ДМИТРИЙ ДАНЬШОВ

Вот один из многих московских авторемонтных заводов… Парк станочного оборудования для ремонта двигателей традиционно огромен. Из них только расточных станков для гильз цилиндров штук десять. Если не больше. А производство уже не то, что было прежде, и продолжает сокращаться. На вопрос, зачем столько оборудования, если при нынешнем объеме производства и одного-то станка много, на заводе уверенно отвечают: «Насущная производственная необходимость!» Каждый станок настроен только на свой размер. Пожизненно. Навсегда. И оборудование большую часть времени простаивает…

Современное ремонтное предприятие в рыночных условиях подобного расточительства себе позволить не может. Станки должны работать, а не стоять. Иначе они не смогут оправдывать свою стоимость, давать зарплату станочникам, окупать текущие затраты, приносить деньги на дальнейшее развитие производства — нашего, отечественного.

Очевидно, приобретая оборудование для моторного ремонта, именно на эти факторы и следует ориентироваться в первую очередь. Но одновременно не следует забывать и о качестве работ, которое должен обеспечить тот или иной станок. Лишь один пример. При ремонте головок блока цилиндров, в частности, для восстановления седел и направляющих втулок клапанов, широко применяется комплект специнструмента фирмы Neway (см. «АБС», май 1998 г.). Этот вполне добротный инструмент позволяет одному квалифицированному рабочему делать за день полный ремонт по крайней мере трех головок блока.

В принципе такая производительность достаточна даже для крупного автосервиса. Но бывают и сложные работы, такие как замена седел, обработка сверхтвердых седел из отбеленного чугуна, причем с высокой точностью. В этих случаях комплекта Neway будет недостаточно. Нужен серьезный специализированный станок. Отечественная промышленность таких не выпускает, а из иностранных выбор невелик — один из лучших станков (модель VGS-20) предлагает фирма Sunnen. Замечательный станок, но и цена вполне замечательная — в тридцать раз дороже комплекта Neway. Чтобы окупить такой , получая несколько заказов в день, жизни не хватит.

Что же делать? Выход есть — надо сконцентрировать большое число заказов, включив сюда по возможности не только единичных клиентов, но и ремонтные предприятия. Только тогда потребитель получит недостижимое прежде качество, а владелец станка — шанс его окупить.

Совсем другая арифметика получается, когда речь заходит о более дешевых, но редко используемых устройствах. В этой группе окажутся станки для наварки шеек коленчатых валов, балансировочные станки, установки для дефектоскопии валов или опрессовки головок и блоков на герметичность. Это оборудование необходимо каждому мотористу и без него в целом ряде случаев ремонт двигателя окажется ближе к кустарному, чем к профессиональному. Но вот вопрос — а согласитесь ли вы купить все это для своей мастерской? Вряд ли..! Потому что реальная загрузка каждого из подобных станков даже на крупном автосервисе — час в неделю, да и то удачную.

В таких условиях стремление делать все необходимые операции на собственной базе, пусть и крупной, оказывается, по меньшей мере, неразумным, хотя примеры такого подхода уже известны. Ведь покупать оборудование придется за валюту, а продавать его «продукцию» — ремонтные работы, за рубли. Заменить импортное оборудование часто нечем — существующие отечественные станки, может быть, и не хуже, но многие типы просто никогда не выпускались. Очевидно, такое «натуральное хозяйство» никогда не позволит окупить вложенные в оборудование деньги.

Оборудование необходимо, но покупать невыгодно. Где же выход? Он ничуть не изменился с незапамятных советских времен: специализация и кооперация.

Взять хотя бы крупные автохозяйства. Парк автомобилей огромный, потребность в ремонте двигателей — не меньше. Во многих есть своя станочная база. Если прошлифовать коленчатый вал можно на месте, то его балансировку проще выполнить, например, в специализированном цехе фирмы «Механика», а не мучиться с «лишним» оборудованием самостоятельно.

Еще один пример — расточка шатуна. Как известно, даже благополучный на вид шатун часто деформируется в процессе работы. Восстаналивать геометрию нижней головки приходится, по крайней мере, у 20—30% всех шатунов ремонтируемых двигателей.

На эту операцию уходит примерно 20 минут. Чтобы загрузить специализированный станок (стоимостью, кстати, 16 тыс. долл.), необходимо в день обрабатывать шатуны 12 — 14 двигателей. Это очень много даже для крупного авто завода. И в одиночку такой станок не потянуть.

Не следует впадать и в другую крайность — отказываться от импортного оборудования вообще. Сегодня этот путь неперспективен из-за отсутствия целого ряда станков отечественного производства.

Гораздо разумнее специализироваться и объединить усилия разных ремонтных организаций. И тогда, возможно, комплект инструмента для обработки алюминиевых блоков цилиндров стоимостью около 1600 долларов, потребность в котором возникает не чаще одного раза в месяц, окупится быстро. Фирма «Механика» готова обеспечить всех заинтересованных заказчиков качественной механической обработкой. Кто возьмется за остальные операции?

Специализированный станок для ремонта головок VGS-20 может окупиться, скорее всего, только при непрерывной работе

Станок шлифовки коленвалов фирмы RINCE- дорогое, но очень нужное дополнение к отечественному станку, если требуется высокая точность

Станок для наварки шеек коленвалов — оборудование нужное, но используется редко

Специализированный  станок для расточки шатунов стоит недешево, но отечественных аналогов не имеет

ИГОРЬ ПЕТРИЩЕВ,
АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук

То, что головка блока цилиндров — один из наиболее важных и ответственных узлов двигателя, никому объяснять не надо. На долю головки блока и клапанного механизма падает в эксплуатации до 50 процентов всех дефектов, связанных с двигателем. Естественно и внимание, с которым профессионалы относятся к технологиям и оборудованию, применяемым при ремонте головок блока цилиндров. Потому что в этом деле, как и во всем, что связано с моторным ремонтом, не без хитростей.

«…Э-э, да у Вас детали были плохие. Видите, направляющие оказались из мягкого материала, да и клапана кривые — вот и износились. А мы тут ни причем…».
Знакомый разговор? Наверное, кое-кто из владельцев автомобилей уже попадал в подобную ситуацию. Да и недоумение работников автосервиса тоже как-то можно понять — вроде все делали правильно, так нет, поди ж ты…. Тем не менее, проблема быстрого износа и даже поломок деталей клапанного механизма после ремонта двигателя существует.

В прошлом нередко данная проблема решалась предельно просто — виновником объявлялись запчасти, за качество которых сервисы старались снять с себя всякую ответственность. И часто это получалось, или, как говорится, «прокатывало» — удрученный клиент покупал новые детали и заново платил за работу, ругая последними словами нечистых на руку торговцев, торгующих всякой дрянью, а также отечественный или импортный автопром, в зависимости от родословной своего автомобиля, ее, эту дрянь, производящий.

Нынче времена уже не те, люди становятся грамотнее — и технически, и юридически, и просто так второй раз за одно и тоже платить не заставишь. Хотя спору нет — некачественные запчасти еще встречаются, и отечественные, и импортные. И действительно, вызывают быстрые износы и поломки в двигателе после ремонта. Это, в самом деле, большая и больная проблема, и одновременно — тема для отдельного разговора. Но нас более всего интересует такой вопрос — а вдруг запчасти были нормальные, проверенные, а износ или поломка все равно случились? Скажете, не бывает? Еще как бывает! Более того, на деле это происходит значительно чаще, чем кажется на первый взгляд.

Герметичный — значит …

Чтобы понять суть проблемы, надо посмотреть, как работает отдельно взятый клапан. Как известно, главная задача любого клапана — надежно (читай — герметично) уплотнить полость цилиндра и камеры сгорания. То есть в закрытом положении не пропустить ни воздух, ни продукты сгорания топлива — ни в камеру, ни обратно.

Как решается такая техническая задача? Довольно просто — надо, чтобы уплотнительная фаска на тарелке клапана точно прилегала к седлу. По всей окружности и по определенной ширине. Тогда уж точно ни одна молекула не проскочит…

К слову сказать, точное прилегание клапана к седлу — это некая «палка о двух концах». На одном конце герметичность, а на другом охлаждение. То есть, когда горячая тарелка клапана (а нагревается она горячими газами до 800°С и даже более) садится в седло, имеющее температуру, близкую к температуре охлаждающей жидкости (100°С), она, естественно, охлаждается. И тем лучше и быстрее, чем плотнее посадка. Таким образом, получается, что герметичность и охлаждение тесно связаны друг с другом: герметичный клапан никогда не перегреется. Верно и обратное — клапан, работающий при своей нормальной рабочей температуре, герметичен. А иначе перегрелся бы…

Но все это, так сказать, присказка. Для обеспечения плотной посадки клапана в седле необходимо удовлетворить целому ряду условий, нарушение которых напрямую влечет целый «букет» неисправностей, начиная с негерметичности вплоть до прогара тарелки и даже разрушения клапана. Попробуем разобраться, что это за условия такие…

Как не перегреть клапан?

Посмотрим на клапан еще раз, повнимательней. Он имеет довольно длинный стержень, которым устанавливается в отверстие направляющей втулки. Хорошо, давайте поставим — что увидим? В отверстии втулки стержень ходит легко, но практически не болтается. Тем не менее, зазор там должен быть — в среднем около 0,0,04 мм. Иначе клапан при работе нагреется, его стержень вблизи тарелки несколько расширится и заклинит во втулке. Так что лучше пусть зазор будет чуть больше, чем меньше. Но не в этом суть.

Вот тарелка клапана точно садится в седло. А почему точно? Не требуется никакой специальной подготовки или «верхнего» образования, чтобы заметить простую вещь — рабочая фаска тарелки должна быть строго соосна стержню, точно так же, как рабочая фаска седла отверстию направляющей втулки. Иначе клапану просто не попасть в седло. Ни за что, ни за какие коврижки: застрянет где-нибудь посередине, и щель останется. Какая уж тут герметичность? А с охлаждением так вообще «труба» — в щель потекут горячие газы, быстро нагреют неприлегающую кромку. И все — конец нашему бедному клапану, расплавился, прогорел.

Действительно, для плотного прилегания деталей точность, с которой их изготавливают и ремонтируют, должна быть очень высокой. Потому что все суммарные отклонения формы (некруглость) и взаимного расположения их поверхностей (биение, не соосность), должны укладываться в половину рабочего зазора между этими деталями. То есть, в 0,02 мм. В две сотых доли миллиметра! Из которых, к примеру, одна «сотка» достанется клапану, а другая — седлу.

Много это или мало? Смеем заверить — очень мало. Ни на глаз увидеть, ни руками пощупать, ни на зуб попробовать — только измерить специальными приборами. А уж сделать и того труднее, для этого требуется специальное оборудование.

Высокой точности обработки рабочих поверхностей, тем не менее, не достаточно для долгой и счастливой работы клапанного механизма. Форма, или, как говорят специалисты, профиль прилегающих поверхностей тоже немаловажен. Мы бы даже сказали — чрезвычайно важен. Прилегание должно осуществляться по поверхности деталей определенного профиля, при этом фаска тарелки должна быть шире фаски седла, несколько выступая за ее края. Именно такая форма сопряжения гарантирует большой ресурс деталей.

Помимо этого, решающее значение имеет ширина фаски седла. Слишком широкая фаска приводит к ухудшению герметичности сопряжения. В самом деле, усилие пружины клапана действует на площадь контакта — создается определенное давление (его называют удельным) клапана на седло. Если площадь большая, то удельное давление низкое, и клапан плохо уплотняет седло. Напротив, если фаска на седле узкая, то в сопряжении возникает высокое удельное давление, способствующее хорошему уплотнению. Однако это тоже плохо — ускоряется износ фасок, падает ресурс деталей. Так что ширина фаски седла, а она всегда задается производителем автомобиля, является компромиссом между плотностью посадки и ресурсом. Недаром на гоночных двигателях находят применение даже седла с радиусным профилем без фасок — так надежнее уплотнение, которое там важнее ресурса.

Цена заблуждения

Интересно, что рабочие фаски седла и клапана в результате износа со временем теряют свой идеальный конический профиль: фаска клапана становится вогнутой, а седла — выпуклой. В этом хорошего мало — отдельные участки сопряжения приобретают существенно разное удельное давление, что отрицательно сказывается на плотности посадки деталей.

Поняв, как работает клапан с седлом и втулкой, нетрудно угадать последствия еще одного дефекта — когда по каким-либо причинам рабочая фаска на седле получается переменной ширины по окружности. Очевидно, после непродолжительной работы фаска седла вследствие разницы в удельных давлениях на нее начнет изнашиваться по окружности неравномерно и просто из круглой превратится в овальную, что быстро приведет к потере герметичности, перегреву и прогару клапана.

А теперь попробуем представить, что будет, если рабочая фаска седла, к примеру, несоосна с направляющей втулкой. Или фаска клапана — стержню. Тогда при посадке в седло клапан будет бить по краю седла, вызывая его быстрый односторонний износ и потерю герметичности. Но это не все — в этот момент стержень, стараясь уследить за движением тарелки, тоже будет перекашиваться во втулке, что резко ускорит износ втулки. Кстати, аналогичная ситуация возникает также и при переменной ширине рабочей фаски седла по окружности — неравномерный износ седла рано или поздно приведет к перекосу клапана во втулке и ее износу.

Вот откуда идут байки о разного рода «мягких» втулках, которые взяли и вдруг износились — сами по себе. А на самом деле втулки оказались «без вины виноваты» — их износ только следствие, хотя и у всех на виду. Причина же, перекосы осей рабочих поверхностей, скрыта и неочевидна. Более того, ее «голыми руками не возьмешь», нужны специальные приборы и точные измерения. А у кого есть, кто сможет сделать? Да и кому это нужно, если «виновник» установлен?

Тем не менее, очень быстрый результат всякого рода кривизны в клапанном механизме — это падение мощности, повышенный расход топлива, неравномерная работа двигателя на холостом ходу, повышенное содержание токсичных веществ в выхлопных газах, шумность, стуки, расход масла при весьма небольшом пробеге после ремонта. Понятно, что это связано с потерей компрессии, чего не сможет «победить» даже самая продвинутая электронная система управления двигателем, и большими зазорами клапанов во втулках, при которых масло уже не удержит даже самый эластичный маслосъемный колпачок.

А дальше хуже, если не сказать, совсем плохо. При такой кривой посадке стержень клапана каждый раз изгибается, как только садится в седло. Поэтому ни у кого не должно вызвать удивления, когда тарелка клапана «устанет» от такого издевательства над собой и в один прекрасный день «благополучно» оторвется от стержня, продемонстрировав сомневающимся, что такое усталость металла. Тогда им просто повезет, если это случится на небольших оборотах, иначе взрыв мотора прозвучит скорее похоронным маршем, нежели лебединой песней. Видимо, и в этом случае тоже были втулки «неправильные»?

Не все то золото…

Итак, надеемся, что уже никому не требуется объяснять важность и, в то же время, сложность качественного ремонта клапанного механизма головки блока цилиндров. А именно, достижения при ремонте строгой соосности всех рабочих поверхностей и придания им правильного профиля. Посмотрим, что для этого делается на практике.

Для ремонта седел наиболее распространен ручной инструмент, а именно, разного рода ручные фрезы и многорезцовые головки, как зарубежного производства, так и их не очень качественные копии отечественного происхождения. Работа с ними с виду проста: ставь во втулку направляющий стержень — пилот, надевай на пилот фрезу и крути сколько надо. Так работают сегодня в России многие гаражи и сервисы, большие и маленькие.

К сожалению, качество обработки седел таким инструментом при ближайшем рассмотрении не выдерживает никакой критики, несмотря на рекламные лозунги и уверения продавцов-распространителей и совершенно независимо от производителя этой, мягко говоря, продукции. В результате после обработки седло имеет полный «букет» дефектов, о которых мы уже говорили выше, но о которых многие даже не догадываются. Поэтому рассмотрим этот вопрос более подробно.

Первое, что необходимо отметить — это полное отсутствие жесткости в системе «приспособление-инструмент-деталь». Дело в том, что приспособление — пилот, устанавливаемый в направляющую втулку, не имеет крепления сверху и деформируется (изгибается) даже при легком нажатии на фрезу при обработке. Чем тверже седло, тем сильнее нажатие, и тем больше получается перекос седла относительно втулки. Особенно, если пилот тонкий или имеет цанговый зажим во втулке.

С помощью специального прибора мы не поленились провести прямые измерения биения обработанных таким инструментом седел относительно отверстий направляющих втулок после их замены на нескольких головках блока. И получили весьма печальный результат — биение седла оказалось очень нестабильным и лежало в пределах 0,0,15 мм, а в некоторых случаях и более! Причем даже последующая длительная притирка, которая приводила к заметному ухудшению профиля фасок седла и клапана, не могла полностью исправить положение — остаточное биение рабочих фасок составляло 0,0,08 мм! Естественно, что после такого «ремонта» разговаривать о ресурсе направляющих втулок и седел становится бессмысленно.

Нам могут возразить — работал не очень опытный специалист. Хорошо. Тогда вопрос — каким опытом должен обладать специалист, чтобы на глаз ловить «сотки»? Нет, пожалуй, здесь одного, даже золотого, глаза недостаточно — видимо, нужны еще специальные нюх, слух и ноготь. И обязательно золотой зуб, чтобы потом на него проверять то, что получилось. Интересно, где водятся такие спецы — пусть нам покажут.

Кстати, о притирке…. Необходимость ее выполнять самым тщательнейшим и глубоким образом в данном способе ремонта седел очевидна. А это иной раз просто фатально отражается на работоспособности и ресурсе клапанов и седел. И по причине деформации профиля сопрягаемых поверхностей, и вследствие внедрения абразива в седло. Это тема отдельного серьезного разговора, хотя об этом мы уже говорили не раз. Но, видимо, недостаточно.

Следующая проблема — в ширине рабочей фаски седла. Оказывается, получить ее постоянной практически невозможно по двум причинам: все фаски седла делаются раздельно, разным инструментом, а пилот изгибается тем сильнее, чем меньше угол фрезы. Последнее означает, что наиболее сильно пилот будет гнуться (читай — делать фаску еще более несоосной седлу) на примыкающей фаске 600 и особенно750. А тогда о постоянной ширине рабочей фаски седла не может быть и речи — как и о нормальном ресурсе клапанного механизма. И еще более далекой становится задача выполнить рекомендации производителя по профилю седла.

Еще одна проблема — время. А оно, как известно, деньги. Раз нажимать на фрезу нельзя, надо затратить очень много времени, чтобы легонько, под собственным весом фрезы, крутить эту конструкцию. И хорошо, когда в головке блока мало седел, а за день сделать надо только одну такую головку. А если несколько, и многоклапанных?

