autoExpert


autoExpert » СТАТЬИ » Автокомпоненты » Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностях

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностях

В одном из предыдущих номеров журнала autoExpert мы писали, как и какие поршни Nural производятся на заводе корпорации Federal-Mogul в турецком городе Арсланбей. В том же туре мы посетили и завод по производству поршневых колец и гильз GOETZE. Итак, о производстве этих высокотехнологичных деталей - в подробностях…

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностях

Federal-Mogul Sapanca
Завод в Сапанке был построен в 1976 году. В 1979 он подписал лицензионное соглашение с немецкой компанией Goetze (эта марка - "старейшина" в семействе автомобильных компонентов, ее родословная ведется с 1887 года, и первое в Европе хромированное поршневое кольцо было именно марки GOETZE). В 1982 на заводе в Сапанке запустили производство поршневых колец и гильз, а с 1987 началась череда приобретений и инвестиций. Сначала завод был приобретен компанией Goetze, позже были внутренние турецкие инвестиции, а в 1998 предприятие покупает трансконтинентальная корпорация Federal-Mogul, сохранив марку Goetze. В 2008 завод был подвергнут основательной реорганизации и модернизации, что помогло предприятию соответствовать требованиям, которые выдвигают ведущие производители автомобилей.

Это - ведущий завод корпорации Federal-Mogul по производству гильз для грузового транспорта, несмотря на то, что конструкторское бюро находится в Буршайде, Германия. Это самое высокотехнологичное в Европе производство поршневых колец и гильз цилиндров. Завод имеет все необходимые сертификаты качества и множество наград от производителей. Заказчиками продукции являются как самые именитые производители двигателей - Audi, BMW, Ford, Renault, Mercedes-Benz, Smart, Aston Martin, Volkswagen, Fiat, Alfa Romeo, Honda, Iveco, PSA (Peugeot-Citroen), Nissan, Isuzu, MTU, CNH, MAN, Volvo Truck, так и компании-конкуренты Federal-Mogul.

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностяхМарка GOETZE берет свое начало в 1887 г. Основанная Фридрихом Вильгельмом Гетцем в г. Буршайде, Германия как небольшая мастерская, занимавшаяся изготовлением медных уплотнений для паровых вентилей. Компания быстро развивалась, и к началу 20 столетия компания "Friedrich Goetze" имела в штате прядка 100 человек и специализировалась на производстве поршневых колец, медных и медно-асбестовых уплотнений и других технических прокладок, славившихся качеством на всю Германию. На сегодняшний день Goetze является одним из самых известных имен в автомобильной промышленности. С 1998 года маркой и ее производственными мощностями владеет компания Federal-Mogul, поставляя на первую комплектацию технически передовые компоненты, позволяющие значительно снизить расход топлива, масла и вредные выбросы в атмосферу. Компоненты для вторичного рынка полностью соответствуют характеристикам деталей OE: поршневые кольца, гильзы цилиндров, болты головки блока цилиндров и широкий ассортимент уплотнений, начиная от сальников клапанов и заканчивая полными комплектами прокладок и уплотнений для ремонта двигателя.

Производительность завода - 7 миллионов гильз цилиндров, 25 миллионов поршневых колец и 15 миллионов вставок в поршни для верхнего поршневого кольца.

Завод производит три типа гильз - два типа "сухих" и один "мокрый", и все виды поршневых колец с несколькими типами покрытия: хромированные, хром-молибденовые и хром-керамические. Предприятие - с полным циклом производства. Процесс изготовления и поршневых колец, и гильз начинается с литья.

Сколько заводов Federal-Mogul в Турции?
Есть еще четвертый завод Federal-Mogul в Турции - кроме этого и двух по производству поршней. На нем производят только гильзы одного типа по технологии S-cast для последующего производства блоков цилиндров. Он работает исключительно на конвейеры автопроизводителей.

Цех литья
Заготовки (трубы) для гильз отливаются в металлических формах по 2 метра длиной, у которых температура плавления выше, чем у расплавленного металла гильзы.

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностяхFederal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностях

Заготовки для колец отливают методом стопочной заливки на карусельной машине, когда несколько литейных форм располагаются горизонтально одна над другой. Внутренняя поверхность форм - из специального песка с добавкой химических элементов, чтобы придать ему определенные свойства и не допустить разрушения, а также для облегчения отделения отливки от формы. Формы для гильз также используются только со специальным покрытием.

Далее готовые отливки (заготовки для гильз перемещаются с поста на пост тщательно защищенными от пыли "руками" роботов KUKA), очищаются, распиливаются и поступают в свои цеха для последующей механической обработки. Но заготовки для колец перед этим еще проходят термическую обработку в печах для увеличения или уменьшения твердости в зависимости от требований технологии.

Контроль качества материалов
Заложить в плавильную печь идеальное количество ингредиентов с идеальным качеством - не реально, ведь для каждой позиции сырья (металл, прочее…) есть минимум два одобренных поставщика, да и сырье имеет допуски. Поэтому в лаборатории при литейном цехе приходится проверять образцы, взятые из печи прямо во время "варки" сплава и корректировать его состав добавлением необходимых химических элементов, чтобы получить материал нужного качества. После того, как он готов, здесь проверяют его физические и химические свойства. Делается спектральный анализ, анализ на твердость, на прочность, на разрыв.

