Гильзы цилиндров
Создание максимально легкого и мощного двигателя — первоочередная задача для инженеров всех автомобильных компаний, которую они с тем или иным успехом пытаются решить уже более ста лет. Настоящей революцией стало появление двигателей, полностью сделанных из алюминия. Однако применение этого материала поставило перед разработчиками новую задачу — как создать в алюминиевом блоке прочные цилиндры? Самым удачным решением стало применение гильз, активно применявшихся при создании двигателей для мотоциклов, у которых нет общего блока цилиндров.
Виды гильз и требования, которые к ним предъявляются
Гильза должна быть очень прочной и тугоплавкой, ведь в случае с алюминиевым блоком он играет лишь роль корпуса, в котором она держится. Противостоять теплу, давлению и износу ей приходится самостоятельно. Поэтому гильзы должны обладать высокой износостойкостью, высокой антикоррозийной устойчивостью, жаростойкостью и прочностью. В зависимости от конструкции двигателя гильзы делятся на «мокрые» и «сухие». суть этого термина напрямую связана с особенностями системы водяного охлаждения двигателя.
«Мокрые» гильзы получили наибольшее распространение, так как отлично решают задачу отвода тепла
«Мокрые» гильзы
«Мокрыми» называются гильзы, наружная поверхность которых омывается охлаждающей жидкостью, циркулирующей в системе каналов, пронизывающих толщу блока цилиндров. Эта система называемой «водяной рубашкой» и служит для равномерного отвода тепла от блока цилиндров. В районе установки гильз охлаждающая жидкость «выходит на поверхность», чтобы напрямую омывать стенки гильзы. Поэтому такой тип гильз и называется мокрым. Блок цилиндров с «мокрыми» гильзами обеспечивает лучший отвод тепла, поэтому «мокрые» гильзы получили очень широкое распространение. Они применяются на легковых автомобилях Volvo, Renault, ГАЗ-24, Москвич и других.
Уплотнение между гильзой и блоком достигается путем установки медной прокладки между отлитым буртом гильзы и плоскостью блока
Ремонт двигателей, оснащенных «мокрыми» гильзами, крайне прост — в блок устанавливается новые пары гильза-поршень, не требующие доработки. Для капремонта даже нет необходимости снимать двигатель, и он может быть выполнен даже в полевых условиях.
«Сухие» гильзы
«Сухие» гильзы запрессованы в тело цилиндра и не имеют прямого контакта с охлаждающей жидкостью. Некоторые производители предпочитают делать алюминиевые блоки с не сменными гильзами методом литья. В этом случае гильзы укрепляются в форме для отливки, которая позже заполняется расплавленным алюминием. Созданные таким образом блоки цилиндров по жесткости от обычных чугунных не отличаются. При необходимости ремонта гильзы растачиваются и хонингуются, как обычные цилиндры. Такую технологию используют для производства двигателей Volkswagen, Land Rover, Honda, Audi, Volvo и ряда других.
«Сухие» гильзы хуже отводят тепло, но их применение позволяет придать блоку цилиндров монолитную жесткость
Применение гильз снимает ограничение с количества капремонтов, которые способен выдержать блок. Теоретически этом можно делать неограниченное количество раз, хотя на деле это никому не нужно, так как кузов автомобиля, к сожалению, не вечен. Так, для обычного блока без гильз допустимо не более 3-4 предусмотренных изготовителем калибров ремонтных поршней. Это ограничивает количество возможных ремонтов. Когда же выполнен последний ремонт и цилиндр больше не подлежит расточке, то «выручают» гильзы, запрессовка которых вновь поднимает ресурс блока на несколько ремонтов.
Установка гильзы в цилиндр
Внутренняя поверхность цилиндра растачивается и тщательно шлифуется перед запрессовкой, такой же обработке подвергают и наружную поверхность гильзы для плотности посадки в цилиндр. Затем гильзы, имеющие, как правило, упорную кромку в верхней части, запрессовываются в расточенный цилиндр с натягом 0.03-0.04 мм.