Получается следующее — для ремонта седла таким инструментом необходимы материал седла как можно мягче, а стержень клапана как можно больше в диаметре, чтобы пилот имел побольше жесткости. Такое сочетание — материала седла и диаметра стержня, имели лишь некоторые старые двигатели, в большинстве своем, нижневальные и нижнеклапанные. Напротив, для современных многоклапанных моторов с тонкими стержнями клапанов — 5,6 мм, и спеченными или стальными седлами, о применении ручного инструмента лучше забыть. И убрать такой, с позволения сказать, «инструмент» от греха подальше — просто чтобы не портить чужие головки блока. А свои — тем более.

Некоторые иностранные фирмы предлагают ручной режущий инструмент не только для обработки седла, но и для фаски клапана. К сожалению, проблемы здесь те же: исправить биение фаски старого клапана практически невозможно, а вот добавить еще — пожалуйста. Вид поверхности получается, правда, красивый, но, к сожалению, «не все то золото, что блестит»…

Общий вывод очевиден — ремонт клапанного механизма с использованием ручного инструмента непрофессионален по своей сути, поскольку в некоторых случаях не только не улучшает, а значительно ухудшает плотность посадки клапана в седле по сравнению с тем, что было до ремонта. А о ресурсе деталей лучше вообще забыть — такую «работу» можно сдавать с гарантией «только до ворот». Потому что дальше уже маячат тень прогара и призрак обрыва клапана…

Каемся — когда-то и мы «баловались» подобным «инструментом». От неимения лучшего оборудования, а большей частью от неверного понимания проблемы. Потому что тоже считали, что направляющие втулки бывают «мягкие», а клапаны — из «ведерной» стали. Хорошо хоть, что до обрыва дело не доходило. И хотя несколько раз меняли изношенные втулки и прогоревшие клапаны по гарантии, все равно приносим извинения всем нашим бывшим заказчикам. Что было — то было…

Теперь настали другие времена, и качество работ, а не вал любой ценой, вышло на первый план. Это потребовало от нас пересмотра всей концепции ремонта клапанного механизма. Короче говоря, встал вопрос о применении инструмента и оборудования совершенно другого рода.

Раз — соосность , два — соосность…

На другом, противоположном от ручного инструмента, краю всей линейки возможных средств для обработки седел при ремонте ГБЦ расположилось специализированное станочное оборудование. Его задачей как раз и стало то, что никогда не выйдет у ручных «крутилок» — точность обработки и производительность.

Сегодня специальные станки для обработки седел выпускают многие известные иностранные станкостроительные компании. Среди них итальянские AZ и Berco, датская AMC Schou, французская SERDI, американские Rottler, Newen, Winona Van Norman, Sunnen, Storm Vulcan, Peterson и многие другие. Заметим, что в этот список нам, при всем нашем желании, так и не удалось занести ни одного из отечественных производителей станков — в производственных программах российских заводов подобных станков не оказалось вообще. То ли по причине отсутствия в свое время необходимости качественно ремонтировать отечественные моторы, то ли из-за невозможности обеспечить требуемую точность изготовления узлов такого станка (что выглядит несколько сомнительно). А может, еще по какой-нибудь неведомой причине высшего политического толка. Так или иначе, а пришлось довольствоваться только тем, что есть — многочисленными иностранными образцами.

Но прежде чем делать какой-либо анализ представленного на рынке оборудования, полезно рассмотреть кое-что из теории вопроса. Итак, есть задача — так обработать седло, чтобы его биение относительно отверстия направляющей втулки было минимальным, в идеале не более 0,01 мм. Как этого добиться технически, то есть, какова должна быть схема базирования инструмента? Да и вообще, что это за инструмент такой?

Все существующие станки имеют направляющий элемент — пилот, аналогичный тому, что используется и в ручном инструменте. Пилот представляет собой очень точно шлифованный направляющий стержень, входящий в направляющую втулку либо с очень малым зазором, либо плотно, без зазора. В первом случае пилот цилиндрический, жестко крепится на шпинделе станка и вращается вместе с ним, во втором — конический и ставится во втулку неподвижно.

Но пилоту в станке уже не требуется держать инструмент — это задача прочного и жесткого шпинделя, именно на нем и закреплен с помощью специального держателя инструмент, в качестве которого у большинства станков выступает резец из твердого сплава. Причем резец может быть как с одним углом (например, 300, 450 или 600), так и с тремя углами для формирования сразу всего профиля седла. А главное назначение пилота другое — точно выверить положение шпинделя перед обработкой. Другими словами, наличие пилота предполагает, что технологический процесс обработки седла разделяется на 2 части — стадию центрирования шпинделя и собственно стадию обработки седла. Пилот нужен прежде всего на стадии центрирования, когда положение шпинделя настраивается и регулируется так, чтобы его ось вращения точно совпала с осью отверстия в направляющей втулке. Затем, когда шпиндель точно настроен и прочно закреплен, пилот может выполнять вспомогательную роль (например, быть дополнительной опорой шпинделя), поскольку точность обработки определяется жесткостью всего станка — станины, стола, приспособления для крепления головки блока, самого шпинделя.

Но самая большая проблема всех станкостроителей при создании таких станков оказалась именно в центрировании! Действительно, как настроить станок и обеспечить абсолютно точно соосность шпинделя и направляющей втулки, если шпиндель станка должен еще иметь некие механизмы его привода — вращения, наклона, продольного и поперечного перемещения, иначе просто не попасть в нужную ось втулки у головки блока, закрепленной на столе станка. Ведь все это шпиндельное хозяйство весом не один десяток кило, а на конце тонкий пилот, к примеру, 5 мм, а то и 4 мм диаметром, который гнется даже пальцами! И он должен точно встать в отверстие втулки. Чуть что не так — и пилот изгибается, а об искомой соосности можно уже и не вспоминать.

А почему пилот может деформироваться при центрировании шпинделя? Причин много, но одна из главных — это трение, возникающее в подвижных элементах станка, регулирующих положение шпинделя на стадии центрирования. Что ж, посмотрим, какое решение этой проблемы нашли иностранные станкостроители, насколько хорошо идут дела в этом «королевстве»…

Если чуть-чуть не хватает…

Надо сказать, что многие производители кое-какое решение нашли давно, много лет назад. В определенной степени оно даже очевидно. Допустим, надо исключить (или значительно, во много раз, снизить) трение между двумя сопрягаемыми поверхностями. Для этого достаточно точно подогнать поверхности друг к другу и запустить между ними под давлением какую-нибудь жидкость, чтобы поверхности не соприкасались. Похожая схема, например, реализована в широко известных подшипниках скольжения.

Но жидкость, какая бы она ни была, имеет вязкость, поэтому совсем избавиться от трения не получится. Кроме того, применение жидкости сложно, поскольку требует насосов, фильтров и других гидравлических агрегатов и систем. Куда проще подавать в зазор… воздух от компрессора. Так в конструкциях «головочных» станков появилась воздушная подушка. И это определило внешний облик таких станков — весьма похожих друг на друга независимо от фирмы-производителя.

Первым встал на воздушную подушку весь рабочий узел станка вместе со шпинделем. Для этого верхняя часть станины станка была сделана плоской, как и ответная поверхность рабочего узла. Причем точность обработки этих деталей потребовалась очень высокая, иначе бы происходило соприкасание поверхностей и резкое снижение точности центрирования шпинделя. В результате тяжелый узел получил возможность по команде оператора свободно плавать в поперечном и продольном направлении от легкого нажатия рукой, для того чтобы на этапе центрирования можно было точно попасть в искомую ось направляющей втулки.

Однако этого «плавания» оказалось недостаточно для точного центрирования шпинделя. Дело в том, что закрепить на рабочем столе станка головку блока цилиндров так, чтобы оси отверстий всех втулок встали строго по вертикали, даже наклоняя ее во все стороны, невозможно. Хотя бы потому, что в головке блока вследствие допусков на изготовление втулки могут стоять чуть-чуть непараллельно. Но этого «чуть-чуть» будет достаточно, чтобы испортить всю работу. Стало ясно, что шпиндель должен иметь некий шарнир, обеспечивающий при центрировании хотя бы небольшой его наклон в х плоскостях. И вот здесь «мнения» производителей разделились…

Подавляющее большинство фирм пошли по такому пути. Той части пилота, которая входит в отверстие направляющей втулки, была придана слабо коническая форма. Такая, чтобы пилот заклинивал и сидел во втулке неподвижно. На верхнюю, цилиндрическую, часть пилота с малым зазором устанавливались специальный держатель инструмента с резцом. Верхняя же часть держателя выполнялась с двумя выступами так, чтобы шпиндель мог вращать держатель на пилоте и, в то же время, иметь возможность небольшого перекоса оси относительно оси вращения держателя (и пилота).

Такое соединение держателя и шпинделя (его еще называют байонетным) в общих чертах аналогично карданному шарниру, который, как известно, неплохо работает только при небольших перекосах осей. Поэтому задача центрирования шпинделя таким способом полностью не решается. Пришлось пойти еще на одну «хитрость» — с помощью специального прибора, аналогичного обычному уровнемеру. Прибор вначале устанавливался на пилот, измеряя направление и величину его наклона от вертикали, после чего переносился на специальное место на шпинделе или рабочем узле станка. Далее оператор вручную регулировал наклон шпинделя, добиваясь тех же показаний прибора и обеспечивая тем самым параллельность осей пилота (и держателя) и шпинделя. После этой процедуры включалась воздушная подушка, шпиндель подводился и соединялся (центрировался) с держателем. Затем подача воздуха выключалась, рабочий узел фиксировался на станине, и выполнялась обработка седла.

Постепенно станки данной схемы (с некоторыми вариациями) в х годах прошлого столетия довольно широко распространились по всему миру и даже заняли господствующее положение в крупных гаражах и специализированных мастерских. Их преимущество в точности и производительности по сравнению с ручным инструментом было неоспоримым, что дало возможность производителям этих машин успокоиться, сочтя их конструкцию удачной. Почить, так сказать, на лаврах — на целые десятилетия вперед. А что, конструкция отработана, исполнение, даже внешне, на пять с плюсом, покупатели довольны — чем не повод для гордости?

Все бы было хорошо и дальше, но грянули е годы — началась эра многоклапанных конструкций головок блока цилиндров. И вскоре выяснилось, что так хорошо отработанная схема постепенно теряет все свои преимущества. Можно даже сказать, что король, в определенном смысле слова, незаметно остался голым…

Чтобы тарелка клапана встала на свое законное место в «кривом» седле (а), ей надо износить седло, а стержню клапана — направляющую втулку (б): 1 — направляющая втулка, 2 — клапан, 3 — седло.

Изгиб стержня клапана в «кривом» седле — основная причина обрыва тарелки и выхода двигателя из строя.

Переменная ширина рабочей фаски седла — одна из причин повышенного износа деталей после замены направляющей втулки (а). Возникает при обработке седла ручным инструментом в результате разницы в усилиях отжима инструмента от седла для разных углов фасок: при больших углах (б) усилие и деформация пилота больше, чем при малых (в): 1 — фреза, 2 — пилот.

Ручной инструмент для ремонта седел — именно из-за него после ремонта клапанного механизма современных двигателей возникает немало дефектов.

Объективно оценить качество обработки седла клапана (соосность) можно только путем прямого измерения его биения относительно отверстия направляющей втулки.

Традиционная схема базирования инструмента в специализированных станках ROTTLER, BERCO, SUNNEN, AZ для обработки седел может удовлетворительно работать только при большом диаметре пилота: 1 — шпиндель, 2 — держатель инструмента, вращающийся на пилоте, 3 — неподвижный конический пилот, 4 — резцедержатель, 5 — резец, 6 — пружина, 7 — направляющая втулка.

Красивая вещь...Но для работы с современными многоклапанными головками блока и сёдел клапанов большого диаметра не очень удачная.

ИГОРЬ ПЕТРИЩЕВ,
АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук

В предыдущем номере журнала мы рассказали о некоторых применяемых в ремонте головок блока цилиндров инструментах и оборудовании. Речь шла о типичных неисправностях клапанного механизма, связанных с нарушениями в технологии ремонта и, в первую очередь, с ошибочным выбором такого оборудования. Особенно, когда дело касается ремонта головок блока современных двигателей, отличающихся клапанами со стержнем малого диаметра. Сегодня — продолжение начатого разговора.

Действительно, не каждый специализированный станок способен легко справиться с обработкой седел многоклапанных головок блока цилиндров. Даже несмотря на внушительный внешний вид, сверкающие детали и высокую цену. И на солидность фирмы-производителя тоже.

Кто не успел, тот опоздал.. В конце х некоторые российские фирмы, специализирующиеся на ремонте моторных деталей, не разобравшись до конца в ситуации, тоже поспешили приобрести подобное оборудование. И, поддавшись на рекламу производителей и заверения продавцов, попробовали обрабатывать седла без последующей притирки. Но не тут то было — сразу пришлось столкнуться с претензиями заказчиков, почувствовавших ухудшение качества ремонта. Ничего не оставалось делать, как вернуть притирку на ее законное место и продолжать работать по старинке. Почему?

Ларчик открывается довольно просто — станки разработки летней давности оказались не приспособлены точно обрабатывать седла многоклапанных головок блока, имеющих клапаны со стержнем малого диаметра. Чтобы это понять, достаточно посмотреть на схему центрирования, применяемого в этих станках, и представить, как это все работает.

Как мы уже говорили, в этой схеме пилот установлен во втулке неподвижно, а на него сверху надет держатель инструмента. Шарнир же, образуемый в соединении держателя со шпинделем, имеет некоторую свободу, необходимую для работоспособности схемы. То есть, фактически держатель на пилоте висит консольно, да еще испытывает некоторое усилие со стороны шпинделя при вращении. Если речь идет о моторе старой конструкции, у которого клапаны имеют достаточно толстый стержень, больших проблем нет. Но стоит только начать обрабатывать седла головок блока с тонкими клапанами, как пилот начинает изгибаться, и вся точность станка куда-то пропадает — фаски седла после обработки получаются уже несоосны отверстию направляющей втулки.

Чем не аналог ручных резцовых головок — у них тоже замечена подобная зависимость? Тем более что многие фирмы использовали в своих станках стальные пилоты, не отличающиеся высокой упругостью, в отличие от пилотов из твердого сплава. Но и это не все. При обработке современных головок блока проявляются и другие недостатки данной схемы, которые оставались в тени, пока речь шла о головках старых моторов. Например, вращение держателя на пилоте довольно быстро приводит к износу их сопряженных поверхностей, что также добавляет погрешности. В довершение всего, конический пилот тоже оказался не лучшим решением, и в направляющей втулке с отверстием малого диаметра не смог обеспечить правильного центрирования инструмента строго по оси втулки (реальный-то клапан не имеет конуса на стержне!).

Надо было срочно менять схему, а фактически, всю конструкцию станка. Но многие производители, бросив немало сил на борьбу с коварной несоосностью седла и втулки, так и не смогли полностью решить задачу точной обработки седел в многоклапанных ГБЦ. Лишь единицы справились с такой задачей, но какой ценой! Например, американская фирма NEWEN выпустила очень сложный головочный станок с двумя плоскими воздушными подушками и электронным управлением сферическим шарниром шпинделя с помощью сервомоторов (эта запатентованная фирмой система получила название Pantograph). Нет слов, отличная машина, точная, но ее цена такова, что оправдывает ее приобретение только для крупносерийного ремонта или производства головок блока в заводских условиях. И ничего достойного серьезного внимания у других, кто уже много лет выпускает с незначительными улучшениями все ту же морально устаревшую конструкцию. Почему?

Все очень просто. Оказалось, что место под солнцем уже занято. Схема базирования инструмента, которая могла бы прийти на смену традиционной, но, в отличие от последней, прекрасно справляться в современными головками блока, имеет эксклюзивного хозяина. Ее давно запатентовала и широко использует в конструкции своих станков французская фирма SERDI.

Соосность? Это просто…

Первый патент, определивший на десятилетия вперед приоритеты в деле ремонта головок блока цилиндров, фирма SERDI получила еще четверть века назад, в 1980 году. Смысл изобретения состоял в следующем. На станке устанавливается не одна, а две воздушные подушки. Первая — традиционная, позволяет свободно, без трения, плавать рабочему узлу со шпинделем на станине. А вот во второй заключена вся хитрость — она не плоская, а сферическая! При подаче в нее воздуха шар, выполненный за одно целое со шпинделем, чуть приподнимается, и шпиндель, какой бы он не был тяжелый, легко отклоняется на любой угол. И без малейшего трения!

Изменениям подверглась и вся конструкция пилота с резцедержателем. Пилот был сделан цилиндрическим, причем из твердого сплава, и жестко закреплен на держателе, который в свою очередь жестко, на конус, крепился к шпинделю. Никаких шарнирных соединений здесь, очевидно, уже не требовалось, поскольку шпиндель получил все необходимые для точного центрирования степени свободы — все стало жестко до предела. И еще. Пилот, приобретя цилиндрическую форму, стал точно моделировать стержень клапана в отверстии направляющей втулки, что только прибавило точности станку.

Еще одна деталь — резко упростилась работа оператора. Теперь для точного центрирования шпинделя не надо доставать каких-либо специальных приборов, а вполне достаточно лишь включить обе воздушные подушки и попасть с помощью ручной вертикальной подачи пилотом в направляющую втулку. После того, как шпиндель найдет свое положение (а это несколько секунд), подача воздуха в подушки выключается, и рабочий узел со шпинделем фиксируются гидравликой или тем же воздухом, но на прижатие, — и можно начинать обработку седла. Кстати, на станках SERDI использована и более прогрессивная конструкция резца — он сменный, целиком из твердого сплава, и закрепляется на специальном регулируемом резцедержателе винтом, а не напаивается на резцедержатель, как у некоторых других производителей. С некоторых пор эта конструкция резца стала стандартной для многих фирм.

Вылет резца на станках SERDI регулируется с помощью простейшего приспособления, в которое вначале устанавливается клапан обрабатываемого седла, а затем по его фаске выставляется специальная линейка. Далее клапан снимается, и приспособление устанавливается на пилот, предварительно вставленный в держатель инструмента. Остается только отрегулировать положение резцедержателя регулировочным болтом и зафиксировать стопорными винтами. Далее, установив держатель инструмента в шпиндель, можно начинать работу. После которой следует проверить ее качество вакуумтестером — у большинства станков SERDI эти приборы являются встроенными.

В общем, вся конструкция получилась настолько простой и удачной, что станки, выполненные по этой схеме, успешно выпускаются до сих пор с минимальными изменениями. Мало того, они оказались отличными долгожителями — один из первых станков SERDI 60 выпуска начала х годов до сих пор работает в одной из московских фирм, а станок SERDI 100 в возрасте 20 лет — в Омске.