Весь процесс варки партии занимает часа три, а измерения образцов - минут пять. Все очень оперативно.

В нашем присутствии испытали металл для производства гильз на разрыв - при норме в 3200 кг разрыв произошел при усилии 3450 кг.

Отлитые заготовки после первичной механической обработки еще в литейном цеху разрезаются на несколько пока еще крупных частей, собираются в кассеты и поступают в цех, где им предстоит стать готовой продукцией после ряда токарных и других операций впечатляющей сложности.

Сначала делается обработка боковых сторон, а потом - внутренней и наружной стороны.

Самый первый этап - блок-упаковка из колец обрабатывается одновременно двумя резцами изнутри и снаружи. Наружный резец при этом придает наружной грани уже готовую рабочую конфигурацию. При этом вращение происходит эксцентрично. В итоге эта промежуточная заготовка получается не только овальной формы, а и с разной толщиной кольца, чтобы, когда кольцо разрежется, тангенциальные силы, которые распирают кольцо в цилиндре, были одинаковыми. А вырезав впоследствии небольшую часть кольца в нужном месте - получают кольцо, которое после сжатия до соприкосновения торцов будет иметь форму идеальной окружности, соответствующей форме гильзы. Вот так все сложно и просто одновременно!

Пока не придана форма рабочей поверхности кольца - сечение у кольца прямоугольное.

Далее происходит обработка торцов кольца в месте разреза. Точностью обработки торцов задаются размеры теплового зазора колец.

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностяхFederal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностях

Кольца. Дебри механообработки
Поршневые кольца работают в жесточайших условиях и агрессивной среде, давление на поршень достигает показателей порядка 100 кг/см2, температура горения топливовоздушной смеси достигает 1400 градусов, на кольцо действуют огромные нагрузки, хуже чего только то, что эти нагрузки знакопеременные в связи с характером движения поршня. И в этих условиях поршневые кольца должны не просто сохранять заданные им качества, но и не могут даже просто вибрировать, ведь такая вибрация ведет к прорыву газов в картер двигателя и может закончиться поломкой колец. Малый размер колец наряду со столь жестким перечнем требований к ним как раз и приводит к тому, что само по себе изготовление поршневых колец сродни искусству, а изготовление качественных колец в массовом порядке требует серьезной технической базы и квалифицированного персонала.

Далее необходимо нанести гальваническое покрытие на рабочую поверхность колец. Именно на рабочую поверхность, боковые поверхности остаются без покрытия. Чтобы выполнить такую операцию, кольца снова собирают в пакеты, нанизывая их на шест с резьбой, края закрывают шайбами, сжимают кольца до соприкосновения торцов и стягивают гайками всю эту конструкцию-тубус. При этом перед сжатием торцы кольца в разрезе покрываются специальным лаком, чтобы заполнить возможные микрорасстояния и получить гарантированно герметичную конструкцию. После зачистки от высохших подтеков лака эта герметичная упаковка погружается в гальваническую ванную для нанесения покрытия, которое таким образом образуется только на рабочей поверхности колец.

Далее следуют различные токарные операции по приданию кольцам нужного сечения, а в конце их снова собирают в кассеты, вставляют в специальные гильзы и подвергают то ли притирке, то ли шлифованию поверхности после хромирования - как хотите, так и называйте этот процесс, похожий на хонингование цилиндров.

В маслосъемных кольцах сверление маслоотводящих отверстий происходит одновременно 48 сверлами, при необходимости станок может быть перенастроен на 72 сверла! Кольца подаются в станок по-одному.

В целом, основные операции такие. Кольцо готово.
Среди потребителей бытует мнение, что большее кольцо более дорогое по цене, потому что в нем материалов больше. Нам объяснили, что в себестоимости кольца стоимость материалов 3-5%, все остальное - стоимость обработки и гальванического покрытия. Соответственно, кольцо дешевле доработать, если возможно, чем тратиться на гальванику для нового кольца.

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностях

О цветной маркировке колец
Специалисты на СТО часто говорят, что поскольку в оригинальной упаковке кольца с цветной маркировкой - то дайте нам такие же! Однако цветная маркировка ничего не имеет общего с качеством. Оказывается, она наносится исключительно по запросу ОЕ-производителей для нужд по отслеживанию продукции.

Еще кольца, устанавливаемые при первичной комплектации, не имеют фосфатирования, а в афтемаркете - имеют, потому что это покрытие защищает от коррозии, на случай, если на складах клиентов не будут соблюдены правила хранения.

В афтемаркете можно встретить кольца без фосфатирования - некоторые торговые марки-упаковщики с целью удешевления просят завод произвести кольца без фосфортирования.