«Мокрые» гильзы полностью «готовы к употреблению». После запрессовки в блок цилиндров внутреннюю поверхность обрабатывать не нужно, на ней уже есть хон. Сухие гильзы, как правило, нужно растачивать после установки.
Гильзы растачивают и хонингуют строго под определенную группу поршней. Каждый поршень замеряется, и по его замерам идет расточка гильзы. После такой подгонки поршень маркируется по цилиндру и не подлежит установке в другие цилиндры. Кстати, при капремонте гильзованного двигателя рекомендуется покупать так называемые «ПОНы», подобранные в заводских условиях комплекты из гильз, цилиндров и пальцев.
Как исключение можно упомянуть японскую компанию Isuzu, выпускающую двигатели, где в блоке установлены стальные тонкостенные гильзы с покрытием из пористого хрома, не требующие механической обработки.
В двигателях Isuzu гильзы устанавливаются в блок без натяга и удерживаются в теле за счет прижима притянутой болтами установленной поверх головки блока цилиндров.
Гильзы в двигателях с воздушным охлаждением
Для двигателей воздушного охлаждения гильзы цилиндров выполнены по образу мотоциклетных, с ребрами охлаждения. Так как цилиндры должны охлаждаться потоком воздуха, из них нельзя сформировать блок и они устанавливаются на двигатель в виде отдельных деталей.
Гильзы крепятся к картеру (через медные прокладки) посредством невысоких шпилек через специальный опорный фланец или же посредством анкерных шпилек, проходящих сквозь всю головку цилиндров. Головка устанавливается на эти шпильки и затягивается в обычном порядке, прижимая тем самым цилиндры к картеру и обеспечивая герметизацию.
Мотоциклетные двигатели с воздушным охлаждением и стали «донором», давшим миру автомобильные гильзованные двигатели
Для двигателей с воздушным охлаждением гильзы цилиндров изготавливаются либо из одного вида металла (монометаллические), либо из двух металлов (биметаллические).
Монометаллические цилиндры воздушного охлаждения выполняют в основном из чугуна, иногда из стали или из легких сплавов.
Биметаллические цилиндры также выполнены из чугуна или стали, а поверх корпуса отлиты алюминиевые ребра.
Недостатки блоков с гильзами воздушного охлаждения
Двигатели с гильзами воздушного охлаждения очень восприимчивы к температурному режиму и при перегреве «страдают» отпусканием резьбы шпилек крепления цилиндров в алюминиевом блоке. Это ведет к вытягиванию шпильки и разрушению резьбы, что ослабляет затяжку гильзы и вызывает разгерметизацию и потерю компрессии. Попытка подтяжки соединения заканчивается полным выходом посадочной резьбы шпильки из тела картера и последующим ремонтом. Иными словами, допускать перегрева алюминиевого двигателя не стоит ни при каких обстоятельствах.
Запчасти
Полиуретановая вставка амортизатора
Изготовление гильз цилиндров
Гильзы цилиндров (втулки) двигателей внутреннего сгорания в процессе работы испытывают значительные нагрузки от давления газов, термические напряжения от нагрева продуктами сгорания, подвергаются воздействию горячих газов и истиранию.
В соответствии с государственными стандартами гильзы цилиндров изготовляют из серого модифицированного или легированного чугуна с механическими свойствами не ниже, чем у чугуна СЧ 21-40, с твёрдостью НВ не ниже 170-190. Гильзы быстроходных двигателей термически обрабатывают до твёрдости HRC рабочей поверхности не ниже 40. При закалке гильз т.в.ч. глубина закалённого слоя должна быть не менее 1,5 мм.
В форсированных быстроходных двигателях применяются также гильзы, изготовленные из стали с азотированной, цементованной или покрытой пористым хромом поверхностью.
Заготовки чугунных гильз больших размеров отливают в сухие земляные формы. Отливку производят в вертикальном положении буртиком вниз; на верхней части отливки делают прибыль.
Заготовки гильз малых размеров отливают в земляные формы или центробежным способом. В качестве заготовок для стальных гильз применяют катаные трубы.