Однако, несмотря на такие достижения, все это время фирма не стояла на месте. Стремление еще более повысить точность центрирования инструмента, что особенно важно для многоклапанных малолитражных двигателей с диаметром стержня клапана до 4 мм, привело инженеров фирмы в 1996 году к новой разработке — тройной воздушной подушке, также защищенной патентом.

Точность? Пожалуйста…

Суть схемы с тройной воздушной подушкой в следующем. Рабочий узел станка, как и прежде, установлен на станине на воздушной подушке. Ее задача — обеспечить предварительное центрирование шпинделя относительно направляющей втулки, после чего рабочий узел жестко фиксируется на станине. А далее включаются две воздушные подушки шпинделя — малая плоская и сферическая, уже для точного и окончательного центрирования.

Зачем так было сделано, понятно — рабочий узел, обладая большим весом, мешает точному центрированию шпинделя. Поэтому, чтобы получить максимальную точность, необходимо шпиндель сделать как можно легче. Решение проблемы было найдено: вместо традиционной ременной передачи от двигателя к шпинделю со шкивами и прочими элементами на современных станках SERDI применяется так называемый встроенный шпиндельный двигатель, а многие детали шпинделя выполнены из алюминиевых сплавов. Все это имеет принципиальное значение для точности, поскольку отсутствует какое-либо внешнее воздействие со стороны элементов привода на шпиндель, который получается предельно легким и компактным.

Результат не заставил себя ждать — окончательное центрирование легкого шпинделя на двух воздушных подушках занимает считанные секунды, но получается настолько точным, что седло после обработки имеет биение относительно направляющей втулки не более 0,01 мм. В чем мы смогли убедиться сами, измерив это биение специальным прибором. Такая непревзойденная на сегодняшний день точность сохраняется даже для самых тонких пилотов 4 мм в диаметре, используемых для ремонта головок двигателей мотоциклов. Ну и, конечно, производительность — обработка седел на обычной клапанной головке блока цилиндров двигателя ВАЗ со всеми настройками занимает не более 15 минут, причем точность заметно превышает заводскую (по нашим измерениям, биение седла у новых головок ВАЗ лежит в пределах 0,0,04 мм).

Сегодня гамма головочного оборудования фирмы SERDI очень велика — от станков для ремонта головок грузовых автомобилей с двойной воздушной подушкой (при большом диаметре стержня клапана тройная подушка не добавляет точности) до станков с тройной подушкой для ремонта головок блока цилиндров легких грузовиков, легковых автомобилей и мотоциклов. Среди последних — SERDI 3.0, который недавно начал работать в одном из наших цехов.

Есть в программе фирмы и наиболее мощные универсальные станки, охватывающие весь возможный диапазон существующих головок блока двигателей — от мотоциклетных до стационарных и судовых. Такой станок — SERDI 4.0, работает в С. Петербурге у нашего партнера, фирмы «Мотор Технологии». Его возможности просто неограничены — диапазон обрабатываемых седел охватывает диаметры от 14 до 120 мм! Ну, а самые серьезные машины — с числовым программным управлением, в частности, такие, как SERDI Profil, способны обрабатывать все седла головки блока без промежуточной перенастройки, причем профиль седла задает не резец, а специальная программа.

Есть у SERDI и другие станки, необходимые для ремонта головок блока цилиндров. Так, в паре с головочными машинами отлично работает шлифовальный станок HVR90, который благодаря патентованной пневматической системе зажима клапана обеспечивает биение фаски клапана после обработки всего 0,005 мм.

Уникальные характеристики станков SERDI давно замечены многими производителями двигателей и профессионалами-ремонтниками. Эти станки ныне работают по всему миру, причем не только на известных автомобильных производствах, включая такие марки как BMW, CATERPILLAR, DAF, FORD, GENERAL MOTORS, LAMBORGINI, DAIMLER-CHRYSLER, PEUGEOT-CITROEN, PORSCHE, RENAULT, ROVER, DETROIT DIESEL, HARLEY DAVIDSON, FERRARI и другие. Эти станки можно увидеть в гоночных командах, включая «конюшни» Формулы-1, тюнинговых фирмах, ремонтных мастерских и автосервисах всех стран мира. Оборудование SERDI рекомендовано для ремонта двигателей и фирмами MAHLE и KOLBENSCHMIDT — известными производителями деталей моторной группы. Интересен и такой факт: некоторые фирмы, продвигающие, и довольно успешно, оборудование других производителей, сами предпочитают, когда дело касается головок блока цилиндров, работать именно на станках SERDI. Естественно, не афишируя их наличие в своих цехах.

Конечно, прецизионный станок — вещь недешевая. И приобрести его под силу не каждой мастерской. Поэтому, учитывая опыт создания больших станков, на фирме SERDI пошли навстречу небольшим ремонтным мастерским и сделали совсем недорогой станок с ручным приводом SERDI Micro. При ближайшем рассмотрении — по такой же схеме базирования инструмента, что и полноразмерный станок с тройной воздушной подушкой.

Мал, да удал

Станок SERDI Micro снабжен специальной станиной UNICLAMP, с помощью которой он ставится на верстак. Станина имеет плоский кронштейн, который одновременно позволяет прижать головку к станине и установить на него рабочий узел станка. Такая конструкция позволяет легко ориентировать рабочий узел на любых ГБЦ независимо от параллельности их плоскостей и угловых наклонов клапанов.

А вот интересная особенность — в станке используется такие же твердосплавные мультиугловые резцы, резцедержатели, и пилоты, что и в полноразмерных станках SERDI. И вакуумтестер — без него вообще невозможно оценить качество обработки седел. Но самое главное — это система центрирования шпинделя. Она представляет собой полный механический аналог тройной воздушной подушки полноразмерного станка. Так, для предварительного центрирования шпинделя служит пластина рабочего узла с регулируемым поперечным углом наклона. Эта пластина имеет возможность передвижения по кронштейну станины, чем и смоделировано действие воздушной подушки рабочего устройства больших станков SERDI. При этом регулирование поперечного угла наклона — это аналог устройства поперечного наклона головки блока цилиндров на столе большого станка.

Как и на большом станке SERDI, после стадии предварительного центрирования, когда пилот уже находится в отверстии направляющей втулки, на портативном станке тоже вступают в действие малая плоская и сферическая подушки, только механические. Эти устройства объединены в один общий узел оригинальной конструкции, который позволяет не только сцентрировать, но и практически «намертво» зафиксировать положение шпинделя простым поворотом соответствующего колеса на рабочем узле. Без каких либо усилий, способных сдвинуть шпиндель в процессе фиксации и нарушить его положение. Остается только поставить сверху на шпиндель рукоятку, и, подведя резец к седлу с помощью специального лимба, начать обработку.

Проверка точности обработки седла на портативном станке показала, что биение седла относительно направляющей втулки после обработки у SERDI Micro составляет в среднем около 0,04 мм. Что ж, это вполне достойный результат для такой маленькой машины — ведь у механических подушек есть трение, в отличие от воздушных. Тем не менее, результат не случаен, поскольку в конструкции станка отсутствуют различные нежесткие или недостаточно жесткие элементы в креплении шпинделя, имеющего к тому же достаточно степеней свободы для точного центрирования. Чего никак нельзя сказать об аналогичных ручных станках от других производителей.

Действительно, сравнение SERDI Micro с различными ручными станками как иностранного, так и отечественного производства никак не выходит в пользу последних. Первое, что необходимо отметить — это разного рода магниты для крепления рабочих устройств подобных станков. Магнит в системе центрирования требует идеально плоской подложки, в противном случае при попадании стружки возникает люфт, резко снижающий точность обработки. Такая же картина возникает и со временем, когда поверхности теряют свое первоначальное качество в результате износа или деформируются при зажиме головок блока, имеющих поведенную от перегрева привалочную поверхность. Кстати сказать, предыдущая модель портативного станка фирмы — SERDI Pro, тоже имела магнит в системе крепления, но фирме пришлось отказаться от этой конструкции именно по причине ее недостаточной точности центрирования и малой жесткости.

Еще одна проблема связана с общей схемой центрирования, используемой в этих ручных машинках. Применяя нашу аналогию с воздушными подушками, легко обнаружить, что в этих конструкциях есть только одна плоская подушка (магнит), а не две, как у SERDI Micro. Кроме того, эта единственная подушка является достаточно грубой, поскольку рабочее устройство станка тяжелое, и силы трения при центрировании получаются чрезмерно большими (у Micro, напротив, эти силы невелики, поскольку малая плоская подушка держит только малый вес шпинделя, а не всего станка). Фактически же следует ожидать разницу в точности обработки седел между SERDI Micro и всеми прочими ручными «крутилками» на магнитной подушке примерно такую же, как между большими станками SERDI и всеми прочими, имеющими только одну воздушную подушку.

И еще — шарнир шпинделя у некоторых подобных устройств слишком слаб для жесткого крепления шпинделя, поскольку имеет малый диаметр шара. Это говорит о том, что обрабатывать седла диаметром 60 мм, как это может делать SERDI Micro, такие машинки не способны.

А теперь самое главное. Как нам удалось установить, проведя соответствующие измерения, у магнитных «крутилок», действительно, после обработки седла его биение относительно втулки редко получается меньше 0,0,10 мм. Это значит, что эти «волшебные» устройства по точности (а фактически, по браку) мало чем отличаются от ручных фрез и резцовых головок. Разве что только по ширине рабочей фаски седла, да и то это преимущество мнимое — оно быстро нивелируется последующей глубокой притиркой, без которой здесь никак не обойтись. Зато в цене разница немаленькая — «крутилки» в два и более раза дороже комплекта ручных фрез. Классический вопрос: за что взимается плата? Чтобы головки блока больше разваливать?

Разницу надо почувствовать…

Рассматривая оборудование для обработки седел в головках блока цилиндров, возникает вопрос — а какие варианты оборудования и инструмента получили наибольшее распространение в России? К сожалению, вынуждены признать, что сегодня в этом деле наблюдается прямо-таки безрадостная картина.

По нашим оценкам, даже в таких крупных мегаполисах, как Москва и С.-Петербург, в среднем не более 15% от общего количества ремонтируемых головок блока цилиндров проходят обработку седел на современном специализированном станочном оборудовании. Примерно столько же или чуть больше головок блока ремонтируются с помощью ручных портативных машин. Все остальное сегодня, похоже, отдано на откуп ручному инструменту типа фрез и резцовых головок. Это ли не повод для тревоги — за ресурс и надежность «криво» отремонтированных двигателей, сожженное ими впустую топливо, загрязнение окружающей среды, наконец?

Вспомните, сколько было дымящих маслом моторов лет десять-пятнадцать назад? А где они сейчас, куда пропали? Все просто — доставшаяся всем нам в наследство от советских времен система моторного ремонта не смогла справиться с качеством и количеством неведомых для нее моторов, пришедших, в основном, из-за рубежа. Затем появились специализированные фирмы по ремонту двигателей, были развиты и отлажены необходимые технологии ремонта, в первую очередь, цилиндропоршневой группы и кривошипно-шатунного механизма. И проблема постепенно была решена…

Но, к сожалению, не до конца. И на то есть свои причины. Дело в том, что для ремонта блока цилиндров и коленчатого вала практически любого современного двигателя может быть приспособлено отечественное станочное оборудование. Старое, выпуска ти, а иногда и летней давности. Тем не менее, после соответствующего ремонта и доводки, а иногда и серьезной переделки, пусть медленней, чем хотелось бы, но на таких станках можно сегодня качественно расточить и отхонинговать любой блок цилиндров, прошлифовать любой коленвал. Даже самого навороченного иномарочного мотора.

А вот с головками блока ситуация вышла совсем иная. Мало того, что у наших ремонтников традиционно головка блока всегда стояла на м месте после блока и коленвала. Просто не досталось нам никакого головочного наследства, кроме пресловутых фрез. А импортные станки для многих мастерских долгие годы оставались недоступны. Вот и пошли гулять по нашим городам и весям их дешевые заменители, эрзац-приспособления и инструменты для ремонта головок блока.

Пока речь шла о ремонте старых двигателей, все было еще ничего. Но когда в ремонт начали поступать современные многоклапанные моторы, ситуация коренным образом изменилась. Теперь продавцы, традиционно демонстрируя простоту работы своего товара и обещая отличный результат, на деле просто вводят в заблуждение, мы бы даже сказали, подрывают основу всей школы отечественного моторного ремонта, которая с таким трудом создавалась все эти годы и которая всегда была нацелена, прежде всего, на качество ремонта.

Не так давно знакомый директор автосервиса заметил, что коленчатые валы и блоки цилиндров он отвозит в специализированную мастерскую, а вот головки блока ремонтируют сами мотористы — с помощью ручного инструмента, который недавно был приобретен. Мол, зачем деньги терять, отдавая их на сторону? К сожалению, с тем, что еще вчера было нормой, сегодня уже никак нельзя согласиться — когда дело касается головок блока цилиндров современных двигателей, мотористы в этом сервисе скорее их уродуют, нежели ремонтируют.

И все же положение с ремонтом головок блока пусть с трудом, но меняется к лучшему. Специализированные фирмы постепенно оснащаются хорошим станочным оборудованием для ремонта головок блока, которое становится доступным всем желающим. Появился выбор такого оборудования, да и цены теперь не так кусаются, как это было 5 или 10 лет назад.

Важно только правильно этот выбор сделать. Мотористу — между кривыми седлами, которые даже непонятно, как исправить, и тем качеством, которое дает нормальный станок. Руководителю мастерской или цеха — между дешевыми ручными «инструментами» и настоящим профессиональным оборудованием. И почувствовать разницу. Просто чтобы потом не было мучительно больно......

Сферическая воздушная подушка дает шпинделю все необходимые степени свободы для точного центрирования инструмента:
1 — рабочее устройство станка,
2 — верхняя часть станины,
3 — сферическая воздушная подушка шпинделя,
4 — плоская воздушная подушка рабочего устройства,
X, Y — перемещение рабочего устройства на воздушной подушке,
Z, W — вертикальное перемещение и вращение шпинделя.

Узел крепления инструмента — предельная жесткость и точная обработка всего профиля седла мультиугловым резцом.

Тройная воздушная подушка и встроенный шпиндельный двигатель — полная свобода для идеального центрирования шпинделя:
1 — верхняя часть станины станка,
2 — основание рабочего устройства,
3 — воздушная подушка рабочего устройства,
4 — сферическая воздушная подушка шпинделя,
5 — малая воздушная подушка шпинделя,
встроенный шпиндельный двигатель,
корпус сферической воздушной подушки,
X, Y — перемещение рабочего устройства на воздушной подушке,
x, y — перемещение корпуса шпинделя на малой плоской воздушной подушке,
Z, W — вертикальное перемещение и вращение шпинделя.

Станок SERDI 4.0 — один из самых мощных и универсальных во всей программе фирмы.

 

По клапану производится выверка линейки установочного приспособления.

Подбирается пилот подходящего размера, чтобы обеспечить минимальный зазор в направляющей втулке клапана.

Пилот устанавливается в держатель инструмента.

Установочное приспособление ставится на пилот, и регулируется вылет резца.

После установки держателя инструмента на шпиндель последний вращением штурвала опускается вниз, после чего включение сферической воздушной подушки переводит шпиндель в отвесное положение.

Далее, установив в направляющую втулку подходящий пилот, необходимо "на глаз" отрегулировать поперечный наклон головки блока на столе станка по параллельности пилотов.

Включается большая воздушная подушка рабочего устройства, шпиндель с помощью штурвала опускается вниз до попадания пилота в направляющую втулку, после чего воздушная подушка выключается. Когда резец окажется вблизи седла, шпиндель вручную проворачивается на 1 оборот, чтобы быть уверенным, что резец не ударит по стенке камеры сгорания.

На 10 сек включаются обе воздушные подушки шпинделя для точного центрирования шпинделя. Последующее их выключение фиксирует шпиндель в рабочем положении…

Включается вращение шпинделя…

…и выполняется обработка седла,…

По окончании обработки включается встроенный вакуумтестер…

…клапан устанавливается в головку блока, и с помощью подходящей насадки контролируется герметичность его сопряжения с седлом.

Схема базирования инструмента в традиционной ручной машине на магнитной «подушке» — слишком грубо, чтобы быть точным:
1 — плоская часть станины, прижимающая головку блока цилиндров,
2 — магнитная «подушка»,
3 — штатив,
4 — шаровой шарнир,
5 — шпиндель,
6 — резец.

Портативная машина SERDI Micro — маленький аналог тройной воздушной подушки большого станка.

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук

Как известно, при ремонте головок блока цилиндров нередко обнаруживается износ клапанов. Клапаны при этом могут быть изношены по фаске (она приобретает характерную вогнутую форму), стержню и его торцу, по которому клапан контактирует с толкателем. Естественно, изношенные детали не могут нормально работать в отремонтированном двигателе.

Как обычно решают такую проблему? Разумеется, самое простое решение — заменить клапаны на новые и забыть о проблеме. Но, как обычно, простое оказывается далеко не лучшим. Например, новые детали могут быть весьма недешевы, особенно, если цену 1 клапана надо умножить на их потребное количество (16, 24, 32, а то и все 48). Кроме того, клапаны на некоторые моторы могут оказаться в «длинном» заказе, и их удастся получить не раньше чем через 3 недели, а то и месяц, что уже никак не назовешь не только простым, но и рациональным способом решения проблемы.

Вот тогда и встает вопрос о ремонте. Такое возможно, когда стержень клапана практически не изношен, в то время как фаска тарелки и торцевая поверхность стержня потеряли первоначальную геометрию в результате длительной работы в паре с сопряженными деталями (с седлом и толкателем соответственно). А здесь есть определенное количество вариантов.

Дело мастера боится?

Некоторые «мастера», например, вообще не придают значения фаске и торцу. Поправили седла ручными фрезами типа NEWAY — и «в путь», берут и притирают изношенную фаску к седлу в надежде, что притирка все исправит. Даже проверяют потом посадку клапанов с помощью керосина — видимо, прочитали когда-то об этом в древних писаниях эдак полувековой давности. Только, к сожалению, чудес не бывает — такую «работу» хорошей никак не назовешь, тем более что на торец стержня в подобных случаях обычно внимания совсем не обращают. В результате и клапаны не ходят, прогорают из-за неправильного сопряжения с седлом, и мотор стучит по причине «косого» контакта торца с толкателем.

