A hengerek és a hengerperselyek helyes megmunkálása (tanulmány) Ha a hengerek és a hengerperselyek megmunkálása kerül szóba általában mindeniknek a hengerfúrás és a hónolás jut eszébe. Látszólag két egyszerű művelet, amelynek a kivitelezése nem tűnik túl bonyolultnak. De ez csak abban az esetben van így, ha kellő körültekintéssel és megfelelő műszaki és szakmai felkészültséggel végezzük azokat. Ennek a két műveletnek tudniillik meghatározó szerepe van a motor élettartama szempontjából, ezért vizsgáljuk meg ezeket közelebbről. Az öntvény hengerek és hengerperselyek hengerfúrása Az elhasználódott öntvény hengerek és hengerperselyek esetében a javítás első lépése a hengerfúrás. A beépítésre kerülő dugattyú mérete alapján meghatározásra kerül a majdani kész hengerfurat méret. Ez a dugattyún – meghatározott ponton mért – átmérő és az illesztési hézag összege. Majd ebből le kell vonni a hónolási ráhagyást, ami az henger átmérőjétől függően 0.02-0.04 mm. A kopott hengerfuratot az így kapott méretre kell kifúrni. Ez egy speciális hengerfúró géppel történik, amely lényegében egy nagyon finom forgácsolt felületet állít elő.
1. ábra: Hengerfúrás
Bizonyos esetekben a hengerfúráshoz speciális fúrókeretet kell alkalmazni. Erre azért van szükség, mivel a hengerfej felszerelésekor a hengerfej csavarok deformációt idéznek elő a hengerfuratban. Ezáltal az elveszti körkörösségét és így a dugattyúgyűrű nehezebben tud igazodni a hengerfurathoz. A fúrókerettel történő fúrást csak speciális esetekben alkalmazzuk, mint például a verseny célú motorok esetében. Ilyenkor a teljesítmény maximalizálása miatt kiemelten fontos a hengerfurat pontossága. Más esetekben gyártói előírás a fúrókerettel történő fúrás (pl. Cummins). A megmunkálás során több mindenre is kell figyelni: ● Ügyelni kell a megmunkálás felületi érdességére, mivel a túl durva felület minőségét már nem lehet korrigálni a hónolással sem. Ezt a hengerfúró szerszám megfelelő kiválasztásával és a hengerfúró gép jó beállításával érhetjük el. ● Fontos a megmunkált munkadarab rögzítése. Amennyiben a rögzítés során deformálódik a hengerfurat, a rögzítés megszüntetése után az egyébként alakhelyes furat eltorzulhat. ● Minden esetben - de különösen a hengerperselyek megmunkálása esetén - ügyelni kell a kapcsolód felületek tisztaságára. Amennyiben szennyeződés kerül a két felület közé, jelentős alak- illetve mérethibákat eredményezhet. ● Minden esetben fontos a hónolási ráhagyás, amely nélkül a hónolás nem végezhető el tökéletesen. www.nagygepmuhely.hu
A hengerfúrás után a hengerfuratok végső megmunkálását hónolással végezzük. A hónolás célja, hogy a hengerfúrással kialakított finom forgácsolt felületen egy finom barázdákkal behálózott felületet hozzunk létre. A legfontosabb szempont, hogy a a metszet mindenhol tiszta legyen. Az alkalmatlan szerszámmal illetve túl nagy felületi nyomással végzett hónolás esetén a henger felülete elkenődhet. Ezáltal az olaj tároló szénpórusok eltömődnek, így azokból a szélsőséges üzemállapotokban nem tud az olaj a megfelelő helyekre eljutni. Ez a dugattyúk megégéséhez, a dugattyúgyűrűk kopásához vezethet.