Последовательность технологического процесса обработки гильзы цилиндра двухтактного двигателя: 1) проверка отливки и разметка; 2) черновая обработка буртика наружной поверхности и пояска, отрезание прибыли; 3) черновое растачивание отверстия и подрезание нижнего торца гильзы; 4) термическая обработка (снятие напряжений или закалка, отпуск и снятие напряжений); 5) чистовое растачивание отверстия; 6) чистовая обработка наружных поверхностей, протачивание уплотнительных канавок, подрезание торцов; 7) завальцовка колец из красной меди; 8) гидравлические испытания; 9) разметка выпускных и продувочных окон; 10) сверление отверстий в углах окон и отверстий для ввода фрезы; 11) фрезерование выпускных и продувочных окон; 12) хонингование зеркала цилиндра; 13) окончательная обработка центрирующих поясков, уплотнительных колец и буртиков.
Литую заготовку после проверки и разметки устанавливают на токарном станке. Прибыльную часть закрепляют в кулачках патрона, с другой стороны в отверстие отливки устанавливают регулируемую вставку, в которую упирается центр задней бабки. На токарном станке производится обдирка верхнего буртика, направляющих поясков и стенок между ними, нижней части гильзы и отрезка прибыли.
Затем гильзу устанавливают направляющими поясками в приспособление, закреплённое на столе расточного станка, и резцовой головкой, закреплённой в борштанге, растачивают отверстия. Чистовое растачивание производят в таком же приспособлении после термической обработки, которая заключается в снятии напряжений или в закалке и отпуске, обеспечивающих повышение твёрдости детали. Фрезерование выпускных и продувочных окон является трудоёмкой операцией, которая выполняется на горизонтально-расточных или вертикально-фрезерных станках, и при значительном выпуске деталей — на специальных станках с несколькими поворотными фрезерными головками.
Окончательно отверстия обрабатывают на хонинговальных станках хоном с раздвижными абразивными брусками.
Целесообразно для упрощения обработки и сокращения трудоёмкости растачивания оставлять на хонингование большой припуск (до 0,5 мм на диаметр), а хонингование производить последовательно тремя наборами брусков: крупнозернистыми (зернистость 40-50), средними (зернистость 12-10) и тонкими (зернистость 4-3).
При хонинговании втулку необходимо закреплять за буртик, чтобы избежать деформации детали и получения овального отверстия.
Чугунные гильзы больших размеров в массовых количествах изготовляются для двигателей широкого назначения. Принятая для обработки гильз технология позволяет выпускать их с небольшой трудоёмкостью.
Последовательность технологического процесса обработки гильз в массовом производстве: 1) растачивание отверстия (черновое); 2) подрезание торцов; 3) протачивание буртика, поясков и наружной поверхности (черновое); 4) закалка зеркала цилиндра т.в.ч.; 5) протачивание и подрезание буртиков, поясков наружной поверхности и прорезание канавок; 6) шлифование поясков; 7) растачивание отверстия; 8) чистовое протачивание буртика, поясков и канавок; 9) развёртывание отверстия; 10) черновое хонингование отверстия; 11) шлифование торца буртика и поясков; 12) чистовое хонингование отверстия; 13) отделочное хонингование отверстия; 14) промывка; 15) контроль.
Отверстие растачивают на многошпиндельном расточном станке наборными зенкерами; оно служит базой для дальнейшей обработки.
Внешние поверхности обрабатывают в несколько приёмов на токарных многорезцовых станках. Гильзу закрепляют на роликовых или разжимных оправках с пневматическим приводом.
После обдирки внутреннюю поверхность гильзы подвергают закалке т.в.ч.
Закалённую поверхность гильзы предварительно растачивают зенкерами или расточными головками, оснащёнными пластинками твёрдого сплава, и затем развёртывают или шлифуют на внутришлифовальных станках.
Окончательная обработка буртика и посадочных поясков должна обеспечить их концентричность и перпендикулярность к оси отверстия. Эти операции производят на токарных или круглошлифовальных станках, в оправках (цанговых или с гидропластом).
