношпиндельного вертикально хонинговального станка, предназначенного для обработки цилиндрических поверхностей гильз и блоков цилиндров, представлен на рисунке 2.
Рисунок 2. Кинематическая схема вертикально-хонинговального станка
Конструкция машины представляет собой горизонтальную станину (24) с колонной (6) в задней части рамы. В верхней части смонтирована коробка передач (13) с электродвигателем. На колонне имеются направляющие, по которым задняя бабка (18) вместе со шпинделем (17) и установленной на ней заточной головкой перемещается в вертикальном направлении. На станине есть стол (23), на котором закреплено устройство (22) с заготовкой (21).
Вращение шпинделя (17) передается от двигателя через приводную втулку (14) и шлицевый вал (15). Возвратно-поступательное движение осуществляется гидроприводом с использованием гидроцилиндра (12). Реверс осуществляется через лимб (19), имеющий кинематическую связь с цепной звездочкой (5), которая в свою очередь соединена цепной передачей (16) с шпиндельной бабкой (18). Управление осуществляется с помощью кулачков (9 и 10), которые воздействуя на рычажный механизм (8), воздействуют на золотник гидропанели (3), который в свою очередь вызывает движение поршня гидроцилиндра (12). Кулачки (9 и 10)отвечают за изменение положения и регулировку величины перемещения шпиндельной бабки. Контактирующий с концевым выключателем (7) Кулачок (11), установленным на лимбе, останавливает шпиндель в максимально поднятом положении. На данном хонинговальном станке возможно осуществлять короткие ходы шпинделя с помощью муфты (4). В этом случае шпиндель реверсируется происходит с помощью шестерни (2) и вала (1) с гидропанелью (3), без участия кулачков (9 и 10)
Для достижения большей точности при процессе обработки, непосредственно в процессе хонингования на обрабатывающей машине, применяют системы активного контроля, принцип действия которых может быть основан как на контактном, так и на бесконтактном методе контрольного измерения. Более эффективным методом является бесконтактный метод измерения величин.
Значительным преимуществом данного метода является устранение таких погрешностей, как износ поверхности щупа, вибрации, возникающие при работе машины, деформации, возникающие из за сил и температур. Этот способ обеспечивается специальная хонинговальная головка, в которую встроены форсунки, через которые воздух под давлением подается одновременно во время обработки.
Принцип работы хонинговальной головки можно рассмотреть на рисунке 2б. Колодки (26) с установленными хонинговальными брусками (27) устанавливаются в пазы корпуса (25) головки станка. В сквозном отверстии корпуса расположены: верхний конус (30), который неподвижно закреплен на стержне (29) и нижний конус (28), который установлен на резьбе стержня. Соответственно, оба конуса соединены стержнем. Для предотвращения прокручивания Нижнего конуса (28) на нем установлен штифт (34), который входит в паз корпуса (25). Вращение стержня заставляет конусы сближаться друг с другом и, воздействуя на планку (32), перемещать колодки с брусками (27) в радиальном направлении от центра. При реверсном движении стержня происходит раздвижение конусов, и пружина (31), воздействуя на колодки с абразивными брусками, тянет их к центру. Также в механизме имеется пружина (33), которая компенсирует зазоры в системе. Во время работы машины на каждый двойной ход автоматически происходит вращение стержня, которое осуществляется механизмом расширения брусков.
Существует много различный конструктивных механизмов хонинговальных головок. Конструкция хонинговальной головки несет свое влияние на точность обработки, ее производительность и качество обработанной поверхности.
Используется много схемы установки головок и заготовок. самыми распространенными являются следующие:
-жесткая фиксация головки и плавающей части в специальном устройстве;
-жесткая фиксация детали и подвижных (одного или нескольких) поворотных креплений головки;
-жесткое фиксация головки и заготовки в подвижном устройстве.
Данные схемы позволяют обеспечить совпадение осевого положения отверстия заготовки после завершенной операции.
Схема простого подвижного устройства для обработки отверстия головке шатуна представлена на рисунке. 3, а; устройство с зажимом и упругой мембраной на рисунке 3, б; устройство для жесткой фиксации гильзы за буртик — на рисунке 3, в.
Рисунок 3. Приспособление для установки детали
Механизм расширения хонинговальной головки рассмотрим на примере вертикальной хонинговальной машины модели 3Н84. Механизм представляет собой спаренный цилиндр, который имеет большой поршень и малый поршень, расположенные над большим). Во время работы гидравлическое масло подается в оба цилиндра под необходимым давлением, в зависимости от износа хонинговальных стержней. Таким образом, при обработке притертыми брусками масло подается в оба цилиндра, что создает необходимое давление на абразивные стержни в радиальном направлении. После установки новых стержней на головки стержней гидравлическое масло будет подаваться только в малый цилиндр, образуя небольшие усилия в радиальном направлении. Это заставит стержень (2) двигаться вниз, а затем воздействовать на промежуточное звено (3), которое приложенное усилие передаст на толкатель хона. Под воздействием штанги (4) шестерня (5) начнет вращаться, передавая вращение на ротор датчика (7), что что внесет коррекцию на износ брусков. Также в коробке (6) содержатся пара кулачков, препятствующие включению станка с расширенными абразивными брусками, а второй указывает на критический износ абразивных брусков.