Более грамотные покупают специальный инструмент для ремонта фаски клапанов. Такой, к примеру, тоже выпускает известная фирма NEWAY. Спору нет, вещь красивая, да и недорогая. Но, к сожалению, имеет целый ряд недостатков. Так, с помощью этого приспособления практически не удается исправить биение фаски относительно стержня, если таковое имеет место. Кроме того, биение уже обработанной фаски в среднем получается довольно большим, и редко выходит меньше 0,0,03мм (фаска нового клапана «бьет» не больше 0,01мм). В довершении всего, резцы, используемые в приспособлении, формируют микропрофиль поверхности, весьма далекий от идеала, что требует обязательной притирки для сглаживания микронеровностей. В общем, сил затрачивается порядком, а хорошего выходит мало. И, заметьте, везде требуется эта притирка. Видимо, неспроста…

О «доброй» притирке замолвите слово…

Притиркой, как известно, называют процесс «пристукивания» и «пришлепывания» клапана к седлу с абразивной пастой. Проводится такая операция вручную, с помощью соответствующего приспособления, позволяющего вращать и «пристукивать» клапан. В результате этого отдельные неровности и погрешности предварительной обработки седла и фаски клапана удается сгладить, что делает посадку клапана более плотной.

А когда ее, притирку, применяют? Очевидно, тогда, когда детали обработаны из рук вон плохо и криво. Тогда три сильнее и дольше, и получишь то, что хотел — герметичность. Только никакого профиля сопрягаемых поверхностей, углов там всяких на фасках, уже не будет — паста все сотрет и сгладит.

А так уж она нужна, эта притирка? Ведь очевидно и другое — чем точнее обработаны фаска и седло, тем меньше в ней, притирке, потребность. Например, в серийном производстве моторов такой процесс не применяется — не только по причине больших затрат времени, но и вследствие высокой точности обработки сопряженных деталей. При этом притирка не только не улучшает, а наоборот, ухудшает прилегание клапана к седлу и герметичность сопряжения.

С другой стороны, притирка во многих случаях наносит значительный ущерб долговечности клапанного механизма. Например, на двигателях нередко применяются седла из специального чугуна и спеченных материалов. А они обладают пористостью, и во время притирки поры заполняются абразивом. В дальнейшем при работе двигателя абразив поступает в зону контакта клапана с седлом, что приводит к интенсивному изнашиванию сопряженных поверхностей (поскольку поверхность седла насыщена абразивными частицами, клапан изнашивается сильнее). Особенно сильно страдают от притирки клапаны некоторых современных двигателей, у которых для улучшения теплоотдачи и снижения трения в материале седла содержится бронза.

Лет 50 назад чем обрабатывались, к примеру, седла клапанов? Правильно (как это вы догадались?), с помощью ручных фрез, в лучшем случае. Потому что хорошего оборудования для ремонта седел наша промышленность как-то не освоила. Как работает ручная фреза, тоже понятно — криво и косо. Тогда, чтобы исправить ее «работу», и надо было притирать — долго и тщательно.

А какие двигатели ремонтировались в те далекие времена? Как правило, это были тихоходные нижнеклапанные монстры, которые нынче увидишь не во всяком музее. Их удельная мощность (на 1 литр объема) едва дотягивала до 25л. с., обороты — до 3500, а степень сжатия 7,0 казалась пределом фантазии.

С какими же клапанами и седлами имели дело наши дедушки? В принципе, с такими же, как и сейчас, если не считать что самый тонкий стержень клапана был 9мм, а самая узкая фаска — около 3 мм.

А что мы имеем сегодня? Удельная мощность современных двигателей выросла почти в четыре раза, обороты — вдвое, степень сжатия перевалила за 11. При этом диаметр стержня клапанов уменьшился до 5,6,0 мм, а ширина фасок — в три (!) раза.

Несмотря на такие достижения мировой автопромышленности, у нас в России автосервисы по-прежнему, как и полвека назад, дружно трут. Притирают, понимаешь, седла к клапанам, а клапаны к седлам, невзирая на год выпуска, марку и модель двигателя. И нисколько не задумываются о том, что на дворе уже й век, и ему соответствует не только техника, но и давно применяемые во всем мире ремонтные технологии, включая оборудование для ремонта. Но нет, отдельные «ученые», видимо, настолько досконально, от корки до корки, изучили древние фолианты, что даже умудряются герметичность седел «на керосин» проверять! Хотя о чем это мы — такие умельцы обычно ничего не читают, а любят народный фольклор, устные предания «старины глубокой».

Завидная консервативность, не правда ли? Помните Райкина: их бы энергию, да в мирных целях! И электрический ток вырабатывать. Потому как, если ко всем «притирщикам» динамо-машину подключить, то энергии на целую ГЭС получить можно. На радость Чубайсу.

К сожалению, а может, к счастью, автосервисы пока в РАО ЕС не входят. Поэтому делать все надо грамотно, ориентируясь не на дедушек в ватниках, а на современные технологии и знания процессов, происходящих в двигателе. Именно по этой причине все ремонтные технологии для клапанов и седел следует рассматривать, в ю очередь, с точки зрения потребности в притирке после обработки — если притирка не требуется, то технология по точности обработки не уступает серийной, ее следует признать удовлетворительной и рекомендовать для ремонтного производства. Напротив, если притирка необходима, то технология неудовлетворительна, и применять ее нельзя (или, к примеру, применять допустимо, но только в исключительных случаях).

Так что же нужно, чтобы исключить притирку? Для этого необходимо сразу несколько условий. Очевидно, должна быть соосность седла и отверстия в направляющей втулке с одной стороны, и фаски и стержня клапана — с другой. Первое дает оборудование для ремонта седел клапанов, второе — новый качественный клапан либо оборудование для ремонта самих клапанов. Общие требования к этим ремонтным процессам, исключающие какие-либо финишные операции, в том числе, притирку, довольно жесткие — оборудование должно обеспечивать несоосность (несовпадение и/или перекос осей на базовой длине детали) соответствующих поверхностей не более четверти рабочего зазора. В данном случае это зазор между стержнем клапана и втулкой. Почему же четверть, а не половина или треть? Для ответа рассмотрим этот вопрос более подробно.

Сколько-сколько?

Допустим, седло и отверстие направляющей втулки абсолютно соосны. Тогда, очевидно, фаска клапана будет полностью прилегать к седлу только в том случае, если несоосность фаски и стержня не превысит половины рабочего зазора стержня во втулке (перекос осей фаски и стержня в м приближении не учитываем).

Но несоосность возможна и между втулкой и седлом. Тогда, разделив допуски поровну, получим очевидный результат — для того, чтобы исключить какие-либо финишные операции при ремонте седел и клапанов, необходимо выбранной технологией обеспечить несоосность втулки с седлом и стержня с фаской не более четверти рабочего зазора. Учитывая, что смещение оси одной из поверхностей относительно другой вызывает взаимное биение этих поверхностей, максимально допустимая величина этого биения будет вдвое больше смещения осей, то есть половиной от зазора во втулке.

Переведем дух и оценим результат. Если принять среднюю величину зазора между стержнем и втулкой 0,03мм, то притирка не будет нужна в случае, если все взаимные биения поверхностей уложатся в 0,015мм. Однако с учетом того, что, помимо смещения осей возможен и их перекос, допуск на биение должен быть жестче — около 0,01 мм.

Результат был вполне предсказуем — как и в любом другом соединении двигателя, все огрехи производства и ремонта должны быть меньше половины рабочего зазора. Но оценим этот результат еще и с точки зрения ремонтной практики. А здесь так — никакая ручная фреза для седел или ручное приспособление для ремонта фасок клапанов даже не приблизятся к этой цифре! По причине отсутствия жесткости инструмента относительно базы, от которой ведется обработка, или вовсе из-за отсутствия этой самой базы. Это значит, что применение «гаражного» инструмента просто обрекает «гаражников» на долгую и мучительную притирку.

Ну что ж, флаг им в руки, пусть трут. Нас же интересует не гаражный, а профессиональный ремонт — для него-то что выбрать?

Скоро сказка сказывается…

Первое, что пытались в недалеком прошлом внедрить на некоторых ремонтных предприятиях — это универсальные станки. Так, для шлифовки фасок клапанов иногда приспосабливали доставшиеся в наследство от прошлых времен круглошлифовальные станки. Спору нет, хороший станок — и полдела сделано. Только вот незадача — у такого оборудования не предусмотрен зажим клапанов. Тоже не беда, проблему решали с помощью различных приспособлений, включая специальные патроны, цанговые зажимы и т. д. Тем не менее, ремонт клапанов современных двигателей на таком оборудовании остается проблематичным независимо от усилий, потраченных на доработку станка.

Еще одно подобное «решение» — обработка фаски на токарном станке. Трудности те же, но следует прибавить отвратительное качество поверхности фаски, которое практически невозможно улучшить. Естественно, в дальнейшем весьма вероятны прогары таких клапанов.

Неудачей, как правило, оканчиваются и попытки использовать отечественные специализированные станки для шлифовки фасок клапанов. Это вообще отдельная тема. В целом такое оборудование, разработанное много десятилетий назад на основе неких иностранных аналогов, могло бы в какой-то степени удовлетворить потребности отечественного ремонтного рынка. Если бы не одно «но» — его недостаточная приспособленность для ремонта тонких клапанов современных двигателей.

Так, в те далекие времена, как мы уже отмечали выше, стержень клапана был жестким и прочным, поскольку имел диаметр в среднем 11мм. Тогда все просто — зажимаем стержень в какой-нибудь патрон и шлифуем фаску без особых проблем. А теперь попробуйте то же самое сделать в таком патроне, если стержень 5,5мм диаметром. Что, не получается? То-то…

Проблема в том, что патрон-то не зажимает такой маленький стержень точно, да и тарелка консольно висит — шлифовальный круг ее легко отжимает. В результате биение фаски относительно стержня легко выходит за все допустимые пределы независимо от того, какой старый станок используется — универсальный или специализированный.

Не лучше обстоит дело и с оборудованием для обработки седел. Ручные фрезы мы уже рассмотрели — ничего хорошего с ними не выходит. Как правило, ничего путного не удается сделать и с помощью специальных шлифовальных машин для седел — по причине недостаточной жесткости ручных образцов или громоздкости стационарных монстров, что делает их использование для ремонта головок двигателей легковых автомобилей, особенно, современных, весьма затруднительным.

В последние годы получили распространение более совершенные ручные машины — с резцовыми головками. Такие машины сегодня выпускают не только зарубежные, но и некоторые отечественные фирмы. В этих приспособлениях удается добиться существенно большей жесткости режущей системы и точности обработки, нежели у ручных фрез. Во многом этому способствует система самоцентрирования режущего инструмента относительно базы — отверстия в направляющей втулке.

К сожалению, далеко не все такие образцы отвечают необходимым требованиям — не всегда их конструкция действительно жесткая, что негативно отражается на точности обработки седел. Поэтому неудивительно, что все попытки добиться с их помощью взаимного биения седла и втулки менее 0,0,03мм тоже обречены на провал. Точнее, на последующую долгую и тщательную притирку клапана к седлу. Что, в принципе, одно и тоже. Так что же, получается, выхода нет?

…Да не скоро дело делается.

Поиск выхода из тупика, по нашему мнению, надо начинать с анализа рынка оборудования. Действительно, существует довольно много производителей профессионального оборудования для ремонта клапанного механизма. Но даже первый взгляд на их продукцию показывает интересную картину — многие фирмы специализируются на полной гамме станков для ремонта двигателей. Здесь и шлифовальные, и расточные, и хонинговальные для различных деталей и поверхностей — просто глаза разбегаются!

Ну что же, когда все, да еще в одном месте — это удобно. Но широкая универсальность и узкая специализация — вещи немного разные. Тем более что оборудование для ремонта головок и клапанов у этих фирм даже немного теряется среди мощных станин, шпинделей и суппортов.

В такой ситуации привлекают внимание, в ю очередь, специализированные фирмы, которые, вполне вероятно, «собаку съели» на ремонте клапанных механизмов. И такая фирма есть — одна из немногих. Это французская фирма SERDI, основу производственной программы которой составляют именно «головочные» станки, а не какие-либо другие.

Возможно, кому-то нужны самые мощные, высокопроизводительные и дорогие образцы. Такие среди широкого спектра станков SERDI имеются, включая прецизионные станки с уникальной тройной воздушной системой SERDI для сверхточного базирования режущего инструмента относительно направляющей втулки. Но это сравнительно дорогостоящая техника, применение которой оправдано для довольно крупных предприятий с большими объемами выпускаемой или ремонтируемой продукции. И действительно, станки SERDI успешно работают во всем мире, включая заводы многих автомобильных фирм. Более того, оборудование данной марки давно прописано у моторостроителей и команд «Формулы-1» — там, где точность важнее всего.

Но для нас, учитывая реалии отечественного рынка ремонтных услуг, наибольший интерес представляют именно недорогие позиции, доступные многим автосервисам. Поэтому мы выбрали только два станка, отвечающие, на наш взгляд, потребностям отечественных сервисов и моторных мастерских по главному критерию «качество-цена». Это портативный станок для седел SERDI MICRO и шлифовальный станок для фасок клапанов SERDI HVR90.

Начнем с HVR90. Небольшой настольный станок позволяет с одинаковым успехом шлифовать фаски любых клапанов длиной 290мм со стержнями диаметром 14мм и тарелками 90мм. Что неудивительно — в конструкции станка применены специальные роликовые призмы, прижатие стержня клапана к которым осуществляется автоматически пневмоцилиндрами при включении вращения клапана. Прижатие, что характерно, точное, жесткое и однозначное.

Но это не все — одновременно еще одним пневмоцилиндром происходит нажатие на торец стержня клапана и прижатие его тарелки к вращающемуся полиуретановому наконечнику шпинделя (он и вращает клапан). Последнее действие особенно важно — висящий на призмах клапан дополнительно опирается еще и по краям, что заметно повышает жесткость всей схемы и уменьшает отжим тарелки клапана от круга при шлифовании фаски. И никаких шариковых, цанговых, кулачковых и прочих патронов и зажимов!

Очень удобно и приспособление для шлифовки торца стержня — в течение считанных секунд обрабатывается не только торец, но и его фаска, если это необходимо. Ну а собственно шлифовка фаски тарелки занимает не более 10 секунд.

И что получается? Ставим готовый клапан на прибор, измеряющий биение фаски относительно стержня — так и есть, биение фаски не превысило 3 деления микронного индикатора, то есть 6 микрон, вдвое меньше, чем мы рассчитывали! Завидный результат, тем более что он дает возможность увеличить допуск на биение седла — с 0,010 до 0,0,020мм. А это неплохо, ведь процесс шлифовки обычно точнее, чем резания, поэтому на последний хотелось бы иметь допуск побольше.

Ну что ж, посмотрим теперь, что даст станок для обработки седел. SERDI MICRO снабжен специальной станиной UNICLAMP, она ставится на верстак, а уже на нее устанавливается головка блока. Станина имеет кронштейн, который одновременно позволяет прижать головку к станине и установить рабочий узел станка. Такая конструкция позволяет легко ориентировать станок на любых ГБЦ независимо от параллельности их плоскостей и угловых наклонов клапанов.

Рабочий узел включает в себя шпиндель с резцедержателем и лимбом с ценой деления в 0,02 мм и ходом в 15 мм для определения глубины обработки, а также систему ориентирования, которая позволяет наклонять шпиндель до 30 градусов в продольном направлении и дополнительно центрировать его в пределах 8 градусов в любых направлениях. Этого достаточно для всех известных головок блока.

Система центрирования полностью механическая и позволяет практически «намертво» зафиксировать положение шпинделя простым поворотом соответствующего колеса на рабочем узле. А это важно, поскольку отсутствуют различные нежесткие или недостаточно жесткие элементы в креплении шпинделя. Например, не используются разного рода магниты, нередко применяемые в аналогичных станках других производителей: магнит в системе центрирования требует идеально плоской подложки, в противном случае возникает люфт, резко снижающий точность обработки.

Еще одна интересная особенность и преимущество — в станке используется такие же твердосплавные резцы, резцедержатели и пилоты, что и в полноразмерных станках SERDI. Кстати, на станке могут применяться резцы любого профиля, но наиболее удобны так называемые мультиугловые, которые сразу формируют полный профиль седла — и рабочую, и примыкающие фаски. Такие резцы имеют всевозможные углы и ширину фасок — что называется, на любой вкус. По каталогу фирмы всегда можно заказать и получить не только любой резец, но и пилот для направляющей втулки любого диаметра из огромной номенклатуры этих изделий.

Еще одно преимущество — станок комплектуется вакуумтестером для проверки герметичности клапанов после обработки. Это имеет принципиальное значение, поскольку без нормальной проверки невозможно оценить качество ремонта (керосин не в счет — эту проверку оставим «истинным ценителям»). Вакуумтестер работает от воздушной сети, за счет эжекции создается разрежение в рабочей части прибора, которое измеряется вакуумметром. Для проверки достаточно поставить клапан в головку блока (не собирая пружину), установить на прибор специальную насадку, близкую по форме к отверстию канала, прижать ее к отверстию и нажать кнопку — прибор покажет разрежение в канале, которое не должно быть меньше 0,6 кг/см2.

Теперь осталось попробовать станок SERDI MICRO в деле. Ставим головку блока, настраиваем вылет резца (это делается быстро с помощью специального приспособления, в которое вставляется клапан) и обрабатываем последовательно несколько однотипных седел «как чисто». Теперь ставим специальное измерительное приспособление для определения взаимного биения седла и клапана и проверяем, что получилось.

А получилось следующее — из х обработанных седел одно имеет биение примерно 0,03мм, два — в пределах 0,0,05мм и одно — около 0,06мм. Проверяем на вакуум — везде одинаковая герметичность, разрежение примерно 0,7 кг/см2. Непонятно почему, но биения седел вышли за те допустимые пределы, о которых мы говорили выше…

Обрабатываем еще ряд, более медленно и аккуратно — уже лучше, биения лежат в пределах 0,0,05мм. Что это значит, становится понятно — вручную не удается абсолютно точно установить рабочий узел станка, да и усилия при вращении шпинделя рукояткой, вполне возможно, вносят свой вклад в погрешность обработки. Нельзя исключить и погрешность самого измерения. Но интересно, что еще одна повторная обработка седел с максимальной тщательностью все-таки привела к уменьшению биения некоторых седел почти до приемлемого уровня — 0,0,03 мм.

Итак, в конечном счете, получается суммарное биение седла и фаски клапана несколько больше, чем мы рассчитывали. Причем, основной вклад в это биение вносит погрешность обработки седла, а не фаски клапана. Интересно, а как обстоит дело с новыми заводскими деталями — головкой блока и клапанами? Берем новую ГБЦ марки ВАЗ и такие же клапаны, измеряем, и…. Получаем биение седел около 0,0,04мм, а фасок клапанов в пределах 0,01мм — практически то же самое, что мы получили при ремонте.

