ホーニングプロセスの理解

砥石で研ぐことは、円筒状ボアの幾何学的および表面仕上げを改善する精密研磨加工プロセスです。研削やボーリングとは異なり、砥石で研ぐのは、接着研磨剤を使用しており、同時に振動し、材料の薄い層を除去する。その結果は、シリンダー壁に微小傷のパターンです。このパターンは単なる装飾的ではありません。それは直接、オイル保持、および性能の長い潤滑に影響を及ぼす重要な機能です。

ホーニングプロセスは、通常、退屈または粗い加工ステップに従います。 テーパー、アウト・オブ・ラウンドネス、および制御された表面テクスチャを生成しながら、他の幾何学的インパフェを修正します。 研磨材の大きさ、石圧、スピンドル速度、および往復速度は、すべての最終仕上げに影響を及ぼします。 高度な近代砥石は、非常に繰り返す結果を達成することができますが、オペレータのスキルとパラメータの選択は不可欠です。 これらの変数の下の点は、オイルの保持と調整の調整の調整の手順の決定に最初にあります。

油保持の科学

シリンダー穴のオイル保持は、ピストンリングがピークに乗るために最小限の摩擦でに乗ることを可能にする間、マイクロスコピック谷(別名「バレーボリューム」とも呼ばれる)で潤滑剤を保持する表面の機能です。 クロスハッチパターンは、穴に沿って油を格納し、分配する毛細血管のネットワークとして機能します。 ピストンの下方にストローク中に、これらの谷に浸るオイルは、表面に窒化され、次の表面に金属を供給する場合には、あまりにも大きな表面が摩耗する可能性があります。 あまりにも大きな衝撃が、その後の摩耗を加速する場合には、余分な表面は、より粗い表面に摩耗する可能性があります。

いくつかのパラメータは、表面仕上げを定量化します: レイ(平均粗さ)、Rz(平均最大高さ)、Rk(コア荒さ深さ)、Rpk(上昇ピーク高さ)、Rvk(還元谷深さ)。 Rkファミリーパラメータは、特にエンジンのボアに関連しています。なぜなら、それらは、石油保持谷から機能的なベアリングエリアを分離するからです。 適切に砥石で研がった表面は、十分なRvkと適度なRkを持ち、オイルを保持し、低Rkを着用し、現代のRkは、この指輪を最小限にするために最小限にすることです。

プラトーホーニングとその利点

従来の砥石で研ぐことは、摩耗が早くても早い傾向にある比較的鋭い面を生成しましたが、当初は高い摩擦を引き起こしました。 プラトーホーニングは、この2ステップのプロセスを使用して、これを対処します。 最初は荒い砥石で研ぐステップは、所望のクロスハッチと谷構造を作り出し、その後、微粉な仕上げステップは、それらを軽く研磨することによってピークを「高原」します。 その結果は、フラットベアリングエリア(フラットプレート)と深い、油貯蔵用の相互接続された谷です。 プラトーホーニングは、従来の摩擦を低下させ、従来の摩擦を低減し、より大幅に改善します。

多くの高性能および生産エンジンは今プラトーの砥石で分類します。例えば、主要なOEMは頻繁に0.2–0.5 μmのRk、0.2 μmの下のRpk、およびガソリン機関のための0.5-1.5 μmのRvkを要求します。ディーゼル機関、より高い操作圧力と、通常少し異なった範囲を要求します。精密なターゲットはリングパックの設計、オイルの粘度および予想されるサービス条件によって決まります。アフター・マーケットのエンジンの建築者は頻繁に電力および信頼性を最大限に高めるのプラトーの砥石を働かせます。

測定の表面の質

一貫性を確保するために、エンジニアは表面をトレースし、荒さパラメータを生成するためにプロファイロメータを使用します。 光学干渉測定とコンフォーカル顕微鏡検査は、より詳細な3D分析にも使用されます。 ISO 4287やISO 13565-2などの標準は、これらの測定がどのように行われるかを指定します。 典型的な測定は、さまざまな深さで材料の対物体欠乏の容積の割合を明らかにするベアリングエリアカーブ(Abbott-Firestone curve)を示すかもしれません。 この曲線は、オイル保持や摩耗を予測するための強力なツールです。

エンジンの潤滑および摩耗への影響

表面仕上げは、エンジン潤滑の3つの重要な側面に直接影響を与えます。 流体力学的フィルム形成、境界潤滑、およびオイル消費。 通常の動作条件下では、ピストンリングとライナーは混合潤滑性で作動し、フルオイルフィルムと直接的なアスパーシティ接触が起こる。 谷は、接触ゾーンに油を供給し、プラトーは負荷を運ぶ。 不十分な谷の容積は、フィルムスタービングと摩擦につながり、熱を発生させ、そして排出物を過剰に摩耗させる。 過剰な油を排出し、排出する。

