Благодаря плазменному напылению увеличивается срок службы двигателя, а благодаря меньшему потреблению бензина и масла уменьшаются вредные выбросы в атмосферу.

    Рисунок 4 – Поверхность цилиндра с напыленным плазменным покрытием (слева) и увеличенный фрагмент этой поверхности (справа) 

    Рисунок 5 – Принципиальная схема процесса лазерного напыления

    Цифрами обозначены: 1 – водяное охлаждение; 2 – подвод горючего газа;      3 – выходное сопло; 4 – подвод порошка; 5 – плазменный луч; 6 – плазменное покрытие. 
 
 

    Лазерное  легирование рабочих  поверхностей цилиндров.

    Лазерное  легирование представляет собой дальнейший метод армирования кремнием рабочих поверхностей цилиндров. При лазерном легировании рабочая поверхность цилиндра, изготовленного из стандартного алюминиево-кремниевого сплава (AlSi₉Cu₃) блока цилиндров с помощью вращающегося лазерного оптического устройства оплавляется и легируется параллельным подводом порошка кремния (рисунок 6). Тем самым получают тонкий слой с тонко отделённой твёрдой фазой (в основном кремнием) в зоне внутренней поверхности цилиндра. Отверстия цилиндров после лазерного легирования должны хонинговаться, и частицы кремния должны быть раскрыты. Так как размеры частиц малы               (в пределах нескольких мкм), раскрытие интегрированных кремниевых кристаллов целесообразно производить химическим травлением.

    Рисунок 6 – Принципиальная схема процесса лазерного легирования

    Цифрами обозначены: 1 – лазерный луч; 2 – струя порошка; 3 – вращающееся лазерное оптическое устройство; 4 – легированный слой; 5 – оплавляемая зона.

Хонингование  цилиндров ДВС  с покрытием.

    Хонингование  – это одна из форм тонкой обработки  резанием для получения точных круглых отверстий при выдерживании определённого качества поверхности. Речь идёт о применяемом в промышленности методе окончательной обработки отверстий и цилиндров. В зависимости от цели обработки, хонингование служит для получения точных поверхностей с малой шероховатостью, а также для получения супергладких поверхностей (последнее - не для рабочих поверхностей цилиндров двигателей внутреннего сгорания). Процесс хонингования происходит при постоянном соприкосновении поверхностей инструмента и заготовки. Снятие материала происходит при геометрически несвободном резании благодаря собранным в хонинговальных брусках шлифовальным абразивам  (связанное зерно). Хонинговальные бруски помещены в хонинговальных головках, которые можно через зубчатые рейки или конусные механизмы устанавливать радиально и плоскопараллельно; тем самым достигается давление прижима. Хонинговальная головка движется одновременно в радиальном и осевом направлениях. Тем самым возникает характерная для хонингования перекрёстная сетка шлифовочных штрихов. Поэтому хонингование называется также перекрёстным шлифованием. В зависимости от соотношения скорости вращения и скорости подачи получаются более или менее крутые углы хонингования. Для смазки, охлаждения, отвода снимаемого металла и шлифовальных зёрен в процессе хонингования подаётся в больших количествах хонинговальное масло или при обработке серого чугуна - водомасляная эмульсия.

    В отличие от хонингования серого чугуна, шероховатость внутренней поверхности цилиндра у алюминиево-кремниевых рабочих поверхностей не зависит от величины зерна применяемых абразивных брусков и достижимой тем самым глубины обработки (перекрёстная сетка шлифовочных штрихов). Профиль шероховатости определяется размером зерен первичных кристаллов кремния и глубины их раскрытия.

    Для получения безукоризненных результатов  при хонинговании алюминиево-кремниевых поверхностей цилиндров следует тщательно следить за тем, чтобы кристаллы кремния резались чисто и не вырывались из внутренней поверхности. Это достигается только применением подходящих хонинговальных брусков и правильных параметров обработки.

    При последующем раскрытии кристаллов кремния важным является глубина  раскрытия. При механическом раскрытии  зёрна кремния несколько округляются, что положительно влияет на скольжение поршневых колец. При раскрытии  травлением возникающие при резании  острые края кристаллов кремния не округляются, что при приработке ведёт к несколько большему износу поршневых колец.

Хонинговальные  инструменты.

    При обработке алюминия хонингование, а  также процесс раскрытия должны производиться с помощью, так  называемых многобрусковых хонинговальных головок. Для достижения точной геометрии  отверстий требуется от 5 до 8 расположенных по периметру обрабатывающих брусков (рисунок 7). Установка режущих брусков достигается у многобрусковых хонинговальных головок посредством центральной конической раздвижки с гидравлическим или электромеханическим приводом (рисунок 7). Наиболее подходящими являются станки, у которых установка хонинговальных брусков происходит гидравлически, и таким образом возможно очень точное регулирование давления и установки. Механические устройства установки брусков от руки как у вышеназванной головки с зубчатой рейкой (рисунок 8) не позволяют вести установку с требуемой точностью. Поэтому стандартные хонинговальные головки с двумя или четырьмя хонинговальными брусками, раздвигаемыми механически при помощи зубчатой рейки, непригодны для обработки алюминия. Требуемое качество поверхности и геометрию отверстия этим достичь невозможно. Кроме того, при хонинговании алюминия нельзя работать с направляющими планками.