Технологический процесс изготовления стальных гильз отличается от технологического процесса обработки чугунных гильз тем, что в данном случае в качестве заготовки детали применяют катаные трубы из стали 35ХМЮА или 38ХМЮА (при азотировании зеркала цилиндра) и из стали 45 или 45Х (при хромировании). Трубы разрезают на заготовки дисковой пилой или на труборезном станке. Длина заготовок равна длине детали с припуском на торцах. Заготовки подвергают нормализации.
Предварительное растачивание и обработку наружных поверхностей гильз производят так же, как гильз из чугуна. Затем деталь подвергают закалке и получистовой обработке. Зеркало гильзы перед азотированием или хромированием шлифуют. Поверхности, которые необходимо обрабатывать после азотирования, покрывают тонким слоем олова. Азотирование производят при температуре 500-560 °С в среде аммиака. После азотирования оставляют припуск (0,15-0,2 мм) на обработку зеркала цилиндра для снятия хрупкого слоя, в котором могут образоваться трещины. После азотирования или хромирования производят чистовую обработку наружных поверхностей, шлифование и хонингование отверстия.
Стальные гильзы обычно имеют тонкие стенки. Во избежание деформации детали её при обработке отверстия зажимают в осевом направлении (за буртик или по торцам), а обработку наружной поверхности производят в точных цанговых оправках или вставных пробках, плотно входящих в отверстие.
Точность отверстия контролируют индикаторными нутромерами, настраиваемыми по эталонным кольцам. Проверку биения наружных поясков и торцов буртиков производят в оправках или контрольных приспособлениях, в которых гильза базируется по отверстию [51].
Изготовление гильз из металла: стали, алюминия
Слово гильза ассоциируется всегда с оружием. Кроме оружейных гильз имеются гильзы цилиндров, применяемые в машиностроении, входящие в состав двигателей для машин и сельскохозяйственной техники. К этим деталям выставляются особые требования. Стенки цилиндра образуют пространство, где идет движение всех деталей двигателя. Создаются особые условия (трение, повышение температуры).
Двигатель внутри создает трение. Все детали должны иметь высокое качество обработки. Во внутрь конструкции попадает газ, повышается температура, усиливается трение. Стенки конструкции быстро изнашиваются. К гильзе предъявляются особые претензии для безопасной работы двигателя:
- обладать высокой прочностью;
- иметь хорошую жесткость;
- обладать износостойкими качествами;
- при трении уменьшать потери;
- поверхность гильзы должна иметь антикоррозийные свойства
- на стыках обеспечивать уплотнение.
Разновидности гильз
Гильзы, по своему назначению, делятся на группы. Применяться как самостоятельные механизмы, использоваться для ремонтных работ. Относятся к таким группам:
- Гильзы цилиндров (мокрые).
- Гильзы (сухие).
- С воздушным охлаждением.
В конструкции с водяным охлаждением ставят (мокрые гильзы). В них находится жидкость для охлаждения, которая отводит излишнее тепло, охлаждая двигатель во время работы. Недостатком является то, что имеет небольшую жесткость. Применяется в грузовых автомобилях и тракторах.
«Сухие» гильзы обладают высокой прочностью. Во время работы внутри двигателя нет охлаждающей жидкости. Производство гильз проводится на станкахпо чертежам с высокой точностью. От этого зависит работа двигателя. Особо сложные детали изготавливаются на заказ. Сухие гильзыхорошо поддаются ремонтным работам. Металлообработка, фрезерование ЧПУ позволяет заменять гильзы без удаления цилиндра.
Для этого существуют такие технологии замены гильзы как расточка, полировка, установка при помощи запрессовки с натягом в блок цилиндра. Материалы для разных видов легковых автомобилей отличаются. Мягкие металлы медь и бронза не применяются. Сталь тоже не всегда используется. В японских машинах гильзы изготавливают из высокопрочной хромированной стали.
Воздушное охлаждение гильзы цилиндров для двигателя. В этих случаях цилиндры выпускают из чугуна. Гильза изготавливается из стали или нескольких сплавов. Такие двигатели получили применение у производителей немецких марок машин. Стоимость их достаточно велика.