Что это значит, понятно — применяя хорошее оборудование для ремонта клапанов и седел, притирку клапанов, в самом деле, можно упразднить, подтверждения чего мы и добивались нашим экспериментом. И подтвердили — оборудование SERDI действительно дает вполне надежную технологию ремонта, по результатам близкую к технологии массового производства. Но можно ли теперь совсем исключить эту пресловутую притирку из технологии ремонта? В принципе, да, но делать такое исключение надо осторожно, что называется, с умом, а именно, с обязательной проверкой и перепроверкой результатов. А как же иначе?

SERDI

<>станок для шлифовки клапанов SERDI HVR90 легко установить на столе.

SERDI

Отлично продуманная система зажима и привода клапана позволяет добиться отличных результатов при шлифовке фаски.

SERDI

Торец стержня и его фаску HVR поправит за считанные секунды.

SERDI

SERDI MICRO для ремонта седел составляет отличную пару HVR90.

SERDI

Рабочий узел SERDI MICRO позволяет быстро и точно обработать седло на любой головке блока.

SERDI

Вакуумтестер – непременный элемент грамотной технологии ремонта ГБЦ.

SERDI

Быстрая и надежная проверка герметичности посадки клапанов – без нее работа не может считаться законченной.

SERDI

Качественный ремонт без контроля биения фаски клапана...

SERDI

...и седла невозможен.

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук

Ремонт двигателя без проверки герметичности каналов охлаждения и смазки головки блока цилиндров, да и самого блока, - рискованное дело, грозящее неприятными последствиями. Между тем, существует надежный способ гарантированно их избежать.

Важный этап восстановительного ремонта - его разборка и обследование с целью определения технического состояния узлов и деталей. При осмотре головки блока цилиндров обычно первоочередное внимание обращают на степень износа деталей газораспределительного механизма. Чаще этим и ограничиваются, забывая о том, что при эксплуатации возможны повреждения корпуса головки. Его участки, непосредственно образующие камеры сгорания двигателя, испытывают высокие нагрузки, механические и тепловые. Одним из последствий их совместного воздействия является то, что с течением времени в теле головки могут образовываться трещины.

Бомба замедленного действия.

Образование трещин в ГБЦ - явление не экзотическое, а, напротив, довольно распространенное. Наиболее подвержены ему головки дизельных моторов, поскольку они работают в условиях наибольших нагрузок.

В первую очередь, это головки, изготовленные из чугуна, уступающего алюминиевым литьевым сплавам в пластичности. Но и в алюминиевых ГБЦ трещины не редкость. Поэтому некоторые автопроизводители (например ,VW) даже допускают наличие трещин на корпусе головок двигателей при условии, что они не сквозные и их размеры не превышают установленных пределов.

Обычно трещины появляются в местах, которые характеризуются наибольшими градиентами температур: в районе форкамеры, между седлами впускных и выпускных клапанов и так далее. ГБЦ бензиновых двигателей, алюминиевые и чугунные, повреждаются реже, и в основном по причине нарушения теплового режима двигателя, перегрева или наличия внутренних дефектов литья в виде раковин или скрытой пористости.

Любая трещина в теле головки, даже небольшая, представляет собой потенциальную опасность. Являясь концентратором напряжений, она с течением времени развивается. Увеличиваясь в размерах, трещина опасна не только уменьшением механической прочности головки. В зависимости от характера и места положения она может привести к ослаблению посадки запрессованных в головку деталей: клапанных седел, форкамер, направляющих втулок клапанов. Но наиболее угрожающие последствия для работоспособности двигателя возможны в тех случаях, когда развитие трещины приводит к нарушению герметичности проходящих внутри головки каналов систем смазки и охлаждения.

Недаром в «правильных» руководствах по эксплуатации автомобилей приводится разумный совет: почаще обращать внимание на состояние охлаждающей жидкости в расширительном бачке системы охлаждения. Присутствие в ней следов моторного масла или запаха отработавших газов - верные приметы, указывающие автовладельцу на грядущие проблемы и неминуемую потерю денег. Если причина не в поврежденной прокладке головки блока, то, скорее всего, - в скрытой в головке трещине. Причем первая «примета» - следствие того, что трещина соединяет каналы смазки и охлаждения друг с другом. Поскольку давление в системе смазки выше, происходит просачивание масла в охлаждающую жидкость. Последствия - скрытые, неконтролируемые утечки моторного масла и снижение эффективности охлаждения двигателя вследствие образования эмульсионной смеси антифриза и масла.

Вторая, более распространенная «примета» говорит о проникновении в систему охлаждения отработавших газов и пророчит более серьезные последствия. В этом случае трещина соединяет рубашку охлаждения с камерой сгорания двигателя, и процесс развивается в двух направлениях. Под действием высокого давления, создающегося в камере сгорания при воспламенении смеси, система охлаждения через трещину надувается горячими выхлопными газами. После остановки двигателя, когда давление в цилиндре становится меньше чем в системе охлаждения, в него тем же путем просачивается охлаждающая жидкость. Обладающая неплохими моющими свойствами, она вычищает внутренности камеры сгорания, заодно смывая со стенок цилиндра смазку. Часть охлаждающей жидкости на неработающем двигателе поступает в картер и смешивается с моторным маслом, ухудшая его смазывающие свойства. Помимо этого наличие трещины приводит к падению компрессии, снижая способность топливной смеси к воспламенению. В результате в двигателе наблюдаются пропуски воспламенения, он быстро перегревается и работает буквально «на износ».

Упомянутые явные симптомы разгерметизации каналов смазки и охлаждения, становятся заметными, когда трещина достигает внушительной величины. В то же время она начинает свою жизнь с микроскопических размеров и до поры никак себя не проявляет. Это означает, что отсутствие на момент ремонта внешних проявлений, говорящих о наличии трещин во внутренних полостях головки, не может служить гарантией того, что механизм «бомбы замедленного действия» уже не запущен.

Стоит отметить, что не всегда в разгерметизации рубашки охлаждения головки виноваты высокие нагрузки и температуры. Довольно часто ее причиной является коррозия. Она повреждает посадочные поверхности технологических отверстий системы охлаждения, в которые запрессовываются заглушки. Со временем коррозия приводит к образованию сквозных отверстий по периметру заглушек и утечкам теплоносителя. Неисправность очень коварна, так как обнаружить причину потери охлаждающей жидкости непросто.

Визуальное обследование головки не всегда позволяет обнаружить трещины в ее корпусе. Во первых, они хорошо замаскированы слоем нагара и могут иметь незначительные размеры. Во вторых, часто трещины открываются не на внешнюю поверхность головки, а в ее внутренние полости (каналы системы смазки и охлаждения) или же могут скрываться под седлами клапанов, форкамерами, направляющими втулками. В таких случаях не поможет и применяющийся иногда метод «проявления» трещин пескоструйной обработкой поверхности головки.

Как быть в таком случае? Ограничиться внешним осмотром и далее положиться на удачу? Это очень рискованный путь. Известно немало случаев из практики, когда только что восстановленный двигатель, ремонт которого стоил клиенту многих десятков тысяч рублей, оказывался неработоспособным. Авторемонтные предприятия, которые не радует перспектива за свой счет переделывать дорогостоящую работу и терять авторитет в глазах своих клиентов, давно включили в перечень обязательных работ, выполняющихся при ремонте двигателя или ГБЦ, операцию проверки скрытых полостей на герметичность. При наличии специализированного оборудования она выполняется быстро и стоит клиенту не очень дорого.

Разминирование.

Прежде чем рассказывать о технологии проверки герметичности внутренних полостей ГБЦ, еще раз напомним, в каких случаях ее следует выполнять. В идеале - во всех без исключения, когда выполняется ремонт двигателя или головки. Особенно в следующих:

- если при эксплуатации двигателя отмечались симптомы, указывающие на нарушение целостности внутренних каналов ГБЦ;

- если поводом для ремонта послужил перегрев двигателя, как правило, чреватый образованием трещин;

- когда ремонтируется дизельный двигатель, особенно с ГБЦ, изготовленной из чугуна;

- после заварки трещин в легкосплавнной головке для проверки качества выполненных сварочных работ.

- при приобретении бывшей в употреблении головки взамен вышедщей из строя.

О последнем случае следует сказать особо. Стоимость новой головки блока для подержанного импортного автомобиля, даже без газораспределительного механизма, может повышать уровень 1000 EUR. Ее приобретение нередко оказывается экономически нецелесообразным, так как цена ГБЦ может быть сравнимой с остаточной стоимостью автомобиля. Одно из возможных решений - покупка «бэушной» головки.

Идя таким путем, нужно помнить, что качество головок для автомобилей производства конца х-начала х годов, предлагаемых на разборках, очень низкое. Даже если внешний вид головки не вызывает подозрений, устанавливать ее на двигатель без проверки герметичности - опасное занятие. Еще свеж в памяти пример, когда клиент, искавший ГБЦ для «опелевского» дизеля, намаялся вдоволь: ему пришлось привезти в моторный центр ни много ни мало пять головок! В четырех из них были обнаружены скрытые трещины. Потеря клиентом времени на их поиски - ничто в сравнении с экономией денег, которые ему пришлось бы заплатить за то, чтобы демонтировать головку, собрать и трегулировать следующую, а затем установить ее на место. И так пять раз! Согласитесь, убедительный пример важности контроля герметичности ГБЦ.

Наиболее удобно и быстро его можно осуществить, используя специально предназначенные для этого установки. Они разрабатываются и изготавливаются рядом зарубежных фирм. Принцип действия установок основан на тестировании внутренних полостей головки с помощью сжатого воздуха. Предварительно исследуемая полость, например, рубашка охлаждения, заглушивается. С этой целью привалочная плоскость головки герметизируется с помощью резиновых прокладок и плиты, выполненной из оргстекла большой толщины. На отверстия охлаждающего контура, выходящие на боковые поверхности головки, также ставят заглушки. Через одну из них, снабженную штуцером, внутрь испытуемой полости подается сжатый воздух при давлении 6 бар.

Головка погружается в воду, которой наполнена термоизолированная ванна. В воде, температура которой поддерживается около 70°С, головка нагревается до ее рабочей температуры. Благодаря тепловому расширению металла, вскрываются все трещины, даже те, что были закрыты при комнатной температуре. Местоположение трещин определяется визуально, по истечению сжатого воздуха из полости головки, сопровождающемуся образованием «волшебных пузырьков». Для удобства поиска мест утечки установка позволяет вращать головку вокруг оси на 360°С.

Габаритные размеры ванны некоторых моделей установок, позволяют проводить тестирование не только головок, но и блоков, включая и V- образные. Появление сквозных трещин в блоках - явление более редкое, но и не менее опасное для работоспособности двигателя. Не составит труда определить место течи в радиаторе. Опрессовкой можно не только проверить герметичность контура охлаждения или смазки, но и установить характер видимых трещин, сквозные они или нет. С помощью установки можно проконтролировать герметичность посадочных поверхностей направляющих втулок клапанов. Случается, что масло попадает в камеру сгорания именно этим путём, а не по стержню клапанов, через изношенные маслосъёмные колпачки и отверстия втулок. Во всех случаях «волшебные пузырьки» гарантированно покажут наличие и место неисправности.

Подробно особенности процесса опрессовки ГБЦ показаны на иллюстрациях. Испытаниям подвергались головки цилиндрового бензинового мотора Mitsubishi и цилиндрового дизеля Mercedes-Benz. Работа выполнялась на специализированной установке, которая обладает характеристиками, делающими ее эксплуатацию экономичной, а работу - удобной. Термоизолированная ванна имеет большие размеры; предусмотрено искусственное освещение рабочей зоны, погружение испытуемого агрегата и его вращение автоматизированы. Установка комплектуется набором приспособлений для подготовки объекта исследования к опрессовке. Все вопросы практической работы продуманы настолько, что проверка герметичности внутренних полостей ГБЦ занимает буквально несколько минут.

Нельзя не упомянуть о другом аспекте применения установки, экономическом. Установка для опрессовки относится к категории технологического оборудования, которое характеризуется минимальным сроком окупаемости. Действительно, стоимость оборудования - доступная эксплуатационные затраты - минимальные, производительность - очень высокая. К этому можно прибавить существующий дефицит подобных услуг на рынке авторемонта. Все факторы говорят за то, что с помощью установки можно не только эффективно решать проблемы ремонта двигателей, но и зарабатывать деньги, предоставляя услуги по тестированию автомобильных агрегатов. Опять же, благодаря «волшебным пузырькам».

SERDI

Тестирование начинается с установки ГБЦ на подвижную монтажную раму. Предварительно на отверстия рубашки охлаждения в боковой поверхности головки установлены заглушки, одна из них - со штуцером для подвода воздуха.

SERDI

Каналы системы охлаждения, открывающиеся в привалочную плоскость головки, закрываются уплотняющими прокладками.

SERDI

На прокладки устанавливается прозрачная плита, изготовленная из оргстекла. Она позволит осматривать поверхность головки блока при опрессовке

SERDI

Плита надежно прижимается мощными струбцинами.

SERDI

Сжатый воздух подается в полость головки блока через шланг с быстросъемным разъемом.

SERDI

Дана команда «на погружение».

SERDI

Установка  для опрессовки снабжена вентилем и манометром для регулировки и контроля давления.

SERDI

Исследуемый агрегат (в данном случае головку блока) можно автоматически вращать на360°С.

SERDI

Пузырьки воздуха наглядно показывают местоположение трещины. В данном случае она находится вблизи одной из опор распределительного вала.

SERDI

Не прошло и десяти минут, как к обследованию готов очередной объект-ГБЦ двигателя МВ.

SERDI

У этого агрегата обнаружено две «болевых точки». Одна из них - трещина под седлом выпускного клапана.

SERDI

Вторая - негерметичность корпуса вблизи одного из выпускных каналов.

СЕРГЕЙ БУРАВЦЕВ, кандидат технических наук
АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук

Когда речь заходит о капитальном ремонте двигателя, от механиков часто слышишь: «Отдам коленчатый вал шлифовщику, прошлифует, и все будет как надо...» К сожалению, «как надо» получается редко, и качественно отремонтировать коленчатый вал только шлифовкой не удается. Почему? Попробуем разобраться.

Коленчатый вал, без сомнения, одна из главных, если не самая главная, деталь двигателя, определяющая его надежность и долговечность. В этом убедиться нетрудно, достаточно сравнить цену коленвала с ценой любой другой детали двигателя. А раз так, то в случае износа или повреждения во время эксплуатации автомобиля коленчатый вал надо постараться восстановить - это, как правило, заметно дешевле, чем покупать новый.

Но при восстановлении коленчатого вала надо помнить: его надежность и долговечность не должны снизиться. Иначе ремонт, каким бы легким и простым он ни был, окажется слишком дорогим, так как деньги и время будут потрачены зря.

К сожалению, подобная ситуация - не редкость в отечественной практике. На некоторых ремонтных предприятиях коленчатый вал в результате ремонта иной раз приобретает почти фантастические свойства - начинают «пропускать» его сальники, выходят из строя детали привода распределительного вала и даже коробки передач. Случается и так, что стремительно падает давление масла в системе, а при проверке оказывается, что коренные подшипники быстро износились. Часто после ремонта заметно возрастают вибрации двигателя, да и работает он слишком шумно. Почему? Причин несколько, но, чтобы в них разобраться, сперва попробуем ответить на главный вопрос:

Что случилось с коленвалом?

Коленчатый вал - деталь не только очень дорогая, но и наиболее нагруженная (может, поэтому и дорогая). Силы, действующие на него, весьма велики. Это силы давления газов, передаваемые при сгорании топлива через шатуны от поршней, а также силы инерции от их возвратно-поступательного (вверх-вниз) движения. Более того, действующие силы переменны по величине и направлению, а значит, пытаются гнуть и ломать коленчатый вал одновременно в разных сечениях.

Чтобы противостоять таким нагрузкам, вал должен быть жестким и прочным, причем очень важна его усталостная прочность, т.е. способность выдерживать переменные нагрузки.

Одновременно поверхности шеек коленвала должны обладать способностью противостоять износу на протяжении многих тысяч часов работы. Ну а все вместе это достигается соответствующей конструкцией, материалами и технологией обработки коленчатых валов на заводе-изготовителе.

При нормальной эксплуатации коленвал будет работать очень долго. Но случается это, увы, не всегда. Если использовать масло низкого качества и неизвестного происхождения, не контролировать его уровень, менять масло и фильтр, «когда придется», гонять двигатель длительное время на максимальных режимах, да еще и недостаточно прогретым, то - будьте уверены - без последствий для коленвала это не пройдет.

Самые распространенные повреждения валов - из-за недостаточной смазки. В основном это задиры шеек, т.е. «схватывание» разнородных металлов в сопряжении «шейка-вкладыш» с переносом и наволакиванием металла одной детали на другую. Задиры всегда сопровождаются увеличением зазора в подшипнике, износом рабочих поверхностей с глубокими кольцевыми рисками, а иногда - перегревом и даже расплавлением вкладышей.

Задиры и износы, как правило, сами по себе не так страшны, - ведь у большинства двигателей шейки коленвала могут быть перешлифованы в ремонтный (уменьшенный) размер, причем даже не в один, а в несколько. Беда в другом - задир сопровождается местным нагревом поверхности шейки, иногда весьма и весьма значительным, в сотни градусов. А тут еще масло продолжает поступать. Чем не режим закалки?

После остывания такой вал обязательно окажется деформирован. Как? Очень просто. Та сторона шатунной шейки, которая воспринимает наибольшую нагрузку от шатуна, естественно, и разогревается сильнее. Нагрев - это расширение, значит, вал будет гнуться так, что щеки кривошипов по обе стороны этой шатунной шейки окажутся сведенными. Что же в таком случае будет с осью вращения вала? Она тоже изогнется, а это значит, что нарушится соосность коренных шеек вала, вал станет откровенно кривым. И такая ситуация возникает в 99% случаев задиров шеек.

Но как это повлияет на ремонт? Ну погнулся вал, и что? Ведь есть же ремонтные размеры! Прошлифовать его сразу во второй или даже в третий ремонт, и все дела!

Все да не все. На практике эта простота оказывается не только обманчивой, но и опасной.

Как не надо ремонтировать

Во многих мастерских на деформацию вала вообще не обращают внимания. Берут и шлифуют кривые валы, полагая, что после этого они становятся прямыми. И этого достаточно.

Недостаточно. Ведь на концах коленчатого вала находятся посадочные поверхности шестерен, шкивов, маховиков, а также рабочие поверхности под сальники. Все эти поверхности после шлифования кривого вала оказываются несоосными коренным шейкам, т.е. приобретают взаимное биение.