Рисунок 7 - Многобрусковая хонинговальная головка (слева), хонинговальная головка с зубчатой рейкой (справа) 

Рисунок 8 – Многобрусковая хонинговальная головка с гидравлическим или  электромеханическим приводом

    Цифрами обозначены: 1 – карданный шарнир; 2 – хонинговальный инструмент; 3 – кольцевая пружина; 4 – хонинговальный брусок; 5 – хонинговальная головка; 6 – установочный конус. 

    Хонинговальные  бруски.

    По  причине особых требований, предъявляемых при хонинговании алюминиевых рабочих поверхностей цилиндров, применяются только абразивные бруски с алмазами на пластмассовой связке. Твёрдость алмазов обеспечивает точное резание интегрированных в алюминий кремниевых твёрдых фаз. Пластмассовая связка алмазных режущих брусков препятствует возникновению проблем, возникающих при хонинговании алюминия керамическими режущими брусками. Бруски являются самозатачивающимися, то есть пластмассовая связка достаточно прочна для удержания алмазов в процессе хонингования, в то же время она достаточно мягкая, для того, чтобы затупившиеся алмазные зёрна смогли бы свободно удаляться из зоны резания. Выдерживание параметров обработки препятствует разрушению, а также выламыванию интегрированных кристаллов кремния, и поверхность оптимально подготавливается к последующей операции раскрытия.

    Керамические  хонинговальные бруски, применяемые и рекомендуемые при обработке серого чугуна, не обладают требуемыми свойствами, а также требуемой технологической надёжностью. Абразивные средства на керамической связке из карбида кремния или корунда малопригодны для точного и чистого резания кристаллов кремния. Из-за твёрдости кристаллов кремния износостойкости керамических абразивных средств недостаточно для обеспечения достаточной стойкости при высоких результатах обработки. Связка абразивных зёрен керамических хонинговальных брусков слишком твердая для обработки алюминиевых рабочих поверхностей цилиндров. Эффект самозатачивания у керамических хонинговальных брусков, как он проявляется при хонинговании серого чугуна вырыванием или откалыванием затупившихся режущих зёрен, при хонинговании алюминия не наступает. Тупые режущие зёрна остаются в бруске, что ведёт к возрастанию сил резания. Интегрированные в стенке цилиндра кристаллы кремния, составляющие необходимую пару скольжения для поршневых колец, не могут выдержать таких слишком высоких сил резания, поэтому они вырываются и разрушаются. Также, из-за прилипания к хонинговальным брускам алюминия, дело часто доходит до разрушения почти полностью обработанной поверхности цилиндра. Прилипший на хонинговальные бруски алюминий приводит к спиральным царапинам на рабочей поверхности цилиндра. 

    Смазочно-охлаждающая  жидкость при хонинговании.

    В качестве смазочно-охлаждающей жидкости при хонинговании, а также механическом раскрытии кремния может применяться обычное хонинговальное масло. Его вязкость должна быть в пределах от низкой до средней. Высоковязкие (вязкотекучие) хонинговальные масла, а также водомасляные эмульсии не должны применяться в сочетании с рассматриваемыми хонинговальными брусками. Качество и состояние смазочно-охлаждающей жидкости существенно влияют на качество хонингования. Поэтому следует постоянно следить за тем, чтобы масло и масляные фильтры менялись через регулярные промежутки времени.

Параметры обработки при  хонинговании.

    Хонингование алюминия производится при больших оборотах и меньшей подаче. Тем самым получаются более пологие углы. Силы резания, возникающие при хонинговании алюминия гораздо меньше сил резания, возникающих при хонинговании чугуна. Снимаемый алюминий очень мягок, его можно хорошо резать алмазными хонинговальными брусками. Благодаря меньшей твёрдости алюминиево-кремниевого сплава давление на стенку цилиндра не должно быть слишком большим, поскольку это ведет к ухудшению геометрии отверстия. По этой причине ширина хонинговальных брусков составляет примерно половину от ширины стандартных хонинговальных брусков на керамической связке. При одинаковом удельном давлении нажатия брусков при вдвое меньшей ширине хонинговальных брусков, усилие нажатия, которым бруски прижимаются к рабочей поверхности цилиндра, может быть уменьшено вдвое. При этом можно избегать деформаций стенок цилиндра. Операция хонингования алмазными хонинговальными брусками должна длиться, как минимум,  90 секунд на каждый цилиндр. Меньшее время обработки вызывает слишком высокое давление нажатия брусков вкупе с их более высоким износом.

    Для предотвращения замазывания брусков  и улучшения смазки следует прерывать процесс хонингования на некоторое время каждые 30 секунд обработки. Контакт бруска со стенкой цилиндра должен быть прерван. Обработка должна быть продолжена только тогда, когда режущие поверхности вновь хорошо смазываются хонинговальным маслом и промыты. Для равномерного износа брусков в серийном производстве при обработке каждого нового отверстия цилиндра направление вращения хонинговальной головки меняется на противоположное.

    Немецкая фирма MSI Motor Service International предлагает вести процесс хонингования при следующих параметрах обработки (таблица 1).

Таблица 1 – Рекомендуемые  параметры обработки при хонинговании

Продолжение таблицы 1