Семь раз отмерь… и раз продай
Непосредственно в производственном цеху проводится четыре операции проверки: проверка закрытого замка, проверка правильного позиционирования (определяется правильная верхняя сторона кольца), проверка высоты кольца и проверка правильности лазерной маркировки кольца.

Интересно было увидеть, как решен вопрос сортировки колец при проверке. Машина напомнила сказку про Илью Муромца, у которого от камня вело три дороги: направо пойдешь - в утиль попадешь, налево - в доработку, прямо - в упаковку. Три пути указывают три сопла со сжатым воздухом с углами друг относительно друга в 45 градусов. В зависимости от результата проверки кольцо сдувается одним из сопел.

Мы поинтересовались, сколько обычно бывает бракованных колец. Нам ответили, что иногда ноль, иногда 10-20 на 1000 шт.

Финальный контроль качества продукции происходит в отдельном помещении, где за столами работают несколько десятков человек и визуально проверяют ВСЕ кольца. Сотрудники, выполняющие эту работу - только женщины. Почему женщины? Они более щепетильные и внимательные в такой монотонной работе. Процедура полного визуального контроля всего кольца подробно описана системой сертификации ISO. Процент брака на визуальном контроле - еще 2%. Согласитесь, такой процент испортил бы репутацию бренду.

В самом конце все кольца еще раз проверяются автоматическим устройством для дополнительного контроля правильной маркировки верхней поверхности кольца.

Кольца и вызовы автопрома
Материалы и технологии, применяемые при создании двигателей, таят немало резервов для повышения топливной экономичности автомобиля и снижения эмиссии отработавших газов, в частности, выбросов CO2. В Federal-Mogul заявляют, что знают, как использовать эти резервы.

Точнейшая геометрия для сопрягающей посадки поршня в цилиндр, стойкость к непрерывно растущим температурам, давлению, динамическим нагрузкам, минимизация трения и износа сопрягаемых пар - все это лежит на них, кольцах. А значит, они тоже требуют инновационных решений и прецизионных технологий.

Нормативы стремительно стареют и технологии просто обязаны опережать их. Всем известный пример: топливо, служившее естественным смазочным материалом, перестает быть таковым. Причина - в резком снижении содержания серы в угоду экологическим показателям. Значит, сегодняшние поршневые кольца обязаны работать при меньшем количестве смазки. И это при непрерывном росте мощности, снимаемой с единицы объема двигателя!

Эти и многие другие противоречия на предприятиях Federal-Mogul разрешают более 200 ученых, инженеров и других специалистов, занимающихся разработкой и испытанием поршневых колец. Работа ведется по нескольким направлениям. Магистральными являются два: совершенствование геометрии и разработка новых материалов для колец и для их покрытий.

Свойства, необходимые для материала кольца и его покрытия, могут существенно отличаться от двигателя к двигателю, поэтому эффективным методом является оптимизация каждого элемента в отдельности. Для поршневых колец компания Federal-Mogul разработала ряд уникальных материалов и вариантов покрытия, которые уменьшают трение и повышают долговечность.

Обычно для изготовления поршневых колец дизельных ДВС используется высокопрочный мартенситный серый чугун с шаровидным графитом. Он достаточно пластичен и имеет предел прочности (временное сопротивление) около 1200 МПа. Новый литейный стальной сплав GOE70, разработанный инженерами Federal-Mogul, имеет мартенситную основу с включениями карбида хрома и может похвастать пределом прочности не менее 1800 МПа. Подвергнутый азотированию, этот материал приобретает высокую износостойкость и твердость поверхности по Виккерсу 1300 HV.

Поршневые кольца. Функции и требования
Основное назначение поршневых колец - уплотнение: обеспечить, чтобы высокая температура и давление, возникающие в процессе сгорания топлива, оставались в камере сгорания, а масло не попадало туда. Кроме того, кольцо должно отводить тепло от поршня и регулировать процесс смазки.

Обычно комплект состоит из трех колец:
1. Верхнее компрессионное кольцо часто изготавливается из стали, чугуна с шаровидным графитом и литейного чугуна, эти кольца удерживают топливовоздушную смесь в камере сгорания.
2. Второе компрессионное кольцо обычно изготавливается из чугуна с шаровидным графитом и литейного чугуна, эти кольца выполняют двойную функцию: они играют роль как компрессионного, так и маслосъемного кольца.
3. Маслосъемное кольцо может изготавливаться из чугуна с шаровидным графитом и литейного чугуна, однако для многоэлементных колец используется сталь. Эти кольца регулируют количество масла, необходимого для смазки верхнего и второго колец.

Тенденции в технологиях создания поршневых колец
• Уменьшение ширины кольца - из-за уменьшения размеров двигателей, облегчения поршней и снижения расстояния от днища поршня до оси поршневого пальца.
• Снижение веса колец - для повышения оборотов и устойчивости двигателя.
• Снижение напряжения в кольцах - из-за необходимости уменьшить потери на трение.
• Металлургические аспекты производства колец - существует тенденция к использованию высокопрочных сплавов, таких как чугун с шаровидным графитом и сталь. Это позволяет противостоять высоким температурам, возникающим при сгорании обедненного топлива, и из-за более высокого расположения колец на поршне для снижения выбросов в атмосферу.

