Tune it Part 38: Χιτώνια part 2

Ας αρχίσουμε, σήμερα, με τους τρόπους κατασκευής των χιτωνίων. Υπάρχουν αρκετοί, αλλά για τα γλήγορα μοτέρ προτιμούν τη φυγοκεντρική χύτευση, μία μέθοδο, που έχει αποδείξει ότι διαθέτει αρκετά πλεονεκτήματα σε αρκετούς τομείς, μεταξύ των οποίων πιο σταθερή κρυσταλλική δομή καθ’ όλο το πάχος του τοιχώματος. Με τη μέθοδο αυτή, το λιωμένο μέταλλο διοχετεύεται μέσα σε ένα γρήγορα περιστρεφόμενο καλούπι, όπου ψύχεται και στερεοποιείται. Κατά την περιστροφή του εξωτερικού κυλίνδρου και λόγω των μεγάλων φυγοκεντρικών δυνάμεων, που αναπτύσσονται κατά την φυγοκέντριση, το λιωμένο μέταλλο δημιουργεί από μόνο του ένα ‘χιτώνιο’ στο εσωτερικό του καλουπιού. Η ταχύτητα περιστροφής του καλουπιού δεν είναι τυχαία και ρυθμίζεται, ώστε οι φυσαλίδες αερίων και οι ακαθαρσίες να παραμένουν στην εσωτερική επιφάνεια του ακόμα υγρού -λιωμένου- χιτωνίου. Έτσι, μπορούν εύκολα να αφαιρεθούν κατά τη μηχανουργική κατεργασία σε επόμενο στάδιο. Μόλις βγει από το καλούπι, το χιτώνιο αφήνεται να κρυώσει σε θερμοκρασιακά ελεγχόμενο περιβάλλον. Μερικοί κατασκευαστές προτιμούν να κάνουν κάποια μηχανουργική κατεργασία στο στάδιο αυτό και ύστερα να θερμάνουν πάλι το χιτώνιο για να το αφήσουν να ψυχθεί σταδιακά, έτσι ώστε να αφαιρεθούν οι εσωτερικές τάσεις, που θα μπορούσαν να προκαλέσουν παραμορφώσεις στο τελικό προϊόν. Η τελική κατεργασία μπορεί να γίνει σαν τελικό στάδιο.