Станки, которые стали выпускать взамен моделей 3М82 и 3М83, это 3КС2 и 3К83 и другие имели подвижную пиноль, в нутрии которой был установлен облегченный шпиндель, которая совершала возвратно-поступательные движения, перемещаясь за одно целое с инструментом. Эта система была разработана для уменьшения массы узла. Кроме того, эти станки позволяют обрабатывать в одном положении двумя уровнями хонинговального инструмента, которые расположены последовательно вдоль оси хонингования. Абразивные инструменты устанавливаются на один уровне для предварительной обработки, на втором уровне для чистового хонингования. Стержни опускаются в обрабатываемое отверстия поочередно.
Для хонингования алмазным и эльборовым материалом крайне необходимо, чтобы в конструкции хонинговальной машины был механизм дозирования радиальной подачи. Этот механизм был реализован на моделях обрабатываемого оборудования: 3823, 3821 и 3822. Станок модели 3822э предназначен для хонингования сложнообрабатываемых материалов методом электрохимического хонингования. Станок оборудован 1500 амперным источником технологического тока с напряжением от шести до двенадцати вольт. Емкость бака для электролита составляет 200 литров.
Расход насоса, используемого для подачи электролита, составляет до 40 литров в минуту. Станок оснащен автоматической системой управления, которая переводит на рабочую подачу при касании хонинговального инструмента поверхности обрабатываемой детали, по изменению величины потребляемого тока.
Такой метод обработки применяется для существенного увеличения производительной мощности. Метод электрохимического хонингования основан на эффекте анодного растворения металла совместно с воздействием хонинговального инструмента на поверхность обрабатываемого материала. При таком хонинговании обработка ведется инструментом на металлическо-бакелитовой связке с графитовым наполнителем. Недостатком такой схемы являются электроэрозионные явления, которые возникают между бруском и деталью вследствие малого зазора между ними и большой площади контакта. Более распространена схема с катодами, установленными в хонинговальной головке и диэлектрическими или изолированными инструментами.
В целом конструкция машин для обычного хонингования и электрохимического хонингования не сильно отличается, они имеют примерно одинаковые показатели возвратно-поступательного хода, оборотов в минуту, радиального механизма подачи. Но несет в себе некоторые конструктивные особенности, необходимые для электрохимического хонингования. Они заключаются в том, что приспособление с хонингуемой деталью подключается к положительному полюсу источника питания, а ток проводится к хонинговальной головке с отрицательной клеммы источника тока через медно-графитовые щетки посредством коллектора на шпиндельном валу.
В качестве источников питания на электрохимических хонинговальных машинах устанавливают выпрямители с генераторами постоянного тока низкого напряжения. Расчитанные на силу тока до 10000 ампер, они позволяют изменять напряжение от пяти до восемнадцать вольт. Детали, которые работают в непосредственном контакте с электролитом, изготавливаются из устойчивых к коррозии металлов.
Также не такого рода оборудовании используется фильтрующая электролит установка. В процессе обработки очень важна очистка электролита от мелкой стружки, абразивной крошки и продуктов окисления, которые возникают при хонинговании. Состояние электролита обеспечивает хорошую шероховатость обрабатываемой поверхности. Фильтрующие установки представляют из себя центрифуга или магнитнй сепаратор.
Головка для электрохимической обработки ничем не отличается от обычной. Корпус самой хонинговальной головки может быть использован в качестве катода при условии, что диаметр корпуса в два раза больше межэлектродного зазора, чем диаметр обрабатываемого отверстия. В другой компоновке электрод может быть помещен между абразивными инструментами.
Прежде всего, катоды служат только для подачи тока и не изнашиваются в процессе эксплуатации. При использовании проводящих электричество связок в брусках, они надежно изолируются, чтобы предотвратить короткое замыкание. При съеме небольших припусков используют хонинговальную головку с небольшим припуском, который составляет от 0,5 до 0,8 мм, а для съема припусков свыше одного миллиметра устанавливают головки с подвижным катодом.