Покрытие рабочих поверхностей
Хромирование, CR. Электроосажденное твердое хромовое покрытие сочетает в себе прекрасную износоустойчивость с высокой устойчивостью к задирам. Этим объясняется превосходство хромированных колец по сравнению с кольцами без покрытия и кольцами с обработанной поверхностью.

Молибденовое покрытие, MOL, MO. Чтобы не допустить задиров, края кольца покрывают молибденом. Такое решение продемонстрировало превосходные результаты. Молибден отличается очень высокой температурой плавления (2620°C) и хорошей теплопроводностью - эти показатели определяют его высокую устойчивость к задирам и износу.

Плазменное напыление, PS. Все большее распространение получает плазменное напыление, обладающее высокой прочностью, высокой устойчивостью к износу, задирам и разломам, и при этом вызывающее лишь незначительный износ цилиндра.

Фосфатирование, P. Этот процесс используется для ускорения и улучшения приработки колец. На поверхности кольца с помощью химической обработки создаются кристаллы фосфатов. Также фосфатирование используется для защиты от коррозии.

Азотирование, NT
. Азотирование поверхности позволяет уменьшить износ стальных компрессионных колец и стальных кромок маслосъемных колец.

Хром-керамическое покрытие, CK. Покрытие CK выдерживает более высокие тепловые и механические нагрузки по сравнению с существующими хромовыми, молибденовыми и плазменными покрытиями, хотя эти проверенные и испытанные покрытия не теряют своей актуальности.

Хром-алмазное покрытие, CD. Алмазные нанокристаллы, обладающие специфическими комбинированными свойствами и размерами, внедряются в твердую рабочую поверхность из хрома. По сравнению с другими покрытиями такая рабочая поверхность кольца отличается пониженным износом и значительно более высокой устойчивостью к задирам.

LKZ. Чудеса от геометрии
Говоря об оптимизации геометрии маслосъемного кольца, в первую очередь нужно сказать о разработке Goetze, названой LKZ. Это кольцо имеет особую ступенчатую конструкцию рабочей кромки, результатом чего стало уменьшение сопротивления при движении поршня во время такта сжатия, что снижает насосные потери. А вот в такте расширения масло со стенки цилиндра сбрасывается в картер гораздо эффективнее, чем при использовании стандартного кольца. В результате масла в камеру сгорания попадает гораздо меньше, нагар на свечах практически не образуется.

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностях
Маслосъемное кольцо Goetze LKZ

Кольца Goetze LKZ могут сократить расход масла до 50% и уменьшить трение до 15% по сравнению с лучшими двухкомпонентными кольцами традиционной конструкции.

Комплекты с маслосъемными кольцами Goetze LKZ могут выпускаться с компрессионными кольцами, имеющими различные покрытия рабочей поверхности: хром-керамическое покрытие CKS, алмазное покрытие GDC, покрытие методом конденсации из паровой фазы PVD, а также DLC (алмазоподобное углеродное покрытие).

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностях

Покрытия эффективно защищают поверхность кольца от царапин. При этом износ становится минимальным, и маслосъемное кольцо может правильно функционировать в течение всего срока службы двигателя

Изначально инновационное кольцо LKZ создавалось для требовательных дизельных ДВС, а сейчас используется и в бензиновых двигателях с непосредственным впрыском топлива. Эти кольца рекомендуется использовать для замены оригинальных комплектующих при ремонте для восстановления исходных характеристик работоспособности двигателя.

Кольцо Goetze LKZ стало обладателем престижной премии Autimotive News PASE 2011, став лучшим в своей категории. Премия получена за инновации в новых изделиях, деталях или системах, играющих важную роль на рынке и изменивших правила игры в автомобильной промышленности.

Покрытия от GOETZE
Напомним, что требования к свойствам основного материала кольца и его поверхностного слоя сильно отличаются. Основной материал обеспечивает прочность и термостойкость, а покрытие минимизирует трение и износ - как самого кольца, так и сопрягаемой пары.

Начнем с хром-керамического покрытия, по стандартам компании Federal-Mogul именуемого CKS. Оно было разработано специально для дизелей с целью повышения долговечности цилиндропоршневой группы. Результатом явилось снижение износов колец и стенок цилиндров, а также отсутствие задиров.

Хром-керамическое покрытие - очень специфическое композитное покрытие, состоящее из матричного слоя хрома и оксида алюминия. Этот материал был создан в результате долгих лет исследований и разработок инженерами компании Federal-Mogul. Эта глобально запатентованная технология покрытия может быть определена как твердые керамические частицы, внедренные в микротрещины хромового покрытия.

Благодаря превосходному качеству и долговечности, обусловленными специальными технологиями электролиза, CKS предпочтительны, в основном, в дизельных двигателях большой мощности и высокой производительности. Частицы оксида алюминия, внедренные в структуру полотна микротрещины, обеспечивают лучшую производительность и износостойкость даже при экстремальных температурах.