表面仕上げを最適化する研究では、表面を弱く砥石で研ぐ面と比較して5〜15%の摩擦を低下させることができる。SAE International(2007-01-2673)が発表した研究では、プラトーホーニングが重度のディーゼルエンジンのスキャッフと耐久性を改善したことを実証した。 別の紙(SAE 2014-01-1662)は、油消費を伴うRvkと関連したRvk、0.5μm以下の表面は、不十分なオイル保持のために大幅に高い油消費を持っていたことを示した。 これらの研究は、各用途の適切な結果を得るために適切な結果を得る。

異なるエンジンタイプの設計検討

ガソリン対ディーゼルエンジン

ガソリンエンジンは、通常、より高いRPMとライターの負荷で実行されるので、少し細かい仕上げ(ローワーRk、適度なRvk)は、低摩擦と油制御を促進します。 ディーゼルエンジン、ピークシリンダー圧力と低速ピストン速度で、より深い谷(より高いRvk)を必要とし、油が拭くことなく高負荷の下で入手可能である。 多くの近代的なディーゼル機関は、プラズマトランスファーワイヤアーク(PTWA)スプレーまたは熱バリアコーティングを使用するが、重要なコーティングの後、重要なコーティングを保留します。

高性能・レーシングエンジン

レースエンジンは、多くの場合、電力と速度の限界を押し、最小限の摩擦と最大の信頼性を要求します。 彼らは頻繁に低Rpkと慎重に最適化されたRvkで非常に細かい仕上げを使用します。 一部のビルダーは、Rkと0.15〜0.3μmと0.6〜1.0 μmのRvkを採用しています。 しかし、レーサーは、多くの場合、低粘度オイルを使用しており、スターベーションを防ぐための異なる谷のボリュームが必要です。 試験と経験は、最終仕様をガイドします。

一般的なホーニング・ミステークとピトルズ

1つの頻繁な間違いは余りに良い終わりの砥石で研ぐステップのための屑を使用して、十分な谷の容積を欠く非常に滑らかな穴を作り出します。リングはそれから穴を艶出し、オイルの焼却およびパワー損失に導くかもしれません。もう一つの間違いは矛盾する横断面の角度です;最適角度は30°から60°までピストン打撃に、45°の相対的に範囲を、です。Tooowは角度がオイルのポンプを、また角度を急な減らしますが摩耗を増加させます。また、磨かれる粒子を十分に残すために磨かれることを十分に引き起こすために。

不適切な石圧または冷媒流を不十分なことは、熱損傷を引き起こすか、谷を除去する表面を燃やすことができます。各エンジンの種類と材料(鋳鉄、ライナー付きアルミニウム、またはニケイルコーティングされたボア)は、独自のホーニングレシピを必要とします。例えば、アルミニウムボアは、ダイヤモンド研磨剤とより低い圧力を要求し、臭いを避ける。

現代のホーニング技術

最近の進歩には、ツールが1ストロークで放射状に拡大し、工程内測定に基づいてリアルタイムでパラメータを調整するCNC制御砥石装置が1回ずつ拡大するシングルパスホーニング(別名「ブラシホーニング」とも呼ばれます)が搭載されています。これらのシステムは、近接の穴の幾何学的形状と一貫した表面テクスチャを生成できます。さらに、レーザー表面テクスチャリングは、オイル保持を強化するカスタマイズされたマイクロディンプルを作成する方法として探求されていますが、コストのためにニッチのままです。車両の電動コンプレッサー(EVF)は、さらに、ボーリングをなくし、さらには、さらには、オイル保持を強化するような方法として探知しています。

もう一つの新興技術は、CVDダイヤモンドツールで「構造化掘削」され、穴や溝の注文パターンを生成します。しかし、クロスハッチで伝統的なホーニングは、ほとんどの内部燃焼エンジンにとって最も費用対効果が高く実証済みの方法です。

コンテンツ

油保持とエンジン潤滑に関する表面仕上げの衝撃は、過度にすることはできません。 十分に実行された砥石操作は、エンジンの動作条件とリングパックの設計に調整された、摩擦と摩耗に対するオイル保持能力のバランスをとった表面を作成します。 エンジンは、Rk、Rvk、Rpk、クロスハッチ角度、およびプラトー特性の特定のパラメータを考慮する必要があります。 エンジンが、これらの研究機関の規制や組織の詳細な分析のために、より詳細な研究を行うために、Rk、Rpk、Rpk、クロスハッチ角度、およびプラトー特性を考慮する必要があります。 詳細については、エンジンの動作条件とリングパックの設計に調整されています。 SAEエンジンの要件と、これらの技術は、これらの技術は、組織の要件を把握し、技術要件を把握し、技術要件をする必要があります。

測定基準のガイダンスについては、軸受面積のカーブ定義のISO 13565-2に相談し、SAE 2007-01-2673 paperをプラトーホーホーニング効果で検査する業界事例を調べます。また、STLEは表面テクスチャと潤滑に関する教育材料を提供しています。これらの原則を適用することにより、エンジンビルダーは最適な性能と耐久性を達成することができます。