Ρεκτιφιέ

Η βασική μηχανουργική κατεργασία δημιουργίας της ονομαστικής διαμέτρου του χιτωνίου αφήνει μυτερές/κοφτερές απολήξεις, καθώς το κοπτικό εργαλείο, που κινείται στην επιφάνεια, αφαιρεί μέταλλο. Γι’ αυτό, είναι απαραίτητο να ακολουθήσει προσεκτικό ρεκτιφιάρισμα της επιφάνειας, που δικαίως θεωρείται και το πιο κρίσιμο στάδιο. Εδώ, καθορίζεται το πόσο καλά θα πατήσουν τα ελατήρια του εμβόλου για να έχουμε καλή συμπίεση και την ελάχιστη κατανάλωση λαδιού. Η μεγάλη φθορά των ελατηρίων συνεπάγεται μεγάλες εκπομπές ρύπων, απώλεια συμπίεσης, αναθυμιάσεις και μεγάλες τριβές, όλα τα κακά δηλαδή. Μια όχι καλή επιφάνεια θα χρειαστεί και μεγαλύτερη ακτινική πίεση από τα ελατήρια, γεγονός που αυξάνει την τριβή και θερμοκρασία. Η τάση των ελατηρίων αντιπροσωπεύει το φορτίο, που δημιουργείται από την πίεση των ελατηρίων στο τοίχωμα. Η φόρτιση αυτή καθορίζει πόσο καλά στεγανοποιεί το ελατήριο ως προς το τοίχωμα του χιτωνίου. Αν το τοίχωμα αυτό έχει υπερβολική τραχύτητα, θα απαιτηθεί μεγαλύτερη ακτινική πίεση από τα ελατήρια για καλύτερη στεγανοποίηση, αλλά με αυξημένη τριβή ως παράπλευρη και ανεπιθύμητη απώλεια. Αντίθετα από το τορνίρισμα, το ρεκτιφιάρισμα γίνεται πάντα με τη βοηθητική ροή λιπαντικού/ψυκτικού υγρού μετακινώντας το εργαλείο μέσα-έξω, για να αποκτήσει η επιφάνεια ένα επιθυμητό σχέδιο, που έχει βρεθεί ότι βοηθά στο γρήγορο πάτημα των ελατηρίων κατά τη λειτουργία τους μέσα στο χιτώνιο, όταν έρθει η ώρα. Επειδή έχουμε όλοι ακούσει ιστορίες για τα ρεκτιφιέ της χώρας μας, θα συμπληρώσω ότι, με προσεκτική δουλειά σε καλό μηχάνημα, υπάρχει η δυνατότητα κατεργασίας με ανοχή μικρότερη από 0.003mm, όχι, δεν είναι λάθος, για 3 χιλιοστά του χιλιοστού μιλάμε, σε οβάλ και διάμετρο, κάτι που δεν φαίνεται εύκολα με τα κοινά κυλινδρόμετρα, αφού η μικρότερη υποδιαίρεσή τους είναι 0.01mm. Η κατεργασία στο ρεκτιφιέ γίνεται με τη χρήση ειδικού τροχού ή κυλίνδρου με άπειρα βιομηχανικά διαμαντάκια στο εξωτερικό του. Όταν χρησιμοποιούνται “πέτρες” αυτές είναι συνήθως από οξείδια αργιλίου, καρβίδια πυριτίου. Τα τελευταία χρόνια, κερδίζουν έδαφος οι “διαμαντοτροχοί”, διότι δεν φθείρονται εύκολα, οπότε έχουν μεγάλη διάρκεια ζωής, γεγονός που αντισταθμίζει σε σημαντικό βαθμό το μεγαλύτερο κόστος αγοράς τους. Το επιθυμητό σχέδιο, που ανέφερα πριν για την επιφάνεια του χιτωνίου, είναι κάτι που με πολλή προσοχή φροντίζουν οι κατασκευαστές, που κάνουν, βέβαια, και ειδικές μελέτες στο θέμα. Πολλοί από αυτούς αλλά και πολλοί “μοτερίστες” θεωρούν ότι το φινίρισμα με “σταυρωτή οροπεδίαση” δίνει τα καλύτερα αποτελέσματα, με τον ταχύτερο χρόνο ρονταρίσματος των ελατηρίων. Η επιφάνεια λειτουργίας πρέπει να έχει “κοιλάδες”, όπου και πηγαίνει το λάδι, αλλά και οι προεξοχές πρέπει να μην έχουν κορυφές, που να είναι επίπεδες, ώστε να περνούν τα ελατήρια με τη μικρότερη δυνατή τριβή. Η ποιότητα της επιφάνειας μπορεί να μετρηθεί κατάλληλα με προφιλόμετρο, μετρητικό εργαλείο, που μετρά την τραχύτητα, η οποία πρέπει να είναι γύρω στα 1.3 μικρά (1.3μ) όσον αφορά το βάθος των “κοιλάδων” και 0.2μ για το ύψος των “κορυφών”. Γενικά, το φινίρισμα αυτό μπορεί να το πετύχουμε ύστερα από δυο διαδοχικά περάσματα ρεκτιφιέ, όπου το πρώτο, χρησιμοποιώντας χοντρές πέτρες, δημιουργεί το κατάλληλο βάθος και το δεύτερο, με τις ψιλές, “κόβει” τις κορυφές. Αυτή η δεύτερη φάση μπορεί κάλλιστα να γίνει και με το χέρι, χρησιμοποιώντας τις γνωστές Flex-Hone, βούρτσες που έχουν στις άκρες μπίλιες από καρβίδιο. Έχει αποδειχθεί ότι μεγάλη σημασία έχει η γωνία διασταύρωσης του ρεκτιφιέ με καλύτερες τις 45⁰, παρατηρώντας ότι μικρότερη γωνία έχει αποτέλεσμα την ταχύτερη περιστροφή των ελατηρίων στα λούκια, ενώ μεγαλύτερη γωνία οδηγεί σε μεγαλύτερη φθορά λόγω αυξημένης τριβής. Προσωπικά, θα με ενδιέφερε πάρα πολύ να δω με ποιό τρόπο γίνονται αυτές οι λεπτομερείς μετρήσεις, το θεωρώ άκρως ενδιαφέρον! Τις περισσότερες φορές είναι σημαντικό να τοποθετούνται πλάκες σύσφιξης (torque plates) στο μπλοκ κατά τη διαδικασία του ρεκτιφιέ, για να προσομοιωθούν τα φορτία, που υπάρχουν κατά την κανονική λειτουργία του μοτέρ. Όπως και να ‘χει, υπάρχουν παραμορφώσεις -έστω και μικρές- με τις θερμικές και μηχανικές καταπονήσεις, που υφίσταται το μπλοκ. Μερικοί “γάτοι” δεν αρκούνται στις πλάκες σύσφιξης αλλά θερμαίνουν και το μπλοκ για μια καλύτερη εξομοίωση των συνθηκών λειτουργίας κατά το φινίρισμα στο ρεκτιφιέ. Αυτό μπορεί και δίνει καλύτερα αποτελέσματα στη στρογγυλότητα των χιτωνίων, όπου μπορεί κανείς να μετρήσει έναν τέλειο κύκλο, όταν είναι ζεστό, για να το δει να γίνεται οβάλ στη θερμοκρασία περιβάλλοντος!

Προετοιμασία των κυλίνδρων

Ο κύλινδρος-υποδοχέας στο μπλοκ, στην περίπτωση των πρεσσαριστών χιτωνίων, έχει επεξεργαστεί με μηχάνημα CNC για την ελαχιστοποίηση των ανοχών τοποθέτησης. Πολλοί τεχνικοί επιμένουν να μετρούν κάθε κύλινδρο χωριστά και αυτό είναι σωστό για την ευθυγράμμιση με τις προδιαγραφές των ανοχών συναρμολόγησης. Στο όνομα της ακρίβειας και με τη λογική ότι η πρόληψη είναι προτιμότερη της διαπίστωσης, πολλές εταιρίες υποβάλλουν το μπλοκ στη διαδικασία της ανόπτυσης για την αφαίρεση των εσωτερικών τάσεων, ύστερα από το πρώτο στάδιο του ρεκτιφιέ και -σε κάθε περίπτωση- πριν το φινίρισμα.