По сравнению с классическим покрытием из твердого хрома, сопротивление износу кольца с CKS удваивается. Температура плавления и твердость кольца с CKS очень высока. Именно поэтому CKS не только обеспечивают двигателю более длительный срок службы, но и за счет расширения возможностей проектирования позволяют улучшить сжигание, что снижает уровень выбросов.

Эта разработка - хром-керамическое покрытие - послужила отправной точкой для технологии хром-алмазного покрытия от GOETZE - Goetze Diamond Coating - сокращенно GDC, которая обеспечивает исключительно хорошую фиксацию внедренных твердых частиц для обеспечения еще более твердой поверхности. Характеристики износостойкости хром-алмазного покрытия в четыре раза выше, чем у обычных твердых хромовых покрытий, и в два раза лучше, чем у хром-керамических покрытий.

Это решение открыло новые перспективы для создания следующего поколения компактных, но мощных дизелей, и позволило увеличить интервалы между техническим обслуживанием.

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностях

При этой технологии гильза имеет больший, чем при других технологиях, износ за счет очень твердого покрытия колец. Казалось бы, зачем использовать такую технологию, если увеличивается износ? Смысл заключается в том, что, несмотря на повышенный износ гильзы, суммарный износ колец и гильзы намного меньше износа при применении других технологий - за счет этого значительно увеличивается срок службы двигателя. На приведенной диаграмме показан износ различных гальванических покрытий кольца и рабочей поверхности гильзы.

Дальнейшее развитие технологий CKS и GDC привело к структурированным хромовым покрытиям - SCKS и SGDC. Они наносятся на поверхность с помощью специального целенаправленного воздействия. В итоге эти структуры имеют запрограммированные углубления или канавки глубиной до 50 мкм и могут хранить смазку во время работы. Это снижает трение и, следовательно, еще больше уменьшает расход масла.

Эти технологии в значительной степени оправдали ожидания инженеров компании Federal-Mogul и в настоящее время тестируются несколькими производителями двигателей.

Позже у Goetze появилось покрытие третьего поколения, названное CarboGlide. Здесь уже сформировалась многослойная алмазная структура, модифицированная особым композитом, содержащим вольфрам и другие ингредиенты. CarboGlide позволил отыграть 18-20% потерь на трение, сэкономить до 1,5% топлива. Толщина покрытия увеличилась почти втрое - до 10 микрон, по сравнению c лучшим покрытием того времени.

Новейшая технология покрытия поршневых колец, разработанная Federal-Mogul - это DuroGlide. Она объединила два инновационных решения - по "архитектуре" слоя и методу его нанесения.

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностяхFederal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностях

Здесь также используется многослойная структура с применением молибдена и "хитрых" композитов. В основе покрытия - комбинация алмазно-графитовых ингредиентов и некристаллического (аморфного) углерода.

Покрытие обладает, казалось бы, противоречивыми свойствами (все - благодаря аллотропным "зеркалам" углерода). С одной стороны, это высокая твердость и стойкость к износу. Кстати, в сравнении даже с лучшими покрытиями она увеличилась вдвое. Что, впрочем, неудивительно - ведь доля алмазной составляющей возросла на 50%.

С другой стороны, этот слой улучшает смазываемость поверхностей и действует как физически и химически инертный барьер, предотвращающий непосредственный контакт сопряженных поверхностей в режиме граничной смазки.

Слой стал еще гораздо большей толщины - до 20 мкм. Для такого рода покрытий это необычайно много. Не будет ли отслоения? Не будет, уверяют разработчики. Дело в том, что нанесение покрытия производится комбинированным способом - оптимальным сочетанием конденсации из паровой фазы (PVD - physical vapour deposition) и плазменного осаждения.

В ходе испытаний кольца с покрытием DuroGlide продемонстрировали уникальную долговечность, обеспечив уменьшение расхода топлива на 1,5% - для легковых автомобилей это означает снижение выбросов CO2 на 3 г/км.

Вице-президент и главный инженер подразделения Federal-Mogul Powertrain Джиан Мария Оливетти считает DuroGlide настоящим техническим прорывом.

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностях

Гильзы цилиндров. Дорого - не значит маркетинг...
Как и при производстве поршневых колец, гильза проходит множество этапов обработки. Операций очень много, совокупная стоимость оборудования, участвующего в производстве одной гильзы, очень высокая, времени на производство одной гильзы также уходит гораздо больше, чем, например, при производстве кольца, поэтому высокая стоимость качественной гильзы для клиента - это не маркетинг, а суровая реальность…

Гильза может точиться как в горизонтальном, так и в вертикальном положении. Однако в вертикальном - точность обработки выше. Но станки для горизонтальной обработки - стоят в 1,5-2 раза дешевле.

Безрассудством на предприятии не страдают - оборудование покупается сообразно требуемой заказчиком точности обработки. Для клиентов, требующих высочайшие допуски, на заводе не экономят и покупают оборудование "с запасом" - четыре высокоточных станка для вертикальной обработки обошлись в 2,5 млн евро. Но если заказчику гильз (например, переупаковщик) высокие допуски не нужны, то можно купить оборудование и подешевле. Для линии, выпускающей такой тип гильз, четыре станка обошлись "всего" в миллион.

