Хонингование металла

Хонингование (от глагола «to hone», на английском – «точить»), – разновидность обработки металла, целью которой является нанесение на его поверхность узора из пересекающихся рисок – линий, с целью повышения шероховатости до значений, не превышающих разрешенные допуски (Ra = 0,63÷0,04) для шлифовки крупнозернистым абразивом либо чистовой токарной зачистки.

Процесс, как и оборудование для него, был изобретен в Америке, в пик автомобильного бума (1924 год) Д.Санненом. Изобретатель заметил, что ресурс у двигателей оставляет желать лучшего, и решил предложить в частном порядке мастерским комплекты своего оборудования для хонингования цилиндров ДВС.

Метод отлично себя зарекомендовал, и Д.Саннен стал получать заказы от лабораторий, военного ведомства на хонинговальные установки и расходные материалы к ним. Сейчас Sunnen Ltd (управляется наследниками Д.Саннена) – крупнейший завод хонинговального оборудования, производственный цикл начинается с выплавки металла и заканчивается изготовлением упаковки на собственных мощностях.

Как и зачем применяется хонингование

Метод хонингования металла применяется преимущественно для обработки внутренних поверхностей цилиндрической формы, значительно реже так обрабатывают внешнюю поверхность цилиндрической или конусной формы (поршни, например).

Суть хонингования – воздействие на поверхность металла специальным инструментом – хоном – вращательными и поступательными движениями. Хонингование относят к разновидности обработки металла резанием.

Хон представляет собой ось, на которой закреплен раздвигающийся механизм с брусками, состоящими из композита и абразивного вещества. Бруски являются расходным материалом, стираясь в процессе обработки, поэтому конструкция предусматривает их замену.

Изначально абразив состоял из всевозможных керамических соединений, но в наше время в  качестве абразивного вещества обычно выступает крошка искусственного алмаза. За последнее  десятилетие отлично себя зарекомендовал в качестве материала для абразивных зёрен кубический нитрит бора (КБН). КБН не только значительно дешевле алмазной крошки, но и служит несколько дольше, благодаря высокой прочности.

Как правило, место обработки обильно орошается маслом, которое не только выполняет роль смазки, препятствуя возникновению поверхностных деформаций, но также отводит излишки тепла, что также положительно сказывается на сохранности структуры металла.

Как мы уже замечали, хонингованием обрабатываются внутренние поверхности цилиндров, преимущественно в двигателях внутреннего сгорания, в гидравлических приводах. Цель такой обработки – получение узора на трущихся поверхностях, который способствует задержанию смазки. 

В случае с полированными внутренними стенками цилиндра, при высоких скоростях движения поршня масло не успевает осесть на них, что приводит к так называемому «сухому трению», уменьшая срок службы агрегата и затрудняя движение поршня.

Хонингование и двигатели внутреннего сгорания

В автомобильных ДВС хонингуют отверстия втулок шатунов и клапанного механизма, постели коленчатого вала, и, в большинстве случаев, стенки цилиндров.

Узор пересекающихся между собой рисок обуславливает микропрофиль обработанной поверхности, именно от глубины и взаимного расположения микроканавок зависят эксплуатационные характеристики, такие как ресурс агрегата, расход ГСМ и горючего, дымообразование, мощность и компрессия.

Так, чем больше угол между рисками, тем больше масла расходуется, переходя в угар. Малый угол между рисками снижает расход масла, но при этом повышается износ цилиндра и поршня, снижается мощность агрегата.

Производители двигателей зачастую хонингуют сразу же, при этом строго соблюдая все параметры процесса, включая использование масел определенного состава и брусков с абразивом регламентированной твёрдости и зернистости.

Качество нанесенного узора рисок, их глубина, контролируется специальными приборами, например линейкой тестеров Hommel, который оценивает не только уровень шероховатости, но и соответствие угла и количества полученных рисок.

Капитальный ремонт двигателей в части так называемой «расточки» также не обходится без хонингования. Обработка позволяет сократить расход масла, по сравнению, скажем с полировкой и притиркой, сокращает время приработки стенок цилиндра и новых поршневых колец.

Конечно, хонингование в условиях сервиса проигрывает по качеству заводскому, так как производители не спешат делиться оптимальными параметрами для каждой марки двигателей, да и оборудование сервиса не может позволить точно придерживаться заводской технологии.

Тем более, достичь хороших результатов невозможно при ручном хонинговании, используя инструмент, называемый на жаргоне «дрын-хоном».

Технология хонингования

Процесс происходит в два этапа: чернового и заключительного, финишного. При черновом хонинговании вначале используется абразив с крупным зерном – цель данного этапа состоит в получении ровной поверхности и доведению диаметра отверстия до следующего ремонтного значения.

Обязательным является подача большого количества смазывающе-охлаждающих жидкостей, что не только ускоряет процесс и сохраняет бруски, но и способствует вымыванию металлической стружки и разрушенного абразива. Нанесение непосредственно узора производится более мелким абразивом (1/150 мм), с пониженной скоростью вращения хона.

Второй этап, заключительная шлифовка, производится абразивами с зерном 1/300 - 1/500 мм, при этом удаляются заусеницы и микронеровности материала стенок цилиндра.

Последним этапом хонингования является карцевание – обработка нейлоновыми щетками с кремниевой смазкой. При этом не нарушается ранее созданный микропрофиль, удаляется лишь застрявший в рисках отработанный материал щеток хона и стенок.

После промывки струей воды под давлением агрегат готов к сборке и началу периода обкатки.