Согласно ТУ заводов-изготовителей, такие биения не должны превышать 0,0,020 мм. Куда там! После описанного «ремонта» иной раз и 0,1 мм можно почитать за благо. Что дает такое биение для двигателя, вкратце уже рассказано выше. Добавим лишь, что при биении поверхности в 0,1 мм даже самый лучший и дорогой сальник неспособен обеспечить герметичность. Такое же биение, например, звездочки цепи ГРМ приведет к резкому снижению ресурса цепи, значительному возрастанию шума и опасности поломок натяжителя и успокоителей. В свою очередь биение задней части коленчатого вала вызывает нагрузки на первичном валу коробки передач, подшипник которого вряд ли проживет долго.

Но самое главное, вал станет неуравновешенным - его балансировка, тщательно выполненная на заводе-изготовителе, из-за смещения осей вращения шеек от их исходного положения нарушится. Свою лепту в это дело вносят и маховики, причем вибрация иной раз оказывается настолько сильной, что сама эксплуатация автомобиля с таким двигателем проблематична.

Нередко прошлифовать кривой коленчатый вал бывает просто невозможно. Например, если биение шеек превышает их максимальное ремонтное уменьшение, вал обычно выбрасывают и покупают новый. А это совсем недешево, особенно, если речь идет об иномарках. Но и шлифовать вал сразу в последний ремонтный размер тоже неразумно - ведь его ресурс в этом случае практически исчерпывается.

Еще одна проблема связана с радиусами кривошипов - при шлифовании деформированного вала они, скорее всего, окажутся разными. Тогда двигатель дополнительно получит вибрации от масс нижних головок шатунов, вращающихся на разных радиусах, и от разницы в рабочих процессах цилиндров из-за изменения их рабочего объема и степени сжатия.

Что же делать с валом, если он кривой?

Конечно, теоретически и кривой коленчатый вал можно (правда, не всегда) восстановить так, чтобы все поверхности имели допустимое биение относительно коренных шеек. Теоретически, потому что это слишком сложный, трудоемкий и дорогой путь, включающий целый ряд операций, в том числе восстановление поверхностей, старение, динамическую балансировку и др.

Гораздо проще попытаться выправить кривой вал так, чтобы затем прошлифовать его в ближайший ремонтный размер. Иными словами, надо разогнуть его обратно. Правда, если вал имеет задиры на нескольких шейках, да еще расположенных в разных плоскостях, то кривая его прогиба становится пространственной. Распутать такую кривую - и наука, и детектив одновременно. Но сделать это необходимо, иначе качественно вал не отремонтировать.

Учитывая все эти обстоятельства, в разное время были разработаны специальные способы правки коленчатых валов. Рассмотрим некоторые из них более подробно.

Самый известный и распространенный способ заключается в следующем: вал кладется на две опоры, а усилие с помощью пресса прикладывается между ними, причем в наиболее удаленной от оси точке.

Таким способом, действительно, удается поправить вал, но установить точно, в каком конкретно месте возникает деформация при правке, очень трудно. Однако известно, что деформациям в первую очередь подвергаются самые «слабые» места вала. В основном это галтели - места перехода шеек к щекам. А тогда выявляется главный недостаток этого способа. Как известно, галтели - это концентраторы напряжений. Чтобы повысить усталостную прочность вала, галтели выполняют радиусными, шлифуют, полируют, а иногда и механически упрочняют специальными методами. При обычной правке в галтелях появляются напряжения растяжения. Они очень опасны, поскольку приводят к снижению усталостной прочности вала, появлению трещин и в конечном счете к поломке вала. Это обстоятельство и является главной причиной того, что подавляющее большинство производителей запрещает править свои коленчатые валы и при серьезных повреждениях рекомендует их менять на новые.

Еще хуже распространившийся в последние годы способ правки чеканкой. С помощью зубила и молотка по галтелям намеренно наносится ряд сильных ударов. Возникающие вмятины и забоины на галтелях, действительно, создают напряжения и деформации, разгибающие вал. Но появившиеся очаги концентраторов напряжений таковы, что вал вряд ли прослужит долго до поломки, особенно если речь идет о современном форсированном двигателе.

Иногда деформированное место на валу подвергают сильному нагреву, чтобы облегчить правку и снизить в процессе ее опасность поломки вала, особенно чугунного. Но в этом случае после остывания вал дополнительно деформируется, и проявляются все отрицательные последствия предыдущих способов, включая невозможность обеспечить требуемую точность правки.

В целом ни один из перечисленных способов не гарантирует того, что вал после правки со временем не «вернется» в криволинейное состояние (в таких случаях говорят, что вал обладает «памятью», т. е. способностью запоминать свое предыдущее состояние). Значит, опять возможны задиры и выход двигателя из строя.

Метод Буравцева

Учитывая недостатки известных способов правки, фактически не позволяющих их использовать в ремонте, был разработан принципиально другой способ. Его назвали «поэлементной холодной правкой».

В процессе правки по методу Буравцева тоже используется пресс. «Ноу-хау» заключается в специальном приспособлении, с помощью которого поверхностный слой шейки вала пластически деформируется, да так, что в нем вместо обычных для подобных случаев напряжений растяжения создаются напряжения сжатия. Галтель при этом не затрагивается, а значит, усталостная прочность коленвала после правки не только не уменьшается, но даже возрастает. Более того, избавившись от недостатков ранее известных способов, поэлементная холодная правка, как оказалось, позволяет восстановить любые коленчатые валы (и чугунные, и стальные) любых двигателей (от мотоциклов до экскаваторов), да еще имеющие практически любой прогиб! При этом точность правки просто поразительна. Например, удается обеспечить взаимное биение коренных шеек 0,010 мм при исходном биении свыше 1 мм - результат, доселе недостижимый ни одним из известных способов!

За годы использования способа поэлементной правки на практике накоплен огромный фактический материал о дальнейшей «судьбе» выправленных коленчатых валов как отечественных автомобилей, так и иномарок, включая грузовики и автобусы. Оказалось, что, в отличие от других, эти коленчатые валы не возвращаются в изогнутое состояние со временем. Не было и рекламаций, связанных с поломкой валов, что косвенно свидетельствует об их высокой усталостной прочности. И это несмотря на то, что многие валы имели ослабленные задирами шейки!

Все вышесказанное относится и к другим валам двигателей, в том числе распределительным и вспомогательным. Во многих случаях применение данного способа правки вообще не имеет альтернативы, поскольку дает возможность вернуть к жизни практически «безнадежные» валы с очень большой исходной деформацией.

Иногда качественной правкой можно даже заменить шлифовку. Например, поставляемые в запчасти новые коленчатые валы некоторых отечественных заводов порой имеют недопустимо большое биение (0,0,1 мм и более) шеек и посадочных поверхностей. Такие валы выправляются, после чего традиционная шлифовка здесь уже не требуется (остаточное биение составляет не более 0,01 мм), да и динамическая балансировка оказывается ненужной.

Если сравнить затраты на ремонт вала (правка и шлифовка) с ценами нового вала, то в ряде случаев (иномарки, и особенно - грузовики и автобусы) ремонт получается в десятки раз выгоднее замены. Учитывая сегодняшнюю экономическую ситуацию в России, этот факт говорит сам за себя.

Разумеется, для достижения высокого качества необходимо, помимо правки, правильно выполнить все технологические приемы при шлифовании и доводке (полировке) рабочих поверхностей шеек и галтелей коленвала. Как это сделать, мы расскажем подробно в наших следующих материалах.

Задир на шатунной шейке - обычный результат работы вала при недостаточной смазке

При проверке коленчатого вала перед ремонтом в первую очередь проверяется его деформация (взаимное биение коренных шеек)

Поэлементная холодная правка по методу Буравцева - на сегодняшний день самый точный и качественный способ поправить коленвал

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук

Надо ли знать механику-мотористу технологию ремонта коленчатого вала? На первый взгляд совершенно не обязательно. Ну зачем, к примеру, вдаваться в тонкости шлифовального ремесла, если своих дел по горло? Да и станок на СТО большая редкость: вещь дорогая, своими работами его не загрузишь, окупить трудно. Лучше отдать коленвал в специализированную мастерскую - пусть шлифовщик сам думает, как его ремонтировать...

К сожалению, подобная практика «разделения труда» часто приводит к плачевному результату. Моторист, не проверив все должным образом, отдает на шлифовку коленвал, который не требует ремонта или, напротив, поврежден так, что уже не может быть качественно отремонтирован. Шлифовщик тоже «не отстает» от моториста и делает, как просят, главное, побыстрее. Далее коленвал «попадает» в двигатель практически без проверки, да и зачем проверять - моторист считает это обязанностью шлифовщика. А то, что после ремонта вал может иметь дефекты (биение, эллипсность и конусность шеек, дисбаланс), вроде и не волнует никого. Хотя нет, волнует - владелец автомобиля тысяч через ...надцать пробега вспомнит моториста недобрым словом. А с того «как с гуся вода» - мол, все было сделано правильно, просто запчасти плохие подсунули.

Такая вот невеселая, но вполне типичная история. Конечно, и мотористы, и шлифовщики бывают разные. Чтобы избежать ошибок, и сделают все как надо, и проверят вал тщательно - известный принцип «доверяй, но проверяй» в таком случае работает как нельзя лучше.

А что и как надо проверять? Ответить на этот вопрос можно только обладая знанием технологии ремонта вала. Которая, в свою очередь, начинается именно с контроля.

С чего начать?

Проверка коленчатого вала перед его ремонтом несколько отличается от той, которую проводят при дефектовке или сборке двигателя (см. № 1/2001). Конечно, и в том, и в другом случае проверяется геометрия вала, но в нашем случае от результатов проверки зависит выбор технологии ремонта.

Для проверки вал устанавливается на призмы крайними коренными шейками, а у средних с помощью стойки с индикатором измеряется биение. Проверяется также биение хвостовика и поверхностей сальников. Далее проводят тщательное измерение диаметров коренных и шатунных шеек. При этом обращают внимание на износ средней и крайних коренных шеек (он может быть повышен), а также на эллипсность шатунных шеек. Последнее измерение выполняют в нескольких плоскостях - при наличии эллипсности минимальный размер шейки обычно получается в направлении, сдвинутом на 40о против вращения от плоскости, проходящей через радиус кривошипа. После этих измерений картина несколько проясняется.

Дальнейшие действия лучше проиллюстрировать на примере. Стало общепринятым, что шлифовать вал можно только в случае, если биение средних шеек относительно крайних не превышает 0,1 мм. Точнее, шлифовать-то можно и при большем биении, но тогда неизбежно возникновение дисбаланса, который после ремонта будет необходимо устранить. К сожалению, пока в отечественной ремонтной практике хорошо освоена лишь балансировка валов цилиндровых рядных и оппозитных двигателей, а также рядных цилиндровых и V-образных цилиндровых. Остальные типы валов - , и цилиндровых рядных двигателей, а также большинство и цилиндровых V-образных отбалансировать весьма и весьма проблематично. Поэтому при биении коренных шеек свыше 0,1 мм перед шлифовкой целесообразно вал править (о правке валов см. № 6/1999).

Если вал уже подвергался шлифовке, не исключено, что хвостовик и поверхности сальников несоосны коренным шейкам. Известны случаи, когда недобросовестные шлифовщики умудрялись так изуродовать вал, что биение на этих поверхностях становилось раз в десять (!) больше допустимого - более 0,0,15 мм. Если добавить сюда износ коренных шеек, а также их возможное взаимное биение, то при исправлении подобной «халтуры» вал, скорее всего, «не выйдет» в следующий ремонтный размер шеек. Тогда, прежде чем шлифовать, следует уточнить наличие вкладышей необходимого ремонтного размера. Кстати, такое уточнение необходимо для многих двигателей иномарок - ситуация, когда после шлифовки искомые вкладыши будут найдены лишь на бумаге каталога, не редкость.

Однако самая большая неприятность - это когда ремонтировать уже «нечего» - износ шеек превысил максимальное ремонтное уменьшение. Такой вал обычно выбраковывают, в крайнем случае восстанавливают шейки наваркой или наплавкой (эти способы - тема отдельного разговора в наших будущих публикациях).

Валы с перегретыми после разрушения подшипников шейками желательно проверить на отсутствие трещин. Такая проверка обычно выполняется с помощью специальной установки - магнитного дефектоскопа. Глубокие трещины, уходящие в тело вала, - основание для выбраковки. Иногда такие трещины видны и невооруженным глазом.

Перед установкой вала в станке необходима еще одна проверка. Вал ставят в центрах и измеряют биение хвостовика и поверхности заднего сальника. Если биение превышает 0,0,02 мм, необходимо править центровые фаски вала, иначе шлифовать коренные шейки будет невозможно.

Существует несколько способов правки фасок - шабрением, притиркой и протачиванием.

Первый способ прост, но неудачен, т.к. из-за неправильной геометрии фаски качество шлифовки вала будет снижено (может появиться эллипсность коренных шеек). Второй способ точен, но слишком трудоемок - в токарном станке фаска притирается с помощью абразивной пасты к коническому притиру. Наилучшие результаты дает протачивание вала в токарном станке с использованием люнета.

Отметим, что если на большинстве европейских и японских валов «кривые» центровые фаски - редкость, то у американских встречаются довольно часто, причем некоторые валы даже не имеют фасок. Из отечественных двигателей отличаются «волговские» валы - при ремонте правка их центровых фасок оказывается обязательной.

И, наконец, последняя подготовительная операция - удаление заглушек и промывка внутренних каналов. Последняя операция обязательна - во внутренних каналах около заглушек скапливается значительное количество грязи. Стоит только пренебречь промывкой, как грязь обязательно испортит самую качественную шлифовку вала, и весь ремонт двигателя пойдет насмарку.

Итак, подготовка к работе завершена. Тем не менее, приступать к шлифовке еще рано, надо проверить станок.

Какой станок лучше?

Для шлифования коленчатых валов применяются специализированные шлифовальные станки с приспособлениями, позволяющими сместить ось коренных шеек относительно оси вращения вала в станке. Это необходимо для шлифования шатунных шеек.

Как показывает практика, результат ремонта вала во многом зависит не от модели шлифовального станка, а от его состояния. Поскольку дефекты станка, ошибки, небрежности и неточности при его наладке делают невозможным качественный ремонт вала. За примерами далеко ходить не надо.

Один из самых распространенных дефектов шлифовки - дробление, при котором поверхность шейки приобретает характерный «многогранный» вид. Причина этого дефекта обычно заключается в плохой подготовке шлифовального круга, когда его биение становится больше 4 мкм. К таким же последствиям может привести недостаточное натяжение ремней привода планшайбы передней бабки станка.

Еще один весьма распространенный дефект - несоосность центров передней и задней бабки. Это нетрудно проверить с помощью шлифованного стержня (скалки), установленного в центрах, и стойки с индикатором. Несоосность центров приводит к неправильной обкатке центровых фасок и эллипсности шеек вала, а если она обнаружена, то причина может быть, к примеру, в износе направляющих стола станка. Тогда ремонтировать надо не вал, а станок.

Очень важное значение имеет соосность патронов станка. Допустимое значение несоосности не должно превышать 0,0,05 мм на длине вала. Этот параметр обеспечивает параллельность осей шатунных и коренных шеек. Отметим, что он определяется состоянием станка, а измерить непараллельность шеек непосредственно на коленчатом валу невозможно.

При несоосности патронов вал, зажатый в них, вращается по очень сложной траектории, в результате чего шатунные шейки, расположенные попарно, после шлифовки оказываются на разных радиусах и сдвинутыми по окружности. Очевидно, двигатель с таким валом уже никогда не сможет работать ровно.

Непараллельность шеек проявляется при дальнейшей эксплуатации ускоренным износом шатунных вкладышей, особенно у их краев. А поскольку контролю этот параметр не поддается, то соосность патронов станка - вопрос доверия к шлифовщику.

Несоосность патронов нетрудно устранить протачиванием их кулачков в токарном станке при базировании по наружному диаметру патрона. Правда, иногда несоосность возникает из-за дефекта планшайбы передней или задней бабки. Но так или иначе, указанные дефекты должны быть устранены, иначе качество шлифовки вала будет резко снижено.

При наладке станка обязательно проверяется конусность шеек (не более 2 мкм). Этот параметр регулируется с помощью специальной конусной линейки станка и особенно важен при шлифовке валов с широкими шейками.

И, наконец, жесткость закрепления вала в станке: люфты в различных соединениях станка легко могут привести к дроблению или эллипсности шеек.

Наш анализ возможных дефектов и их причин показывает, как важно для обеспечения качественной шлифовки содержать станок в исправном состоянии и периодически проверять его. А это совсем не просто. Но анализ оказался бы не полным, если не отметить роль самого шлифовщика. Какой бы замечательный, новый и точный ни был станок, квалификация шлифовщика имеет решающее значение. Особенно, когда речь идет о «ловле» микронных размеров, биений, отклонений формы и расположения поверхностей. Более того, квалифицированный мастер «чувствует металл», видит, как ведет себя вал при шлифовке и при малейшем отклонении от нормы обязательно лишний раз проверит станок.

Итак, коленчатый вал проверен, станок налажен, можно шлифовать. Но о том, как это делается, читайте в наших будущих публикациях.

Основные параметры, характеризующие качество шлифовки коленчатого вала

ПараметрНоминальное значениеМаксимально допустимое значение
Эллипсность шеек, мм0,0030,005
Конусность шеек, мм0,0020,005
Отклонение размеров шеек, мм0,0070,015
Взаимное биение коренных шеек, мм0,010,03
Биение хвостовика и поверхностей под сальники относительно коренных шеек, мм0,010,03
Непараллельность осей шатунных и коренных шеек, мм/длина вала0,050,2


Стандартный контроль коленвала перед шлифовкой включает измерение размеров (а) и биения (б) шеек и вспомогательных поверхностей

Если центровые фаски не обеспечивают правильной установки вала в центрах, их нетрудно проточить в токарном станке с помощью люнета

Непараллельность осей шатунных и коренных шеек непосредственно на валу не проверить, зато ее можно определить по несоосности патронов

 

(Продолжение. Начало в № 6/2001)

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук

В предыдущей статье мы рассмотрели подготовительный этап работы, предшествующий шлифовке коленчатого вала. Он включает в себя проверку станка и вала. Только после этих операций можно приступить к шлифовке.

На первый взгляд может показаться, что шлифовка коленчатого вала больших трудностей не представляет - был бы только станок. К сожалению, такого, мягко говоря, упрощенного взгляда придерживаются не только механики-мотористы, но некоторая часть шлифовщиков. И ведет это к ошибкам при ремонте, а то и просто к преднамеренной халтуре. В результате чего и появляются неизвестно где, кем и как отремонтированные коленвалы и двигатели, которые «не ходят».