При планировании любой линии, при каждом проекте на заводе скрупулезно оценивают, в какой компании купить станки - более дорогие немецкие, или японские - подешевле. Ведь срок окупаемости и выход в режим зарабатывания прибыли тоже важен.

Есть еще нюансы. Мурат Турут (Murat Turut), директор завода, раскрывает тонкости. К стоимости станков нужно добавлять стоимость эксплуатации: на более дорогие станки можно установить собственную систему, которая использует операционные базы Siemens. Но те, которые более дешевые, обслуживаются исключительно силами компании, в которой купили, что и стоит дорого, и по итогу может обойтись дороже. Да и доставка машин очень долгая - 4 месяца, что замораживает оборотные средства.

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностяхМурат Турут (Murat Turut), директор завода, до занимаемой должности работал главным инженером по качеству, общий стаж работы на предприятии 9 лет: «Чтобы гарантировать соответствие всех произведенных гильз высочайшим стандартам в отрасли, в компании Federal-Mogul используется самое передовое высококачественное производственное и измерительное оборудование, позволяющее контролировать и соблюдение допусков, и процесс хонингования. Не менее тщательно проведенные замеры уже после производства позволяют подтвердить заказчику получение заданных размеров, формы и качество обработки поверхности. Но самое главное - мы гордимся тем, что наша компания может предложить требовательному клиенту полный комплект, включающий гильзу, поршень и поршневые кольца, идеально соответствующие друг другу, т.к. является разработчиком и экспертом во всех трех областях».

Все измерительные приборы и инструменты для линий производства гильз разрабатываются на этом заводе. Некоторые очень сложные измерительные системы разрабатываются совместно - производителем измерительной техники и командой завода. Завод обладает такой компетенцией, поэтому и считается ведущим производственным предприятием среди подобных у Federal-Mogul.

Для всей продукции, на всех производственных процессах проверяется 100% параметров. Каждый результат измерения записывается на электронный носитель, потом этими данными, при необходимости, можно обмениваться или изучать.

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностяхFederal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностяхFederal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностях

Перед этапом хонингования гильза проходит демагнитизацию. Нам показали работу самого нового современного станка для хонингования гильз для двигателей грузовых автомобилей. Каждый режущий инструмент на нем сам себя диагностирует и останавливает обработку при достижении требуемого результата. Первый процесс - предварительное хонингование, потом - финальное. И третий этап - кинематическая система контроля качества. За счет воздуха она проверяет правильность соответствия хонингования. Специальный прибор опускается в гильзу, и за счет измерения потока воздуха измеряется правильность размеров и правильность хонингования.

На основании измерения воздухом система сама дает себе необходимую команду: хонинговать больше или меньше - сама себя адаптирует. Цена этого станка более - 1,3 млн. евро.

Самая производительная и, соответственно, самая дорогая система на заводе при любой операции с гильзой выглядит следующим образом. На станке устанавливается не одна гильза, а две. Одна служит эталоном, которую станок измеряет, а обрабатывает - вторую гильзу. Поменял эталон - и система уже работает по нему. Очень удобно и быстро. При необходимости таким образом можно хоть каждый час вносить изменения в производственный процесс - не вносишь данные, а просто ставишь новый цилиндр. Образцы стоят на полках рядом.

В дальнейшем каждая гильза проверяется методом неразрушающего контроля посредством пропускания электрического тока через стенку гильзы с целью определения качества металла по показателям пористости и проверки на наличие микротрещин.

В финале - лазерная маркировка: номер детали, код детали, номер партии. Фото- и видеокамеры проверяют, правильно ли она нанесена. Система позволяет наносить лазерную гравировку уникального кода на каждую гильзу и отправлять эти данные клиенту через интернет (применяется только для конвейерных поставок).

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностяхFederal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностях

Гильзы для aftermarket'а
Federal-Mogul - один из крупнейших в мире производителей гильз блока цилиндров - только типов гильз свыше 200. И очевидно, что весь ассортимент компания не поставляет на OE. Часть артикулов делается только для вторичного рынка на тех же линиях, что и продукция для автопроизводителей.

Гибридные гильзы цилиндров
В гонке за облегчением двигателей их разработчики в свое время пришли к созданию моторов с алюминиевым блоком цилиндров, у которых последняя деталь была единым целым с блоком: гильза цилиндров была также алюминиевой с износостойким покрытием. Однако время показало, что сплавы на основе этого металла не очень хорошо противостоят высоким нагрузкам. В ответ на это инженеры Federal-Mogul разработали технологию производства гибридных гильз цилиндров, которые сделаны из двух металлов: снаружи - сплав алюминия с названием AlSi12, изнутри - чугун.