Особенности производства
Для изготовления гильз для цилиндров применяется метод центробежного литья. Это позволяет обеспечить высокое качество материала, при этом удаляются различные примеси. Металл проходит термическую обработку, так как в процессе работы подвергается большим температурам. Для повышения стойкости проходит процедуру обработки фосфором.
Все работы, по изготовлению деталей из металла, можно заказать на сайте [email protected].
Стоимость
Для предварительно оценки стоимости изготовление деталей, вы можете посчитать их на калькуляторе
Гильзовка двигателя: смазка для сухих гильз
Гильзовка двигателя является одной из основных технологических операций при проведении капитального ремонта агрегата. Она позволяет восстановить функциональность блока цилиндров путем установки металлических втулок в изношенные цилиндры.
В процессе работы двигателя стенки цилиндров истираются и размер цилиндра увеличивается. Кроме того, на деталях могут появляться повреждения вследствие схватывания поверхностей.
Решением проблемы до определенного момента является установка больших по размеру колец для поршней.
После установки наибольшего размера поршневых колец или при появлении значительных повреждений цилиндра (глубоких царапин), для устранения которых необходимо снять слой металла, устанавливают ремонтные гильзы.
Они представляют собой металлические втулки, который плотно садятся в цилиндр, уменьшая его объем.
Гильзуются как блоки цилиндров, уже загильзованные с завода, так и цельные агрегаты.
Применение гильз позволяет значительно увеличить количество капремонтов блока цилиндров двигателя и сэкономить на замене главного силового агрегата автомобиля.
Двигатель с установленными в блок цилиндра гильзами функционирует на протяжении сотни тысяч километров пробега или более.
В моторы устанавливают «мокрые» либо «сухие» гильзы. Первые имеют уплотнительный элемент, который контактирует с системой охлаждения. Проблем с их монтажом, как правило, не возникает. Детали извлекаются из цилиндра и вставляются в него вручную.
Гильзы цилиндров сухого типа – это металлические вставки, которые не контактируют с системой охлаждения. Они применяются в двигателях средней и малой мощности.
Детали изготавливаются в пресс-формах под высоким давлением из легированных чугунных материалов. Они обладают высокой прочностью, эффективно работают в условиях высоких температур внутри двигателя, устойчивы к трению.
Установка сухих гильз является более трудоемкой и осуществляется одним из двух методов – горячим или холодным (запрессовкой).
Монтаж сухих гильз горячим методом
Так как размер гильзы больше, чем посадочного места, одним из самых эффективных способов монтажа является тепловое деформирование.
Гильза охлаждается в жидком азоте, в то время как блок цилиндров разогревается в печи. После этого втулка легко устанавливается в гнездо, после возвращения к нормальной температуре создается плотная посадка элементов.
Однако этот метод очень трудоемкий. Разогревание всего блока цилиндров и проведение операций с жидким азотом требуют большого количества оборудования и временных затрат.
Поэтому чаще всего гильзы устанавливают холодным методом.
Монтаж сухих гильз с применением сухой смазки
Чтобы запрессовать сухую гильзу, необходимо иметь гидравлический пресс и воспользоваться сухой смазкой. Пластичный или жидкий материалы при гильзовке двигателя использовать не рекомендуется.
Применение смазки необходимо для предотвращения схватываний металла под давлением и появления задиров. Также смазочный слой обеспечивает плавность установки, предотвращает скачки усилий при запрессовке.
На сухие и чистые гильзы наносят сухой адаптивный смазочный материал .
Он изготавливается на основе дисульфида молибдена. После нанесения из аэрозольного баллона на поверхностях формируется слой из порошка, в процессе трения на деталях образуется слой сухой смазки, который отлично разделяет поверхности и облегчает процесс запрессовки гильзы.
После гильзовки излишки смазочного порошка удаляют с помощью сжатого воздуха.
Запрессовка без применения смазки может привести к неправильной установке гильзы относительно цилиндра и повреждению деталей в процессе установки.
Процесс холодного гильзования намного легче и технологичнее, чем горячего, а результат одинаково качественный.