2. ábra: Hónolás
A hónolás során a hengerfurat felületi érdességét csökkentjük, azonban a sima felületet mélyebb barázdák szakítják meg. Az ilyen felület optimális a motor számára, az égéstér tömítettsége jó, mivel a felület nagyobb része viszonylag sima és a mélyebb barázdák miatt kialakult olajtartalék kedvező a kenési viszonyokra nézve. Ilyen felületet csak megfelelő szerszámmal lehet elérni. Ez lehet kerámia honolókő illetve gyémánt hónolószerszám. A legjobb megoldás a kerámia hónolókő alkalmazása, mivel az önélező tulajdonságú. A gyémánt hónolószerszámot ezzel szemben meghatározott időnként újra kell „élezni”. Ezért mi a gyári SUNNEN technológiát alkalmazzuk, amely egy speciális négypofás hónolószerszám, amelynek két oldalán 2-2 hónolókő, másik két oldalán 2-2 támasztó pofa található. A hónolás során nagyon kell figyelni a következőekre: ●
●
●
3. ábra: A hónolási szög 30-60°
www.nagygepmuhely.hu
Fontos a megmunkált munkadarab rögzítése. Amennyiben a rögzítés során deformálódik a hengerfurat, a rögzítés megszüntetése után az egyébként alakhelyes furat eltorzulhat. Minden esetben - de különösen a hengerperselyek megmunkálása esetén ügyelni kell a kapcsolód felületek tisztaságára. Amennyiben szennyeződés kerül a két felület közé, jelentős alak- illetve mérethibákat eredményezhet. A hengerfuratra folyamatos erőteljes hónoló olajsugarat kell irányítani, amely egyrészről hűti a felületet, másrészről a leváló szemcséket távolítja el.
●
●
Fontos a szálirány vagyis a hónolási szög, amely szemmel is igen könnyedén ellenőrizhető. Ennek 30-60° közé kell esni. Amennyiben ez 60°-nál nagyobb, a hengerfurat olajmegtartó képessége rossz, ezáltal nő az olajfogyasztás. 30°-nál kisebb értéknél a hengerfurat olajelosztása nem megfelelő, a kenés hiányos lesz és jelentősen megnő a gyűrűk kopása. A hónolással alakhibát nem lehet javítani, előállítani viszont igen.
4. ábra: Helyes hónolás 100:1 nagyítással tengelyirányú és oldalirányú megvilágítással
Blokkmotor átalakítása száraz perselyesre Abban az esetben, ha blokkmotor javítása már nem lehetséges, mert nincs olyan túlméretű dugattyú amire meg lehetne fúrni, kerül előtérbe a motorblokk átalakítása hengerperselyesre. Ezt a megoldást kell alkalmazni akkor is, ha a henger olyan sérülést szenvedett, amelynek a javítása már nem lehetséges pusztán fúrással. Ezzel a megoldással egyrészt megmenthető egy egyébként kidobásra ítélt motorblokk, másrészről az eredeti motorblokk anyagától eltérő hengerperselyek alkalmazásával akár a motorblokk futásteljesítménye is növelhető. A hengerperselyeknek a fészkét hengerfúrással alakítjuk ki. Ügyelni kell arra, hogy a motortömb és a hengerpersely között megfelelő túlfedést biztosítsunk. Ez gondoskodik arról, hogy azok ne tudjanak a motortömbből kimozdulni. A túlfedés mértékét meghatározza a henger átmérője, a motortömb és a hengerpersely anyaga és a hengerpersely falvastagsága. Jellemző értéke 0.04-0.08 mm. A hengerpersely lehet egyszerű csőhüvely, amelyet vagy a hengerfurat alján 5. ábra: Cső és peremes hengerpersely kialakított vállon ütköztünk fel, vagy mindenféle ütköztetés nélkül préselünk a motorblokkba. De lehet peremes hüvely is. A perem a hengerpersely külső átmérőjén kialakított váll, amelynek a fészkét a motortömb síkján kell kialakítani hengerfúrással. A perem fészkének a kialakítása nagy körültekintést igényel, hiszen ha a fészek alja nem merőleges pontosan a hengerfuratra, a motor működése során a hengerpersely lesüllyedhet. Ez pedig károsan befolyásolhatja a motor működését.