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностях
Гибридная гильза цилиндра разработки Federal-Mogul
Чугун обеспечил высокую прочность и износостойкость гильз, а алюминий с наружной стороны предоставил лучший отвод тепла - коэффициент теплоотдачи увеличился на 30%. Гибридные гильзы выдерживают циклические нагрузки под давлением 200 бар, в то время как конструкция до этого не выдерживала и 100 бар. Кроме того, контакт гибридных гильз с алюминиевым блоком стал более надежным, так как алюминий контактирует с таким же алюминием. Благодаря наличию в зоне трения износостойкого чугуна с хорошими триботехническими свойствами и новой, разработанной инженерами Federal-Mogul системой хонинговальных рисок, ресурс двигателя увеличится, а расход масла на угар уменьшился - в высоконагруженных моторах - до 40%.

С 2014 года большой процент гильз цилиндров изготавливаются Federal-Mogul по гибридной технологии. Это особенно актуально для концепции downsizing, когда габариты двигателя уменьшаются, удельная мощность растет, а перегородки между цилиндрами становятся все более тонкими. Благодаря новой технологии производители двигателей могут выпускать блоки с перегородками толщиной всего 3 мм и не опасаться за разрушение двигателя.

Гильза цилиндра. Функции и требования
Условия работы
• Температура газов в камере сгорания >2000°C
• Температура охлаждающей жидкости 110°C
• Давление в камере сгорания ~230 бар
• Скорость движения поршня 27 м/с

Требования, предъявляемые к гильзе цилиндра и ее внутренней поверхности:
1. Выдерживать давление газов сгорания, осевую нагрузку,
создаваемую ходом поршня, а также механическую и
тепловую нагрузку в ходе работы двигателя.
2. Сохранять размеры в любых условиях эксплуатации.
3. Стойкость к износу.
4. Отвод тепла в систему охлаждения.

Сочетание гильзы с блоком цилиндров
1. Сухая гильза - отсутствие непосредственного контакта с охлаждающей жидкостью.
Конструкцией большого количества двигателей предусмотрена заливка при изготовлении в блок картера гильз, изготовленных из износостойкого материала.

Самое широкое распространение "сухие" гильзы получили в сфере капитального ремонта двигателя. Не "загильзованный" блок цилиндров современного двигателя имеет несколько, предусмотренных технологией, расточек с последующей установкой в него ремонтных поршней. Установка "сухих" гильз позволяет не менять блок двигателя даже после износа цилиндра, расточенного в последний ремонтный размер.

Производители гильз выпускают заготовки гильз, то есть ремонтные гильзы, имеющие запас по длине и внешнему диаметру, которые после токарной обработки запрессовываются с натягом в блок цилиндров. Такие гильзы, как правило, не имеют обработки внутренней поверхности. Они растачиваются и хонингуются только после установки гильзы в блок цилиндров. Поверхность блока цилиндров под установку тоже подвергается тщательной обработке: расточке и в некоторых случаях - хонингованию. Гильза с упором устанавливается в блок под давлением, с натягом (в среднем 0,03-0,04 мм), для гильз, не имеющих упора, натяг больше. Наружная поверхность "сухих" ремонтных гильз, как правило, подвергается шлифовке для увеличения плотности прилегания к блоку цилиндров.

Гильзы могут фиксироваться при установке верхним буртом, нижним буртом или вообще могут устанавливаться без упора. Некоторые производители изготавливают двигатели с тонкостенными стальными гильзами, имеющими покрытие из пористого хром-железа. Такие гильзы не подвергаются механической обработке и устанавливаются в блок цилиндров без натяга, с небольшим усилием, и удерживаются в блоке за счет прижатия широкого бурта гильзы головкой блока.

2. Мокрая гильза - непосредственный контакт с охлаждающей жидкостью. "Мокрые гильзы" цилиндров обеспечивают лучший отвод тепла, но двигатель с такими гильзами обладает меньшей жесткостью. Большое распространение эти гильзы получили на высоконагруженных двигателях в силу своей высокой ремонтопригодности.

Для предотвращения прорыва газов в охлаждающую жидкость и просачивания этой жидкости в цилиндр и картер двигателя "мокрые" гильзы комплектуются уплотнительными прокладками. Внутренняя поверхность гильз тщательно обрабатывается (хонингуется) еще на заводе.
3. Влажная (гибридная) гильза - одна часть гильзы находится в контакте с охлаждающей жидкостью, а другая часть - с блоком цилиндров.

Плато-вершинное хонингование рабочей поверхности гильзы
Метод окончательной обработки рабочей поверхности - нанесение микрорельефа в виде чередования впадин (масляных карманов) и выступов (плато). Обеспечивает удержание необходимого количества масла в зоне контакта трущихся поверхностей.


Запрессовываемая гильза Spray Fit Liner
Как аналог дорогостоящей технологии непосредственного напыления железосодержащего материала на стенки алюминиевого блока цилиндров компания Federal-Mogul разработала и успешно внедрила в производство передовую, более простую и менее затратную технологию запрессовки тонкой гильзы.

Внутренняя поверхность гильзы - сплав железа или же коррозионно стойкий материал с требуемыми трибологическими свойствами, толщина 0,5 мм. Внешняя поверхность - алюминиевый сплав с идентичными термо-физическими свойствами с алюминиевым блоком, толщина 0,8 мм. Выпускается с диаметрами от 20 до 300 мм.