Между тем, шлифовка коленвала любого двигателя - процесс тонкий, требует аккуратности, опыта и знания не только технологии обработки, но и условий работы коленвала в моторе, а также умения «чувствовать» металл. В общем, работа мастера, шлифующего иной сложный коленвал - только ремесло, но и искусство. И уж никак не рутинный поточный процесс, когда о качестве должен думать кто-то другой и лишь в самую последнюю очередь, когда заказчик предъявляет претензии.

С чего все-таки начнем?

Шлифовать коленвал начнем, ...нет, сначала думать надо. Потому как первый вопрос возникает сам собой: какие шейки шлифовать в первую очередь - шатунные или коренные?

Быть может, кому-то покажется странным, но этот вопрос имеет принципиальное значение. Дело в том, что слабое место любого коленчатого вала - это шатунные шейки, включая галтели («переходы» от шейки к щекам-противовесам). Так вот, после шлифования шатунных шеек внутренние напряжения в их поверхностном слое могут резко изменять свое значение. А это, очевидно, явится причиной деформации всего коленвала. И если коренные шейки «сделаны» раньше шатунных, то вал в той или иной степени «поведет» - ось коренных шеек изогнется, а сами шейки получат взаимное биение, причем далеко не всегда деформация и биение будут малыми.

Наиболее подвержены деформации «нежесткие» коленвалы - с шатунными шейками малого диаметра, не имеющие «полных» (с двух сторон шатунной шейки) противовесов. Такие коленчатые валы установлены в ряде двигателей Volvo, Chrysler, Mercedes, Lincoln, а также многих японских фирм. Попытки шлифовать такие валы «наоборот» (сначала коренные, затем - шатунные шейки) часто заканчиваются неудачей - не только повышенным биением, но и эллипсностью шеек.

Однако не всегда начинать шлифовать коленвал надо с шатунных шеек. При шлифовке шатунных шеек коленвал устанавливается в патронах станка. Но если поверхности вала, зажимаемые кулачками, некондиционные (к примеру, хвостовик вала восстановлен наваркой металла), то вначале потребуется шлифовка этих поверхностей, и лишь затем - шатунных шеек. В противном случае будет «потеряна» база, от которой шлифуют шатунные шейки, и они окажутся непараллельны коренным.

Еще одна проблема, которую нередко упускают из виду, а чаще просто игнорируют некоторые шлифовщики, - это радиус галтелей шеек. На практике известно немало случаев, когда коленчатые валы с подрезанными галтелями ломались в результате значительного снижения прочности (концентрации напряжений в подрезанных галтелях).

Исключить подрез можно, если «заправить» на краях шлифловального круга радиусы, соответствующие радиусам галтелей. Такая операция необходима для тех валов, у которых на краях шеек нет канавок для выхода шлифовального круга. Но и там, где такие канавки есть, аккуратность тоже не помешает.

Анализ излома разрушенных коленчатых валов показывает, что трещина обычно начинает развиваться от места перехода шлифованной поверхности к не тронутой шлифовальным кругом. А такое место обычно и приходится на галтель, приобретающую после неквалифицированного ремонта вала неправильную форму. Особенно опасна недооценка получающейся при ремонте формы галтелей для коленчатых валов современных высокофорсированных двигателей.

Осторожно, шатунные шейки!

Если подготовка к работе завершена, можно приступать к шлифованию шатунных шеек. Для этого коленвал устанавливается в патроны станка так, чтобы его ось вращения проходила через одну из шатунных шеек.

Но шлифовать пока все равно рано. Посмотрите: смещенный вал, вращаясь вокруг оси одной из шатунных шеек, явно несбалансирован. Такой большой дисбаланс при вращении обязательно приведет к деформации самого вала и элементов станка, в результате чего качество шлифовки резко снизится - исказится форма шейки (появится эллипс), ее ось окажется непараллельной оси коренных шеек.

Исключить или, по крайней мере, значительно уменьшить дисбаланс вала позволяют специальные грузы, закрепляемые на планшайбах напротив патронов станка. Масса и расположение балансировочных грузов подбирается в зависимости от массы коленвалов и радиуса кривошипа.

Все? Еще нет. Теперь надо точно выверить положение вала, чтобы ось его вращения совпала с осью обрабатываемой шейки. Это нетрудно сделать с помощью стойки с индикатором. Правда, только для малоизношенных шеек - в случае сильного задира шейка приобретает неправильную форму, и точная установка коленвала может потребовать заметно большего времени.

После такой выверки многие шлифовщики и начинают собственно шлифовку шеек коленчатых валов. И - пропускают один весьма важный момент. Дело в том, что большинство коленвалов (к примеру, х и цилиндровых двигателей) имеют «парные» шатунные шейки, лежащие на одной оси. Если при шлифовке учесть и это условие, то выверка коленвала на предмет совпадения осей парных шеек в станке сильно усложнится. Но вполне оправдает себя - после шлифовки будет достигнуто наивысшее качество ремонта.

Добиваться совпадения осей «парных» шеек целесообразно не только из чисто геометрических соображений: совпадение осей - это и одинаковый угол опережения зажигания, и такой же ход поршня во всех цилиндрах.

Однако на практике обеспечить это условие удается далеко не всегда - некоторые коленвалы после длительной эксплуатации оказываются «скрученными», т.е. их шатунные шейки получают слишком большое угловое смещение и уже не «попадают» в одну ось даже при шлифовке через ремонтный размер. Отметим, что ошибка при наладке станка, при которой патроны получаются несоосны, тоже не позволит шлифовать «парные» шейки в одной оси.

Итак, только теперь можем начинать шлифовку. Включаем вращение вала, подачу СОЖ (смазывающе-охлаждающей жидкости), подводим шлифовальный круг до касания шейки. Далее следует сделать подачу в пределах 0,05 мм «на врезание», короткую остановку и снова подачу. И так до заданного размера шейки, разумеется, с промежуточным контролем получающегося размера.

«Нежесткие» коленвалы требуют при шлифовке еще более осторожного обращения. К примеру, подачу на врезание следует ограничить величиной 0,03 мм, а перерыв между подачами увеличить (сделать так называемое «выхаживание») - в противном случае шейка окажется с недопустимой эллипсностью (более 0,01 мм).

В общем случае ширина шлифовального круга всегда меньше ширины шейки. Чтобы обеспечить обработку шейки по всей ширине, ее надо, как говорят шлифовщики, «разогнать», т.е. подать круг по оси шейки до легкого касания щек. Эта операция должна выполняться с максимальной осторожностью - при врезании в щеки (противовесы) вал начинает вибрировать, что может привести к появлению глубокой «огранки» на поверхности шейки. Для «нежестких» коленвалов это критично, поскольку появившуюся огранку практически не удается исправить, даже имея припуск в 0,1 мм. А теперь - коренные!

Главный вопрос, который необходимо решить перед шлифовкой коренных шеек, - каким способом закреплять (устанавливать) вал в станке.

Многолетняя практика шлифования коленчатых валов большого числа различных двигателей позволяет указать оптимальный способ установки коленвала. Но прежде рассмотрим варианты.

Некоторые шлифовщики зажимают вал в патронах точно так же, как и при шлифовке шатунных шеек, только патроны сводят к оси вращения планшайб станка. Считается, что при хорошей выверке положения вала по минимальному биению хвостовика (или й коренной шейки) и поверхности заднего сальника (или последней коренной шейки) шейки можно шлифовать и таким способом.

В действительности есть ряд причин, по которым так устанавливать вал нельзя. Главное, что в первую очередь характерно для «нежестких коленвалов - это деформация вала при сжатии его в кулачках патронов.

Еще один неприятный момент - планшайбы при смещении патронов к центру невозможно сбалансировать. А тогда вал и элементы станка при вращении будут деформироваться, в результате чего коренные шейки окажутся некруглыми. И, наконец, зажимая коленвал за хвостовик и поверхность заднего сальника, очень трудно контролировать биение этих поверхностей (коренные шейки могут иметь свое биение, если когда-то вал был неправильно отремонтирован).

Правда, описанный способ проще: он не требует демонтажа планшайб с патронами (это не слишком приятная и легкая процедура), но такое «слабое» его преимущество меркнет перед серьезными недостатками.

Редко, но встречается и такой способ установки: хвостовик - в центр передней бабки станка, а поверхность заднего сальника - в патрон. Или, наоборот, центр ставят в заднюю бабку. Но суть от этого не меняется, поскольку все недостатки останутся, ну, может быть, их негативное влияние на качество шлифовки будет чуть меньше.

Свободен от указанных недостатков только один способ - установка вала в центрах. При этом задний центр должен обязательно быть неподвижен (он фиксируется с помощью стопора), иначе из-за проскальзывания в центровой фаске вал будет вращаться неравномерно, и шейки вала после шлифовки опять получатся некруглыми.

Шлифовка в центрах, очевидно, предполагает, что планшайбы с патронами необходимо заменять на центры. Поскольку это требует времени, во многих мастерских для ремонта коленчатых валов используют два станка - один только для шатунных шеек (с планшайбами и патронами), другой - только для коренных (с центрами). Тем самым экономится время.

Очень важно, чтобы усилие сжатия вала центрами было минимальным, в противном случае вал в станке деформируется. Если затем коренные шейки прошлифовать, то после снятия со станка коленчатый вал разогнется и сразу окажется кривым.

Разумеется, при установке вала в центрах необходимо контролировать биение различных поверхностей (хвостовик, шейки, задний сальник). Повышенное биение может свидетельствовать не только о необходимости правки центровых фасок, но и о повреждении или износе посадочной поверхности центров в станке (см. № 6/2001).

Отметим также, что для задней части коленвала нередко приходится использовать различные центры, в том числе укороченные, причем перед установкой вала в станок требуется выпрессовывать подшипник опоры первичного вала КПП, чтобы он не мешал центру (для этого применяются специальные цанги с обратным молотком). Кроме того, очень важна правильная геометрия центровых фасок вала - попытки некоторых шлифовщиков поправить фаски вручную с помощью шабера (такое встречается) обычно дают повышенную эллипсность коренных шеек.

Сама шлифовка коренных шеек выполняется аналогично шатунным. Начинают обычно с шеек, имеющих максимальный износ (средняя или первая), чтобы сразу определить, в какой ремонтный размер выйдут коренные шейки. При этом не следует забывать про торцевые поверхности упорного подшипника - у некоторых двигателей с фланцевым коренным вкладышем ремонтное уменьшение коренных шеек сопровождается одновременным увеличением ширины между фланцами, что требует расшлифовки соответствующих поверхностей на валу.

В заключительной стадии работы неплохо чуть тронуть поверхность переднего и заднего сальников - это повысит надежность уплотнений коленчатого вала. И, конечно же, необходимо тщательно проконтролировать всю геометрию коленвала - без выходного контроля работа не может считаться законченной. Только шлифовка?

Если правильно и аккуратно выполнить все операции по шлифовке коленчатого вала, то реально добиться 0,003 мм эллипсности, конусности и взаимного биения шеек, что будет даже лучше, чем у нового вала. Однако блестящие «свежешлифованные» поверхности шеек не должны вводить в заблуждение грамотного механика-моториста - микропрофиль шлифованной поверхности весьма далек от идеала. Дело в том, что острые выступы микронеровностей способны некоторое время в начальный период эксплуатации двигателя изнашивать вкладыши, одновременно загрязняя систему смазки продуктами износа (масло будет быстро приобретать характерный серый цвет). Кроме того, что не менее неприятно, острые, с микрозаусенцами, края смазочных отверстий необратимо повреждают вкладыши, оставляя на них характерные борозды. Да и галтели с недопустимо грубой после шлифовки поверхностью - верный путь к усталостному разрушению вала.

Устранить микронеровности и загладить острые края смазочных отверстий нетрудно - необходима доводка шеек коленвала после шлифовки.

Существует два основных способа доводки шеек - суперфинишная обработка и полировка. Первый способ дает более качественную поверхность, но сложен, требует специального оборудования и чаще применяется в массовом производстве.

В ремонте доступнее и проще полировка. Ее делают вручную в несколько переходов - вначале с помощью мелкозернистой наждачной бумаги, вставляемой в специальные клещи-захваты, затем - абразивной пастой. При съеме не более 0,001 мм полировка позволяет практически полностью убрать микронеровности. Что, кстати, нетрудно проверить - достаточно провести по шейке медным предметом до и после полировки: в последнем случае на шейке не остается следа, даже если она выглядит не такой блестящей и красивой. И еще...

Иногда шейки вала «не проходят» в ближайший ремонтный размер - слишком велик их износ. В результате приходится значительно - до 0,1,0 мм (зависит от наличия соответствующих ремонтных вкладышей) занижать размер шейки.

Несмотря на опасения некоторых механиков о якобы срезаемом «твердом слое» и низком ресурсе отремонтированного вала, никаких неприятностей не наблюдаeтся. С одной стороны, валы после стандартной закалки токами высокой частоты (ТВЧ) имеют глубину упрочненного слоя до 1,0 мм. С другой - практика показала, что для надежной и долговечной работы вала более важна его геометрия и геометрия сопряженных деталей. А это зависит от квалификации механика-моториста, от точности шлифовального станка, на котором ремонтировали вал, но главное - от опыта и умения специалиста-шлифовщика, без которого рассчитывать на успешный ремонт коленчатого вала по меньшей мере наивно.
коленвал

Балансировочные грузы подбираются для каждого коленввала

Выверка оси вращения коленчатого вала - ее делают сразу для пары шеек, расположенных на одной оси

Чтобы точно попасть в заданный размер, каждую шейку приходится контролировать несколько раз

Коленчатый вал

Полировка шеек валов - заключительная и обязательная операция

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук
ДМИТРИЙ ДАНЬШОВ

Вопрос, который мы вынесли в название статьи, может показаться читателю, по меньшей мере, странным. Поскольку хорошо известно, что изношенные цилиндры блока принято сначала растачивать, а затем хонинговать в увеличенный (ремонтный) размер, тем самым обеспечивая восстановление геометрии каждого цилиндра и зазора между ним и поршнем.

Между тем наш вопрос вполне закономерен. Почему, спросите? Попробуем объяснить...

Прежде чем погрузиться в «дебри» ремонтных технологий, ответим еще на один простой вопрос, являющийся ключевым: зачем вообще нужно растачивать и хонинговать цилиндры, какова цель всех этих операций? Другими словами...

Зачем растачивать цилиндры?

В принципе, ответ ясен - цилиндры ремонтируют, если они изношены. Правда, величина и характер износа могут быть весьма различными, и не всегда блок цилиндров даже долго «ходившего» мотора требует ремонта.

Обычно предельную величину износа цилиндров определяют по двум параметрам: износу в зоне остановки верхнего поршневого кольца в ВМТ и эллипсности зеркала, возникающей в зоне контакта стенки цилиндра с юбкой поршня. Первый параметр оценивается критической величиной около 0,05 мм, второй - около 0,03 мм. Если состояние цилиндра хуже, то из-за износа в верхней части (характерной «ступеньки» на стенке цилиндра) нарушаются условия работы поршневых колец, появляется их вибрация и не исключены удары о край «ступени», в результате чего износ колец и их канавок на поршне резко ускоряется. Эллипсность нарушает плотность прилегания колец к цилиндру и увеличивает зазор между поршнем и цилиндром. Вместе оба фактора приведут к прорыву газов в картер, снижению компрессии и возрастанию расхода масла, даже если в двигатель установить новые поршни и кольца. Правда, после такого «косметического» ремонта указанные параметры иногда приходят в «норму», но ненадолго - тысяч на 20 километров пробега.

Получается, что у изношенных цилиндров имеются недопустимые искажения в их геометрии, что требует ее восстановления до исходного состояния, то есть необходимо отремонтировать блок. Однако здесь и возникают проблемы, поскольку еще не совсем ясно...

Что нужно восстанавливать в цилиндре?

Грубо говоря, все геометрические характеристики блока цилиндров можно разделить на параметры «макро» и «микро». Макрогеометрия - это, очевидно, размеры, форма и взаимное расположение ремонтируемых и других (в том числе базовых, т.е. используемых для точной установки блока в станке) поверхностей. Проще всего восстановить размеры, а именно зазор между поршнем и цилиндром. Для этого достаточно увеличить диаметр цилиндра (к примеру, расточить) в соответствии с размером ремонтного поршня. Среднее значение рабочего зазора у большинства двигателей 0,0,05 мм - это та величина, на которую диаметр цилиндра превышает размер поршня, измеренный по юбке перпендикулярно оси отверстия поршневого пальца.

Несколько хуже обстоит дело с формой отремонтированной поверхности. Необходимо добиться (а это не так просто), чтобы эллипсность и конусность цилиндра не превышали 0,01 мм, иначе в цилиндре не получится стабильного рабочего зазора и хорошего прилегания поршневых колец.

В большинстве случаев при расточке блоков этим и ограничиваются малоопытные мастера, забывая о таких значимых параметрах, как взаимное расположение поверхностей. Речь идет прежде всего о перпендикулярности осей цилиндра и коленчатого вала - именно этот параметр во многом определяет не только ресурс двигателя в целом, но и некоторые более «второстепенные» характеристики, к примеру, шумность работы.

«Микрогеометрия» - это микропрофиль зеркала цилиндров. От того, какой получилась поверхность после ремонта, зависит трение и износ деталей, в первую очередь, поршневых колец. Для этого микропрофиль поверхности должен удовлетворять противоречивым требованиям - быть гладким, но одновременно и шероховатым, чтобы удерживать масло. Кроме того, необходимо, чтобы трущиеся детали имели минимальное время приработки.

Всем этим требованиям, как известно, лучше всего соответствует поверхность, имеющая впадины (риски) так называемой основной шероховатости глубиной до 0,0,010 мм и сглаженные (плоские) вершины - опорные поверхности. Такая поверхность формируется в процессе плосковершинного хонингования, о котором речь пойдет ниже.

Итак, искомые геометрические характеристики цилиндров определены. Дело за малым - обеспечить все это на практике.

Как растачивают блоки?

Вначале небольшое замечание. Как мы показали выше, количество параметров, контролируемых при ремонте блока цилиндров весьма велико, а их значения могут меняться на разных стадиях механической обработки. Очевидно, что добиться высокого качества ремонта можно, только грамотно выстроив всю последовательность операций механической обработки и непременно контролируя геометрию блока на каждой стадии. Поэтому будет ошибкой рассматривать поступивший в ремонт блок цилиндров как некую деталь, требующую ремонта. Это упрощенный подход, при котором весьма проблематично получить положительный результат. Мы советуем рассматривать ремонтируемый блок только как заготовку, которой предстоит пройти долгий путь, прежде чем она станет деталью.

