Su Kien 2016

Công nghệ mài khôn nóng – giải pháp gia công cơ khí trong ngành chế tạo ô tô

Thứ tư - 10/05/2017 23:26
Công nghệ mài nóng (hot honing) hiện nay được áp dụng rất rộng rãi trong ngành chế tạo ô tô nhằm nâng cao hiệu suất động cơ, giảm khí thải, thân thiện môi trường và tiết kiệm nhiên liệu.
Để nâng cao chất lượng bề mặt xy lanh động cơ, kỹ sư công nghệ thường thiết kế ở những nguyên công cuối là nguyên công mài (mài khôn, mài khôn kim cương hoặc mài khôn đỉnh phẳng). Chất lượng bề mặt sau các bước gia công này rất cao, tuy nhiên điều đó vẫn chưa làm thỏa mãn các nhà sản xuất động cơ, nhất là các sản xuất động cơ xe đua. 
Trong thế giới cạnh tranh của đua xe ô tô, thành công thường được tính bằng giây. Các đội xe đua hàng đầu luôn luôn tìm kiếm ngay cả những sự thay đổi nhỏ nhất mà nó có thể làm nên sự khác biệt giữa một chiến thắng và một sự khởi đầu khác. Để xác định rõ lợi thế đó, những kỹ sư chế tạo động cơ có hiệu suất cao và những nhà cung cấp, liên tục tìm kiếm các phương pháp và vật liệu nhằm tiếp cận, nhưng không thể vượt quá, các nguyên tắc của hiệp hội xe đua NASCAR (National Association for Stock Car Auto Racing) và các hội đồng khác. Kết quả của những nỗ lực này là công nghệ mài khôn nóng (hot honing) ra đời, được phát triển bởi công ty C-K Technologies với sự hợp tác với công ty Sunnen Products Co (Mỹ). Ngày nay các nhà sản xuất động cơ đều công nhận đây là công nghệ hàng đầu trong chế tạo động cơ xe đua. Thân máy được gia công từ phôi đúc thường có ứng suất bên trong. Khi có sự thay đổi của nhiệt độ, các ứng suất này gây nên sự thay đổi về cấu trúc và kích thước. Đối với các động cơ, khi vận hành, nhiệt sinh ra trong quá trình cháy sẽ làm biến dạng các xy lanh. Do có sự biến dạng này nên kích thước và hình dáng của xy lanh bị thay đổi trong một mức độ nhất định và độ đồng tâm của xy lanh sẽ không được đảm bảo. hình 1 minh họa sự biến dạng của xy lanh khi làm việc.
Hình 1. Biến dạng nhiệt của xy lanh khi làm việc
Vấn đề nhiệt rất quan trọng trong đua xe. Trong quá trình đua, khi thân động cơ đạt nhiệt độ vận hành thì hình dáng của lỗ xy lanh bị thay đổi dưới một mức độ biến dạng mà nó có thể có một tác động tiêu cực đến chất lượng làm kín của sec-măng và xảy ra hiện tượng “rò rỉ mã lực- horsepower leakage” kết quả là làm giảm công suất động cơ. Để làm giảm mức độ biến dạng này, người ta cố gắng gia công xy lanh động cơ ở điều kiện thân động cơ bị nung nóng và xy lanh bị biến dạng dưới một mô men nào đó sinh ra bởi nhiệt. Đây chính là vấn đề cơ bản của mài khôn nóng. Người ta sử dụng một khối kim loại để chất tải phía trên thân động cơ đóng vai trò như là nắp quy-lát (torque plate). Tấm này có các lỗ tương ứng với các lỗ xy lanh để đầu mài khôn xuyên qua khi mài. Bên trong tấm cũng có các khoang nước làm mát như trong nắp quy-lát. Người ta cho chất lỏng đã được đun nóng tới nhiệt độ 220 ° F (104 °C) chạy tuần hoàn từ lối vào của đường nước làm mát của động cơ và thoát ra ở lối xả. Chất lỏng này cũng được đưa vào bên trong, lượng nhiệt sinh ra từ chất lỏng này sẽ làm cho xy lanh bị biến dạng. Vậy điều kiện nhiệt độ của thân động cơ khi gia công lỗ xy lanh gần giống với điều kiện làm việc của nó. Do đó quá trình mài khôn sẽ tạo ra kích thước xy lanh gần giống với kích thước xy lanh ở điều kiện vận hành.
Hình 2. Torque plate dùng để gia công động cơ 4 xy lanh
Thiết bị để mài khôn nóng bao gồm:
- Máy mài khôn CNC do hãng Sunnen cung cấp và các thiết bị đi kèm cho mài khôn nóng.
- Tấm Torque plate.
-  Hệ thống cung cấp chất lỏng nóng.
Hệ thống cung cấp chất lỏng nóng bao gồm thùng đựng chất lỏng, bơm và hệ thống điều chỉnh nhiệt độ chất lỏng. Chất lỏng có thể là dầu khoáng hoặc dung dịch e-mun-xi. Nhiệt độ của chất lỏng phải được điều chỉnh trong một khoảng rộng nhằm đáp ứng yêu cầu gia công các bước khác nhau cũng như các loại động cơ khác nhau. Hệ thống này được lắp bên ngoài máy mài khôn.
Hình 3. Hệ thống cung cấp chất lỏng nóng
  Một số ưu nhược điểm của công nghệ mài khôn nóng:
- Nâng cao độ chính xác kích thước và hình dáng của lỗ xy lanh.
Hình 4. Độ chính xác khi làm việc trước khi mài khôn nóng (trái) và sau khi mài khôn nóng (phải)
- Nâng cao độ kín khít giữa xéc măng và xy lanh. Kết quả là động cơ có xy lanh được mài khôn nóng khi hoạt động thải ra ít mùi và khói hơn so với loại không được mài khôn nóng.
- Hiệu suất của động cơ tăng 1-2%. Giả sử công suất của động cơ là 448kW thì nhờ mài khôn nóng công suất tăng thêm 4,5 – 8,9kW. Con số này cũng đáng quan tâm  khi công suất của động cơ trong các cuộc đua thường cố định.
- Chi phí cho mài khôn nóng cao hơn so với mài khôn thường do phải chế tạo thêm tấm torque plate. Bên cạnh đó việc sử dụng hệ thống cung cấp chất lỏng cũng làm tăng chi phí đầu tư ban đầu cũng như chi phí khi gia công.
- Thời gian gia công nhiều hơn so với mài khôn thường do phải lắp tấm torque plate và hệ thống tuần hoàn chất lỏng nóng.

Tác giả bài viết: Văn Thành

Tổng số điểm của bài viết là: 5 trong 1 đánh giá

Xếp hạng: 5 - 1 phiếu bầu
Click để đánh giá bài viết

Những tin mới hơn

Những tin cũ hơn

Bạn đã không sử dụng Site, Bấm vào đây để duy trì trạng thái đăng nhập. Thời gian chờ: 60 giây