Гильза практически идентична по эффективности теплоотвода по сравнению с технологией напыления стенок алюминиевого блока цилиндров, но с более высокой эффективностью теплоотвода по сравнению с обычными запрессовываемыми гильзами.

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностяхГильзы из ультрапрочного материала
Передовая технология литья деталей из чугуна, разработанная компанией Federal-Mogul, способствует снижению расхода масла и трения в цилиндрах, а также позволяет повысить давление в камере сгорания.

Компания Federal-Mogul первой запустила серийное производство гильз цилиндров, изготовленных из ультрапрочного чугуна. Гильзы, созданные из специального чугуна с вермикулярным графитом (GOE330), показали снижение деформации на 27% при максимальном боковом давлении поршней (по сравнению с используемым сейчас чугуном). Из этого материала производятся гильзы диаметром от 100 до 190 мм.

"Деформация под нагрузкой ухудшает уплотнение между гильзой и поршневыми кольцами, что приводит к повышенному расходу масла и износу, - объяснил Жан-Мария Оливетти (Gian Maria Olivetti), директор по технологиям Federal-Mogul Powertrain. - Если повысить растяжение поршневых колец для компенсации, то одновременно с этим повысится трение и расход топлива. Разрабатывая новые материалы для гильз цилиндров, отличающиеся повышенной прочностью и твердостью, мы даем возможность нашим клиентам - производителям тяжелой техники - повысить максимальное давление в цилиндрах и сделать двигатели более эффективными. Кроме того, появляется возможность закладывать в конструкцию более тонкие гильзы, что позволяет уменьшить размеры силовых агрегатов".

Модуль упругости (модуль Юнга) материала GOE330 более чем на 15% выше, чем у применяемого в настоящее время материала для гильз высокопрочного чугуна, а усталостная прочность выше примерно на треть.

Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностяхГлавная лаборатория
Заводская лаборатория имеет два департамента. Один отвечает за оперативный контроль параметров в процессе обработки изделий, второй, собственно, и есть основа лаборатории, где работают не только с геометрическими размерами, а и со свойствами материалов.

Всего на заводе - 2440 измерительных приборов различной сложности и конструкции.

Один из аппаратов, заслуживающий внимания - 3D-сканер для проверки геометрических размеров известной марки Carl Zeiss. Его точность - 0,1 микрона (1/10000 мм). Как рассказал директор завода Мурат Турут, его приобрели с целью упрощения коммуникации с клиентами - чтобы иметь возможность сопоставлять данные и разговаривать на одном языке с ними, поскольку у многих из них есть такое же оборудование. 3D-сканер позволяет делать замеры в нескольких тысячах точек и фиксировать измерения в памяти. При любой претензии со стороны клиента на основании этих измерений делается презентация, которая помогает убедить клиента, что изделие завода находится в правильных размерах.

Все специализированные измерительные приборы для колец произведены в Буршайде, Германия.

Есть прибор для проверки поступающего на завод сырья на радиацию. Если обнаружат превышение допустимого фона - не пропускают.

Согласно системе ISO, на каждом измерительном приборе есть наклейка, на которой указана дата следующей калибровки. Для этого есть специальное оборудование, которое калибрует и отправляет данные на общий компьютер для хранения.

Процесс калибровки происходит в отдельном помещении, в котором 24 часа в сутки поддерживается заданная температура и влажность. Главный калибровочный набор - коробка 60х20 см с калибрами точностью 0,05 микрона! (у 3D-сканера Carl Zeiss точность - 0,1 микрона). Стоимость "коробочки" - примерно 15 тыс. евро.

Главный калибровочный прибор - немецкой компании Mahr, калибры - японской компании Mitutoyo. Самые именитые и дорогие марки.

Фундамент помещения лаборатории разграничен от фундамента завода, чтобы не передавались вибрации.

Лаборатория проводит также финальный аудит продукции для клиентов ОЕ. Когда партия товара подходит к финальному контролю, она блокируется системой SАP (системой управления заводом). И только после надлежащей проверки лаборатория снимает блокировку.


Александр Кельм, Киев - Sapanca - Киев

Опубликовано в журнале autoExpert №5 2017. Использование материалов возможно только со ссылкой на источник.

Дистрибьюторы GOETZE в Украине - см. по ссылке.



Federal-Mogul. Кольца и гильзы Goetze. О производстве в подробностях


Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.
 (голосов: 0)


Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии в данной новости.

Календарь

«    Октябрь 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
 

Опрос

Направление вашего бизнеса

Продажа автомобилей
Автосервис
Оптовая торговля автокомпонентами
Автомагазин
Автоперевозки
Другое


Архив

Октябрь 2017 (18)
Сентябрь 2017 (26)
Август 2017 (44)
Июль 2017 (28)
Июнь 2017 (26)
Май 2017 (28)


Для размещения рекламы обращайтесь в рекламный
отдел по телефону:

+38 (067) 537-82-42