Очевидно, превращение заготовки в деталь достигается не по мановению волшебной палочки - необходимо несколько условий: соответствующее оборудование, хороший инструмент и правильная технология. Сюда мы бы обязательно добавили и грамотного специалиста-ремонтника, без которого трудно рассчитывать на успех.

Итак, обратимся к практике ремонта блоков цилиндров. Здесь многое определяется оборудованием. Как известно, станки, используемые для ремонта блоков недоступны большинству широкопрофильных СТО по причине высокой стоимости. Такой станок необходимо окупить, для чего нужна его загрузка соответствующими работами. В результате ремонт блоков обычно осуществляется в специализированных мастерских и технических центрах, располагающих этим оборудованием.

А какое оборудование здесь используется? Без сомнения, самым популярным в последние годы становится хонинговальный станок CV616 американской фирмы Sunnen. Его преимущества перед аналогами, в том числе отечественными, очевидны - высокая производительность, надежность, точность, простота управления, наличие автоматики. В результате блок цилиндров цилиндрового двигателя может быть отремонтирован в течение 30 минут, и это при съеме металла с цилиндров до 0,5 мм на диаметр!

Добиться такой производительности позволяет конструкция станка, в частности, автоматическая подача абразивных брусков «на разжим» по мере снятия металла со стенок цилиндра.

То есть станок смело и прямо, без расточки, хонингует цилиндры в нужный размер. Быстро, удобно, выгодно - традиционная расточка уже не нужна, станок сам прекрасно выправляет геометрию самого изношенного и «кривого» цилиндра. Лишь в самом конце достаточно заменить бруски на хонинговальной головке на более мелкозернистые или на специальные абразивные «щетки», чтобы получить требуемую плосковершинную поверхность цилиндра. В результате имеем «то, что просили» - эллипсность и конусность цилиндра не более 0,01 мм и прекрасный микропрофиль поверхности, - что еще надо для «полного счастья» ремонтника-моториста?

К сожалению, картина не всегда оказывается такой радужной. Только выясняется это много позже, этак через 50 тысяч километров пробега отремонтированного двигателя. Заметили, что двигатель стал шумноват? Да и «маслицо подъедает»? Нет, быть не может, ведь все сделали хорошо. Хотя... Правильно, внимательный читатель, наверное, обратил внимание на то, что в описании преимуществ американского станка мы ничего не сказали о взаимном расположении поверхностей на отремонтированном блоке цилиндров. А в этом, как оказывается, и «зарыта собака».

Когда лучшее - враг хорошего

Давайте посмотрим, что же происходит при «прямом», без расточки, хонинговании цилиндров? Вначале бруски, опираясь на наименее изношенные участки цилиндра, постепенно выравнивают поверхность, убирая все «эллипсы» и «конусы». Цилиндр становится геометрически правильным, за исключением, может быть, следа от «ступеньки» в верхней части. Затем, по мере дальнейшего хонингования исчезает и она, а далее, после съема еще нескольких десятых или сотых долей миллиметра, искомый ремонтный размер цилиндра будет достигнут.

А где же так называемая «база» - поверхность, относительно которой растачивается цилиндр? Быть может, это нижняя плоскость блока? Или верхняя? Или постели подшипников коленвала? Ведь именно этим поверхностям должны быть перпендикулярны цилиндры.

Нет, базой при прямой хонинговке служит сама поверхность цилиндра. Только заметим - изношенного. И чем неравномернее износ (а такое наблюдается, и нередко), тем сильнее будет перекошена ось цилиндра. Кроме того, чем больше съем металла, тем сильнее может «уехать» ось цилиндра в результате воздействия разного рода случайных факторов. По нашему мнению, этот перекос легко может превысить 0,0.2 мм на миллиметр съема, достигнув величин более чем критических.

Еще хуже обстоит дело с блоками цилиндров отечественных автомобилей. Как мы уже отмечали ранее (см. № 1/2000), эти блоки не проходят операцию так называемого «старения» в необходимой степени. Вследствие этого со временем блоки «разъезжаются» - у них перекашиваются цилиндры и постели подшипников коленвала. Кроме того, цилиндры могут вообще быть «кривыми» от рождения. Очевидно, что при прямой хонинговке цилиндров не будет происходить исправления геометрии блока, - как был он «кривым», так им и останется, хорошо, если хуже не станет.

Возможно, мы слишком сгустили краски. Тем более что точно измерить перекос оси цилиндра на уже готовом блоке очень сложно - необходимо изготовить специальное измерительное приспособление или иметь соответствующий прибор. Но даже если провести измерения, толку будет мало - повлиять на технологию прямого хонингования в ту или другую сторону нельзя.

Что же делать? Да, в общем, ничего особенного: раз технология дает (или может дать) сбой, надо просто ее изменить. А что менять? Тоже понятно: перед хонинговкой надо цилиндры растачивать - так, как это делали и 10, и 40 лет назад.

Расточка блока цилиндров, безусловно, процесс не быстрый: выверка положения блока на расточном станке и расточка с малой подачей, чтобы качество поверхности было хорошим, требуют времени. Однако это гарантирует, что все цилиндры с точностью до 0,01 мм (по длине цилиндра), параллельны друг другу и одновременно перпендикулярны базе - плоскости (верхней или нижней) или, что лучше для «кривых» отечественных блоков, постелям коленвала.

При расточки цилиндров обязательно оставляется припуск около 0,0,15 мм на хонингование. Именно эта величина гарантирует, что будет удален весь дефектный слой металла, оставшийся после растачивания. Одновременно такой малый припуск не позволит перекосить оси цилиндров во время хонингования.

А теперь давайте посчитаем. «Правильная» технология расточки блока цилиндров получается долгой в любом случае, поскольку предварительное растачивание обязательно. А время - это деньги: более длительная работа дороже. Сэкономить время удается лишь на хонинговке, правда, если использовать уже упомянутый американский станок, то, по сравнению с довольно неуклюжими отечественными хонинговальными станками, экономия общего времени обработки блока едва ли превысит 20%.

Но только так можно гарантировать высокое качество ремонта. Если же принять во внимание стоимость (а, значит и сроки окупаемости) оборудования, то при правильной технологии ремонта вопрос о том, какой хонинговальный станок использовать для ремонта блока цилиндров, похоже, пока остается открытым.

Знаменитый американский станок фирмы Sunnen способен сразу и быстро хонинговать цилиндры в ремонтный размер. Только правильно ли это?

Расточка цилиндров блока на вертикально-расточном станке - операция обязательная. Без этого о высоком качестве ремонта можно забыть

Отечественный хонинговальный станок, оснащенный американской хонинговальной головкой, ничуть не уступает в точности своему иностранному собрату, зато дешевле в десятки раз

АЛЕКСАНДР ХРУЛЕВ, кандидат технических наук

На какие только ухищрения ни приходится идти, чтобы спасти, казалось бы, безнадежно поврежденную моторную деталь - и растачивать, и полировать, и фрезеровать. А еще - выпрессовывать и запрессовывать различные втулки и гильзы. Последнее, а именно то, какая технология запрессовки используется, нередко определяет успех всего дела. Напротив, ошибки на этой стадии ремонта, как правило, чреваты серьезными последствиями.

Это случилось несколько лет назад. Привезли на СТО «Мерседес» с неисправным двигателем. Мотор, естественно, сняли, разобрали и ужаснулись - в блоке цилиндров трещина, прямо по одному из цилиндров. Менять блок на новый? Никакого смысла - слишком дорого. «Бэушный» тоже не выход - подобные блоки все сплошь «без документов». Остается одно - ремонтировать.

Силами СТО такой ремонт не сделать - нет оборудования. Поэтому блок отвезли в специализированную мастерскую, где поврежденный цилиндр «загильзовали». То есть расточили и поставили ремонтную гильзу - нормальный и общепринятый способ ремонта. И ходить бы мотору и дальше «долго и счастливо», если бы через месяц после ремонта гильза не потекла: антифриз из-под головки блока начал просачиваться через гильзу в картер.

Двигатель пришлось разобрать и переделывать заново. Механики виновато оправдывались перед недовольным клиентом: они-то все сделали правильно, просто блок плохо отремонтировали. В мастерской блок «перегильзовали», естественно, бесплатно, но потери денег, времени и нервов у мотористов СТО от такого «ремонта» оказались весьма значительными.

В чем же была ошибка, если и гильза изготовлена аккуратно, и блок расточен точно, и натяг гильзы в блоке выдержан? Попробуем это выяснить, но вначале разберемся...

Зачем нужен натяг?

Итак, есть гильза, которую необходимо установить в отверстие корпуса. Очевидно, после установки гильза должна надежно держаться в отверстии, т.е. не болтаться, иначе в процессе работы гильза и поверхность отверстия будут быстро повреждены ударными нагрузками. Но главное - это герметичность и хороший тепловой контакт между гильзой и поверхностью отверстия. Последнее определяет тепловой режим работы самой гильзы и ответной детали, расположенной внутри гильзы (к примеру, поршня). Нарушение теплового контакта или, как еще говорят, большое термическое сопротивление на поверхности стыка гильзы и корпуса может привести к перегреву самой гильзы и, особенно, ответной ей внутренней детали с последующим ее повреждением (задиры, прогар, разрушение). Исключить эти нежелательные последствия удается, если гильзу поставить в отверстие корпуса с натягом.

Натяг - это, как известно, разница между наружным диаметром гильзы и диаметром отверстия. То есть гильза больше, чем отверстие. При этом важны два обстоятельства - величина натяга и способ установки гильзы в отверстие меньшего размера, чтобы удовлетворить требованиям герметичности и низкого термического сопротивления.

Как выбрать натяг?

Величина натяга - это не просто разница в диаметрах. Ее значение сильно различается в зависимости от диаметра, длины, толщины, условий работы и материалов деталей. Вот только несколько примеров.

Длинная (около 150 мм) гильза из чугуна устанавливается в чугунный блок цилиндров. Условия работы довольно «мягкие» - трение колец и поршня о стенки. Оптимальная величина натяга 0,0,06 мм. Меньший натяг ухудшит теплопередачу от поршня в охлаждающую жидкость, больший - приведет к чрезмерной деформации соседних цилиндров. В то же время при установке такой же гильзы в алюминиевый блок надо учитывать разницу в коэффициентах температурного расширения материалов: величину натяга следует увеличить до 0,0,07 мм, чтобы гильза не ослабла при нагреве блока. Напротив, мягкую алюминиевую гильзу в такой блок можно поставить с натягом всего 0,0,03 мм без какой-либо опасности ослабления посадки.

Седло клапана имеет малую длину, но сильно нагревается и испытывает высокие ударные нагрузки при работе клапана. Из-за таких «жестких» условий работы натяг седла в отверстии головки блока должен быть не ниже 0,0,12 мм, хотя диаметр седла весьма невелик - в среднем 45 мм. В то же время для направляющих втулок клапанов и сталебронзовых втулок верхней головки шатуна (ВГШ) вполне достаточно натяга 0,0,05 мм. В первом случае надежная посадка при малом натяге обеспечена сравнительно большой длиной направляющей втулки, а во втором - однородностью материалов (сталь) шатуна и основы втулки.

Теперь, когда натяг выбран, обеспечен соответствующей мехобработкой деталей и подтвержден измерениями, попробуем запрессовать гильзу или втулку в отверстие корпуса. Сделать это можно разными способами.

Как запрессовывают гильзы?

Простейший, но наихудший, способ запрессовки - забить деталь в корпус кувалдой. Результат очевиден - придется гильзу выбивать обратно или вырезать и начинать все сначала. Почему?

Чтобы запрессовать тонкую гильзу с натягом в 0,05 мм, потребуется усилие в несколько сотен, а то и тысяч килограмм, что при ударном характере этого усилия скорее всего приведет к ее растрескиванию. Кроме того, при большом давлении на поверхность возможно появление задиров, резко увеличивающих усилие запрессовки и вызывающих потерю герметичности соединения.

Последнее особенно характерно для разнородных материалов - к примеру, твердой чугунной детали и мягкого алюминиевого корпуса. К тому же алюминиевый сплав имеет свойство не только легко «сдираться» гильзой, как резцом, но и уплотняться (нагартовываться), в результате чего от исходной величины натяга останется едва ли больше 0,0,03 мм. Ну а алюминиевую деталь в алюминиевый корпус вообще «не загнать» - детали намертво «схватятся» друг с другом, и будет разрушена не только гильза, но скорее всего, и корпус тоже.

От ударной запрессовки почти не отличается способ установки гильзы с помощью пресса (винтового или гидравлического). Разница лишь в том, что отсутствуют ударные нагрузки. Все остальные недостатки запрессовки «из-под кувалды» сохранятся.

Несмотря на очевидную вредность подобных способов запрессовки, они достаточно живучи - в некоторых мастерских все еще можно увидеть и кувалду, и пресс в действии. А потому не стоит удивляться, когда после такой «работы» текут гильзы цилиндров или выпадают седла клапанов.

Что же делать? Очевидно, необходимо резко снизить усилия при запрессовке. Речь, конечно, не идет об уменьшении натяга - он должен быть задан жестко. А вот увеличить зазор при запрессовке детали в корпус вполне возможно.

Создать такие условия при монтаже поможет известная способность материалов расширяться при нагреве и соответственно сжиматься при охлаждении. Охватывающую деталь (корпус) можно нагреть, а охватываемую (гильзу) охладить так, что натяг превратиться в зазор. Тогда поставить гильзу можно будет даже «от руки», без каких-либо усилий.

Действительно, простейший расчет показывает, что если чугунный блок цилиндров нагреть до 150°С, то диаметр гнезда под гильзу (100 мм) увеличится на 0,13 мм. Тогда при монтаже получаем зазор около 0,07 мм даже без охлаждения гильзы. В алюминиевом блоке зазор будет еще выше - около 0,2 мм, за счет большего коэффициента температурного расширения алюминиевого сплава. Теперь достаточно лишь точно и быстро (чтобы не произошло выравнивания температуры деталей!) установить гильзу в блок «от руки», не прикладывая при этом никаких дополнительных усилий.

Именно такая схема применяется сейчас в большинстве мастерских и техцентров, ремонтирующих и восстанавливающих моторные детали. Тем не менее данный способ, хотя и дает минимальный процент брака, не всегда удачен, и вот почему.

Для нагрева корпусной детали приходится применять большие электропечи. Без сомнения, это большие затраты электроэнергии, да и печь - оборудование не из дешевых. Ее необходимо устанавливать в отдельном помещении с хорошей вентиляцией, что тоже недешево, иначе работать там будет так же трудно, как сталевару у мартена. Кроме того, деталь нагревается в печи целиком до температуры намного выше рабочей, что может вызвать ее деформацию и потребовать последующую дополнительную обработку некоторых поверхностей (плоскости, постели подшипников).

Но это, так сказать, вопросы финансово-организационного характера, которые можно решить один раз и больше к ним не возвращаться. А вот некоторые технические проблемы при таком способе запрессовки не решить.

Допустим, на цилиндре в средней его части имеется трещина. После расточки гнезда и установки гильзы трещина перекроется гильзой. Только будет ли отремонтированный блок герметичен? Совсем не обязательно - натяг невелик, поверхности сопряжения не идеальны.

Конечно, можно нанести на поверхность перед сборкой герметик, который заполнил бы микронеровности, особенно, вокруг трещины, и не дал бы затем охлаждающей жидкости найти себе путь из рубашки охлаждения в камеру сгорания или картер. Только вот беда: на нагретом блоке герметик немедленно полимеризуется. Если же наносить герметик на гильзу, то при ее установке он легко задерживается ступенькой в верхней части гнезда, не обеспечивая необходимого уплотнения трещины. В результате резко возрастает опасность потери герметичности.

Получается, выхода нет? Почему же, есть, причем намного проще, чем кажется на первый взгляд.

Не в жар, а в холод!

А зачем, собственно говоря, нагревать именно блок? Давайте охладим гильзу. Тогда и печь не понадобиться, и помещения отдельного не нужно, и электроэнергию можно сэкономить.

А чем охлаждать? Тоже не проблема: есть такой газ, которого в атмосфере больше всего, азот. При охлаждении азота до температуры -186oС он превращается в жидкость, абсолютно прозрачную и бесцветную. Только хранить жидкий азот надо в большом термосе - сосуде Дюара, иначе он быстро испарится.

Многие производства и медицинские учреждения используют жидкий азот в своих технологических процессах, поэтому приобрести его не cложно. Кроме того, это экологически чистый газ, не требующий каких-либо специальных мер или средств защиты, за исключением, пожалуй, перчаток, чтобы не «обжечь» холодом руки.

Именно на использовании жидкого азота и построены все технологии запрессовки деталей в Cпециализированном моторном центре фирмы «АБ-Инжиниринг». Суть процесса предельно проста. В пластиковое «корыто» нужного размера помещаем гильзы (седла, втулки) и заливаем их на 2/3 азотом. После того, как кипение азота прекратится (это значит, что детали «приняли» температуру жидкости), вытаскиваем их из жидкости и легко устанавливаем в гнездо блока. Причем гораздо легче, чем после нагрева блока (получить такой же зазор можно только при нагреве блока до 220°С, опасном температурными деформациями).

Также легко решается проблема герметичности гильзы: на гнездо в блоке снизу и сверху перед установкой гильзы наносится специальный жидкий герметик. Теперь герметичность гарантирована - зазор при установке большой, гильза не потащит герметик за собой, а полимеризация наступит не раньше принятия гильзой температуры блока. Это подтверждено испытаниями блоков на герметичность - случаи течи гильз при использовании данной технологии в настоящее время не известны.

Немалые преимущества «азотная» технология дает и при ремонте головок блока цилиндров. Чтобы убедиться в этом, достаточно посчитать, насколько надо нагреть алюминиевую головку, чтобы чугунное седло диаметром 40 мм, имеющее натяг в гнезде 0,12 мм, «провалилось» в гнездо свободно. Ответ обескураживает: до 240oС! Если же седло охлаждается в жидком азоте, то головку блока достаточно нагреть всего до 100oС. Для такого нагрева специальной мощной электропечи уже не потребуется.

С помощью азота можно легко выполнить и другие работы - запрессовать направляющие втулки клапанов или втулки ВГШ. Отметим при этом, что жидкий азот относительно де шев - намного дешевле, чем электричество для разогрева деталей в электропечи.

Перед установкой гильз на гнездо в блоке наносится специальный жидкий герметик

Чтобы установить гильзу, охлажденную в жидком азоте, в гнездо блока, никаких усилий не требуется

Убедиться в том, что гильза встала «на место», помогает резьбовая шпилька

Нет ничего проще, чем поставить седла клапанов с помощью азота