www.nagygepmuhely.hu
A hengerperselyeket kétféle képen lehet beépíteni a motorblokkba: vagy egyszerűen bepréseljük a motorblokkba miközben kenést alkalmazunk a súrlódási ellenállás csökkentésére ● vagy a motorblokk felmelegítésével és/vagy a hengerpersely lehűtésével csökkentjük a túlfedés mértékét és ezáltal a hengerpersely egyszerűen a helyére csúsztatható A hengerpersely beépítése után mindenféle képen el kell végezni a motortömb síkköszörülését. Ezután a motorblokk teljesen ugyan olyan módon javítható, mintha egy egyszerű blokkmotor lenne. ●
Száraz perselyek cseréje Amennyiben egy motorblokkot már behüvelyezték vagy már eredetileg is hüvelyes volt, a javítás során szükség lehet a hengerperselyek cseréjére. A beépített hüvelyeket a legtöbb esetben ki lehet préselni a motorblokkból, mivel a túlfedés mértéke ezt lehetővé teszi. Vannak esetek azonban amikor a túl nagy túlfedés vagy a szélsőséges üzemállapotok miatti bekövetkezett összetapadás miatt a hengerpersely csak fúrással lehet eltávolítani a hengerfuratból. Amennyiben a régi hengerperselyt eltávolítottuk a motortömbből, ellenőrizni kell a fészek méreteit illetve az új hengerperselyhez viszonyított túlfedés mértékét. Amennyiben a hengerpersely fészek mérete, a perem kialakítás és annak mérete megfelel az új hengerperselynek, a korább leírt módon kell a hengerperselyeket a motorblokkba beépíteni. Ellenkező esetben a hengerpersely fészkét nagyobbra kell fúrni és annak megfelelő hengerperselyt kell beépíteni. Vizes perselyek cseréje A vizes perselyek cseréje jóval könnyebb mint a száraz perselyeké, hiszen „elméletileg” azok kézzel kiszerelhetőek. A gyakorlatban azonban ez nem egészen így van. Természetesen vannak olyan motortípusok, ahol a nedves persely könnyedén eltávolítható, de sok esetben már a kialakítás következtében is a kiszerelésük csak speciális szerszám segítségével lehetséges. Gyakran előfordul, hogy a használat során a nedves hengerpersely „belerohad” a motorba és a kiszerelése igen nehezen valósítható meg.
6. ábra: Alsó és felső ütköztetésű hengerpersely
A legtöbb esetben a régi nedves perselyek helyett újak kerülnek beépítésre. Különösen igaz ez a teherautók esetében. Más a helyzet a kisebb motoroknál, ott gyakran előfordul, hogy a hengerperselyeket felújítjuk. Ez fúrással történik, amelyet jellemzően egy erre a célra készített készülékben végzünk. De az is előfordul, hogy a motorblokk eltisztítása után a hengerperselyt visszaépítjük a motorblokkba és a megmunkálás már a helyén történik meg. Minden esetben ügyelni kell, hogy hengerpersely fészke ne legyen megsüllyedve. Amennyiben az új vagy felújított hengerperselyt egy olyan fészekbe építünk be, amely már meg van süllyedve, a hengerpersely előállása nem lesz megfelelő, ezáltal nem lesz megfelelő annak az előfeszítése, ez a víz és az olaj összefolyását eredményezheti.
www.nagygepmuhely.hu
Alumínium hengerperselyek javítása Az alumínium hengerperselyes motorblokkokat nem csak úgy lehet javítani, hogy átalakítjuk azokat öntvény hengerperselyesre. Azok kialakításától függően több javítási mód is lehetséges. a. Alusil motorblokk felújítása Ebben az esetben a motorblokk egy speciális hipereutektikus alumínium ötvözetből készül. Az motorblokk öntésekor a megdermedés során kiváló primer szilícium kristályok biztosítják a kopásállóságot. Mivel az ötvözet nagy szilícium tartalmú, ezért a megmunkálása igen nehéz. Egyrészt lehetőség van a hengerek fúrására is, de a javításhoz inkább az alumíniumból készült hengerperselyeket ajánlja a gyártó. Ezek az eredetivel megegyező anyagminőségűek. Ezekhez a hengerekhez csak vas bevonatú (un. Ferrocoat) dugattyúkat lehet használni.
