Зачем обрабатывать седла клапанов?

Одна из самых распространенных операций в практике современной мастерской по ремонту двигателей внутреннего сгорания – восстановление седел клапанов. На первый взгляд, это сделать довольно просто, особенно в сравнении с прочими операциями по ремонту головки блока цилиндров.

На самом деле очень сложно выполнять подобную работу и постоянно выдерживать параметры, которые имеют решающее значение для надлежащего уплотнения клапана. В этой статье мы расскажем, как и для чего обрабатывать седло клапана. Мы покажем все важные особенности, чтобы вы лучше поняли, почему этот процесс часто заканчивается неудачей.

Знаете ли вы, что рабочая температура тарелки выпускного клапана в бензиновом двигателе меняется от 500 до 800°С, в зависимости от нагрузки и рабочего такта? Знаете ли вы, что примерно 75% тепла снимает с тарелки клапана именно седло, а оставшаяся четверть тепла рассеивается в окружающую отливку головки блока, направляющие втулки, клапанные пружины и т. д.? Знаете ли вы, что когда двигатель работает на 6000 об/мин, клапан открывается и закрывается 50 раз в секунду? 

Поэтому остаются ничтожные доли секунды для надежного уплотнения камеры сгорания и передачи тепла от клапана, не так ли? Если клапан не имеет возможности рассеивать это тепло через седло, то его избыток достанется другим деталям, расположенным рядом, и вызовет различные дефекты и неисправности, такие как износ направляющих втулок, поломка самого клапана и др.

Итак, биение рабочих фасок седла является основной причиной, влияющей на его износ. Несомненно, есть и другие факторы, играющие не столь важную роль. Но мы упомянем и про них.

Почему седло клапана выходит из строя?

• На первом месте – эксцентриситет седла клапана, то есть седло не сцентрировано (не концентрично) по оси отверстия в направляющей втулке клапана.

• Другая причина неисправности седла – седло не перпендикулярно оси отверстия в направляющей втулке клапана.

В обоих этих случаях повреждения седла клапана могут быть схожими.

Какие еще проблемы могут привести к утечке газов в зазор между клапаном и седлом?

• Некачественная обработка рабочей фаски седла клапана. Одной из причин может стать биение, возникающее из-за неправильной подачи или скорости резания. По этой причине резец станка начинает вибрировать, количество материала, срезаемого с поверхности седла, становится неравномерным, и фаска получается «кривой».

• Нечто подобное может произойти и при шлифовании седел, – по причине разрушения рабочей поверхности шлифовального круга или смещения круга от оси седла из-за «засаливания» круга продуктами обработки.

Какое влияние оказывает твердость материала седла?

• Седла клапанов в некоторых двигателях имеют очень высокую твердость. Подобные седла, сильно изношенные или «выбитые», требуют для восстановления большего съема материала. Для этого нужен мощный станок, специальные резцы и тщательно подобранный режим резания. Несоблюдение этих условий неизбежно приведет к биению фасок седла, поломке инструмента, а в самом тяжелом случае – к срыву обрабатываемой головки блока со станка.

Как правильно определить причину образования биения седла после обработки?

• Если станок работает нормально, то биение седла, скорее всего, вызвано неправильно подобранным режимом резания.

• Если при измерении биения седла максимальное и минимальное отклонения всегда находятся в одном и том же месте, проблема, скорее всего, связана со станком.

• Если биение седла является случайным, проблема может заключаться в неправильной заточке инструмента, ошибках рабочего – при центрировании инструмента, подходе при резке или оценке материала седла.

Как мы говорили ранее, существуют и другие факторы, которые влияют на нормальную посадку клапана в седло. В частности, это усилие клапанной пружины и зазор между стержнем клапана и направляющей втулкой.

• Усилие пружины: если пружина слишком слабая, клапан при соприкосновении с седлом отскакивает. При этом уменьшается теплопередача от клапана к седлу. По мере увеличения оборотов двигателя возможность «отскока» увеличивается.

Имейте в виду, что не только пружина «управляет» инерцией клапана. В зависимости от конструкции конкретного двигателя инерция клапана сильно зависит от перемещения рокеров, работы систем регулировки фаз, массы толкающих штанг и прочих деталей привода клапанов.

• Зазор между стержнем и направляющей: если зазор слишком велик, то клапан будет разбивать седло, так как угол, при котором клапан садится на место, сильно меняется – в зависимости от режима работы двигателя. Чем больше зазор, тем больше биение седла.

Итак, каков оптимальный способ механической обработки седла клапана?

Сейчас существует много вариантов: от притирки и шлифования до точной обработки профиля седла на станке с ЧПУ, с использованием «многоугольных» фрез или однорезцовых. Есть превосходные полуавтоматические станки, чрезвычайно эффективные при обработке седел, делающие все операции намного проще.

Если вы владелец мастерской, то вы должны рассмотреть все варианты и определить, что лучше всего соответствует вашим потребностям. Режущий инструмент (фрезы или резцы) обеспечивают постоянную ширину седел, но они могут быть дороже, чем шлифовальные круги, и когда понадобится обработать седло с новым профилем, вам придется заказывать дополнительные резцы.

То же самое можно сказать и про использование станка с горизонтальным или вертикальным шпинделем. Поэтому все эти вопросы надо рассмотреть для себя сразу. В противном случае вам потребуется множество разнообразного и специального инструмента, а также различные навыки при обработке. В итоге всё это приведет к удорожанию ремонта двигателя.

Обработка седла клапана одним резцом является альтернативой обработке многолезвийной фрезой, поскольку вы можете создавать разные профили седла, различной ширины и под разными углами единственной резец-головкой. Причем она проще в настройке и работе. Как правило, чем более совершенным является оборудование, тем лучше должна быть квалификация рабочего, тем выше стоимость самого станка и инструмента. Но и производительность в этом случае становится выше.

Так или иначе, ваш выбор должно предопределить то, что конкретно требуется вашим клиентам. Главное, что надо обеспечить – качество, умеренную цену и сроки выполнения работ. Это именно то, от чего надо отталкиваться. Посмотрите «живое» оборудование, походите по магазинам или отраслевым выставкам. Это поможет вам составить список необходимого именно вам оборудования.

Но основой всему должен стать мерительный инструмент. Ведь только точное измерение биения фасок седла покажет, насколько эффективно соблюдается технология и используется оборудование. Допуски на биение седла клапана зависят от диаметров стержня и тарелки клапана, углов фасок седла и т.д. Обычно подобные допуски указаны в спецификации на двигатель, но отклонение более 0,05 мм является уже неприемлемым. А для большей части современных моторов и этого очень много.

Независимо от того, как обработаны седла, вы выбираете нужный инструмент и технологические операции для достижения желаемой цели – минимального биения. 

Здесь мы приводим короткий список причин, которые могут вызвать проблемы с биением:

• Изношенный режущий или шлифовальный инструмент.

• Заточка, которая на самом деле отнюдь не улучшает режущий инструмент.

• Станок ненадежно выставлен на своем фундаменте. Этот момент обычно не воспринимается всерьез как причина проблем с биением, но вибрация станка во время работы не позволит получить хорошего качества обработки.

• Резец-головка должна быть закреплена так, чтобы она не могла смещаться или вибрировать при обработке седла.

• Если станок подключен к пневмосистеме, то стоит обратить внимание на качество, объем и давление поступающего воздуха.

В заключение хотелось бы напомнить, что нужно проводить регулярные обслуживание и ремонт своего оборудования – это залог успеха вашего бизнеса: ведь исправное оборудование многое говорит о вас как о бизнесмене.