Электрохимическое хонингование позволяет повысить производительность обработки деталей в четыре, а иногда и до восьми раз в независимости от твердости и прочности обрабатываемого металла. Позволяет быстрее добиться необходимой точности детали. Такой метод хонингования не редко применяется для обработки деталей с низкой жесткостью, поскольку при электрохимическом хонинговании давление, оказываемое брусками, сравнительно невысоко. Экономические составляющая такого хонингования становится ниже при снятии больших припусков и хонинговании труднообрабатываемых материалов. Обязательным этапом является снятие последнего припуска отключенным током в течении 10 секунд. Это необходимо, так как в результате электрохимического хонингования проявляется так называемое «растравливание» металла на границах зерна глубиной до трех, четырех микрометров.
Типичные представители хонинговальных станков
Рисунок 4. Общий вид вертикально-хонинговального станка 3Г833
Ярким примером является хонинговальный станок с одним вертикально расположенным шпинделем модели 3Г833. Станок выпускался на Майкопском Краснореченском станкостроительных заводах имени М. В. Фрунзе. Станок предназначен для обработки гильз, блоков цилиндров, пневмо- и гидроцилиндров, шестерен диаметром от30 до 125 миллиметров и других подобных деталей. Максимальный диаметр отверстий, возможных обработать на данном станке составляет 165 миллиметров. Обработка на станке осуществляется по стандартному циклу одновременного возвратно-поступательного и вращательного движения хонинговальной головки, и радиальной подачи, осуществляемой разжимом брусков от пружинного механизма, выполняемого на ходу. Данный станок предназначен для работы в ремонтных мастерских. Также может использоваться на ремонтных заводах и других металлообрабатывающих предприятиях, рассчитанных на выпуск мелкосерийной продукции.
Регулировании частоты вращения шпинделя осуществляется в трех положениях путем переброски ремня привода главного движения в другие ручьи. Такое же регулирование осуществляется на приводе подач.
Станок 3Г833, как исключение, имеет механический привод возвратно поступательного движения шпинделя.
Рисунок 5. Кинематическая схема станка модели 3Г833
Скорость осевого перемещения также настраивается через перекидной ремень и пары трехручьёвых шкивов (2 и 3). Для реверса шпиндельной бабки в механизме применяются конические шестерни (4, 5 и 6) и электромагнитные муфты трения (7 и 8). Перемещение шпиндельной бабки напрямую связано с лимбом (13), на котором расположены кулачки (14 и 15). Эти кулачки воздействуя на переключатель (16), переключают муфты (7 и 8), также возможно ручное реверсирование шпиндельной бабки рукояткой (17). При выходе хонинговальной головки из отверстия, останавливается она только в максимально верхнем положении и затормаживается ленточным тормозом (18). Для ручного ввода головки в отверстие предусмотрены червячная пара (20) с муфтой (19).
Горизонтально-хонинговальный станок, спроектированный для специальной обработки на базе станка РТ614. Станок предназначен для высокопроизводительного хонингования глубоких цилиндрических отверстий длиной до 6000 миллиметров алмазно-абразивным инструментом. Применяется для обработки как тел вращения, так и корпусных деталей из различных материалов. Станок обеспечивает две схемы обработки. При первом заготовка неподвижна. В другом же при помощи механизмов станка заготовка может совершать вращательное движение в противоположном направлении вращению хонинговальной головки машины.
Станок позволяет обрабатывать внутренние поверхности деталей диаметром от25 до 550 миллиметром и наружние поверхности в диапазоне диаметров от60 до 600 миллиметром, Диапазон частот вращения шпинделя составляет от 15 до 450 оборотов в минуту и величину подач от 1000 до 40000 миллиметров в минуту.
Вращение шпинделя и заготовки, подачи осуществляются электродвигателями мощностью 12 и 6 киловатт соответственно. Станок оснащен системой числового программного управления. На него устанавливается стойка ЧПУ Sinumerik 840 Dsl Siemens. Также производитель заложил в конструкцию станка возможность использования оснастки фирмы Boteck. Технические параметры могут изменяться в зависимости от необходимой специализации. Длина станка составляет 15000 мм, шириной и высотой 2000 миллиметров и массой 5 тонн. Общий вид станка представлен на рисунке
Рисунок 6. Общий вид Специального горизонтально хонинговального станка модели РТ614
Хонинговальный станок фирмы ROBBI
Рисунок 7. Общий вид хонинговального станка фирмы ROBBI
Итальянская фирма ROBBI специализируется на выпуске оборудования для ремонта и восстановления двигателей. Станок SET 200 YUM 12 спроектирован для высокопроизводительного съема больших припусков с необходимой точностью.
Быстрые и простые в использовании станки обеспечивают высокую производительность. По направляющим, на которые нанесено антифрикционное покрытие, перемещается шпиндельная бабка, имеющая достаточный запас жесткости. Направляющая колонна выполнена из высокопрочного чугуна. Гидравлическая система обеспечивает плавное и точное управление органами машины.
Система дает возможность производить работу как в автоматическом, так и в ручном режиме. В качестве дополнений на станок может устанавливаться система гидравлического зажима и стол для тяжелых деталей.