7. ábra: Alumínium hengerperselyek
A javítás menete több lépésből áll. Először ki kell alakítani az alumínium hengerpersely helyét a motortömbben, amely egy előfúrásból és egy készre munkálásból áll. Ezután történik a hengerpersely beépítése a motortömbbe, amelyhez 200°C hőfok különbség szükséges. Ez úgy lehet elérni, hogy a hengerperselyt vagy szárazjéggel hűtjük -80°C-ra, vagy folyékony nitrogénnel -180°C-ra, míg a motorblokkot 160°C illetve 100°C-ra melegítjük. Így hozzávetőlegesen 0.35 mm játékot tudunk kialakítani a hengerpersely és a motortömb között, amely a gyors hőelvezetés ellenére is elégséges a beszereléshez.
A hengerpersely beszerelése után a motorblokkot síkba kell munkálni, majd ezt követi a hengerfurat készre munkálása. Ez a műveletsor az, amely jelentősen eltér egy öntvény hengerpersely megmunkálásától ugyanis itt nem fúrással, hanem három lépésben történő hónolással történik a készre munkálás. Az előhónolást egy készre hónolás követ, amelyet egy polírozással tökéletesítünk.
8. ábra: Hengerpersely behelyezése
www.nagygepmuhely.hu
b. Lokasil motorblokk felújítása Az ilyen motorblokkok hengerfuratába un. preformokat, azaz speciális technológiával készülő 20-27% szilícium tartalommal rendelkező, Lokasil-ból gyártott hengerperselyeket öntenek be. Ezek a hengerfuratok jóval könnyebben megmunkálhatóak mint az Alusil hengerperselyek és a nagy szilícium tartalmuk miatt kopásállóbbak is. A javítás lényegében úgy történik mint az öntvény hengerek esetében, csak a szerszámok és a beállítási paraméterek különbözőek. A hengerfúráshoz speciális fúrószerszámot, míg a hónoláshoz egy erre a célra kialakított hónolófejeket kell alkalmazni.
Nicasil hengerfurat javítása gyári előírás szerint A sérült vagy kopott felületkezelésű hengerperselyeket 9.ábra: Alumínium henger hónolása „nagyon egyszerűen”, a felület kezelés helyreállításával lehet javítani. Jelenleg Magyarországon ilyen javítás sehol sem végeznek, legközelebb Olaszországban van olyan műhely ahol ezzel foglalkoznak. A szállítás költsége és a javítás munkadíja összességében azonban olyan költséget tesz ki, ami gyakran meghaladja a motorblokk árát, ezért nem célszerű. Nicasil hengerfurat javítás öntvény persellyel A Nicasil hengerperselyek drága javítása miatt kialakult egy alternatív javítási megoldás is. Ez a megoldás lényegében nem új dolog, hiszen a Nicasil bevonat eltávolításával és egy öntvény hengerpersely beépítésével a motorblokkot átalakítjuk száraz perselyessé. A probléma abból származik, hogy jellemzően a kétütemű motorkerékpárok hengerfuratait vonják be Nicasillal, ezáltal a hengerpersely kialakításakor a motorblokkon lévő ablakok helyét is ki kell alakítani. Ez igen munkaigényes, de még mindig gazdaságosabb megoldás mint a felület kezelés újra alakítása. Az így kapott hengerpersely akár már többször is újra javítható a hengerpersely cseréje nélkül, hiszen az öntvény persely többször fúrható. Ahogy a bevezetőben is említettem a hengerek és hengerperselyek helyes megmunkálása nagyban befolyásolja a motor élettartamát. Ezért fontos, hogy betartsuk ezeket az egyszerű szabályokat. A következő tanulmányban néhány alapvető hibáról lesz szó, amelyet a hengerperselyek beépítése során lehet elkövetni.
Nagy Károly okl. gépészmérnök
www.nagygepmuhely.hu