Επικαλύψεις/επιμεταλλώσεις/επιχρίσματα

Η εφαρμογή κάποιας μορφής επικάλυψης στη λειτουργική επιφάνεια του χιτωνίου επιτρέπει τη χρήση ελατηρίων μεγαλύτερης ακτινικής πίεσης, με στόχο την καλύτερη στεγανοποίηση, χωρίς, όμως, την αύξηση της τριβής. Συγκεκριμένος κατασκευαστής χιτωνίων μέτρησε αύξηση ισχύος 12% σε όλο το φάσμα στροφών λειτουργίας του μοτέρ, με τη χρήση χιτωνίων, που είχαν υποστεί μια “πατεντάδικη” επικάλυψη. Οι πιο κοινές/γνωστές επικαλύψεις είναι το Nicasil (καρβίδια Νικελίου/Πυριτίου) και εφαρμόζονται σε χιτώνια από μαντέμι ή αλουμίνιο με επιμετάλλωση Νικελίου, Φωσφόρου και καρβιδίων του Πυριτίου. Αν και είναι γνωστό ότι το καρβίδιο του Πυριτίου είναι υλικό, που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία τριβής (σμυριδόπανα κλπ), στη συγκεκριμένη εφαρμογή το μέγεθος των σωματιδίων του είναι απειροελάχιστο, περίπου 3 μικρά (3μ). Η επικάλυψη αυτή έχει αποδειχθεί ανώτερη από τις επικαλύψεις με Χρώμιο λόγω των χαρακτηριστικών χαμηλής τριβής και λόγω των καλών στοιχείων υδροδυναμικής συμπεριφοράς, που αφορούν τη συγκράτηση του λιπαντικού. Και θερμοκρασιακά, όμως, τα Nicasil παρουσιάζουν καλύτερη συμπεριφορά από το Χρώμιο, αφού βρέθηκε ότι διατηρούν αμετάβλητες τις ιδιότητές τους ακόμα και σε παρατεταμένη λειτουργία στους 540⁰C. Η εφαρμογή του γίνεται με άριστα αποτελέσματα σε κράματα αλουμινίου με μικρή περιεκτικότητα σε χαλκό, μαγνήσιο, χρώμιο και νικέλιο, όχι, όμως, σε κράματα των σειρών 2000 και 7000, που περιέχουν πολλές ξένες προσμίξεις. Άλλος τρόπος εφαρμογής των επικαλύψεων είναι ο θερμικός ψεκασμός στο χιτώνιο ακολουθώντας διάφορες τεχνικές, από τις οποίες πιο συνηθισμένη είναι το πλάσμα. Το υλικό διοχετεύεται σε τεράστια θερμοκρασία από το ακροφύσιο (μπέκ) απευθείας στην επιφάνεια του χιτωνίου. Το αποτέλεσμα είναι άριστο, καθώς ελέγχεται η σύσταση και η ποιότητα του ψεκαζόμενου υλικού.

Τοποθέτηση χιτωνίων

Ο πιο συνηθισμένος τρόπος συγκράτησης των “στεγνών” χιτωνίων είναι η αρνητική ανοχή τους σε σχέση με τη διάμετρο υποδοχής τους, εφαρμόζονται, δηλαδή, με πίεση στη θέση τους, πρεσσαριστά. Ενδεικτικά, αναφέρω ότι η αρνητική ανοχή μπορεί να είναι 0.06-0.07mm σε σιδερένιο μπλοκ και 0.1-0.11mm σε αλουμίνιο. Αρκετοί κατασκευαστές, όμως, βασίζονται σε υλικά συγκράτησης τύπου Loctite, που έχουν δείξει μεγάλη αντοχή σε πάμπολλα είδη μηχανικών εφαρμογών. Στην περίπτωση των “υγρών” χιτωνίων, η τοποθέτηση συνήθως χρησιμοποιεί ένα ή περισσότερα O-rings για στεγανοποίηση του κάτω μέρους, το οποίο συνήθως “γλιστρά” μέσα στην υποδοχή του μπλοκ. Στο επάνω μέρος, πιέζεται από τη φλάντζα/καπάκι και έτσι ακινητοποιείται.

Προβλήματα διάβρωσης

Τα “υγρά” χιτώνια παρουσιάζουν πολλές φορές προβλήματα σκουριάς από την επαφή τους με το ψυκτικό μέσο στον υδροθάλαμο, ιδιαίτερα αν πρόκειται για σκέτο …νεράκι – τσιφούτης δηλαδή ιδιοκτήτης… Η γαλβανική διάβρωση παρουσιάζεται ενισχυμένη σε μπλοκ/χιτώνια από διαφορετικό υλικό και ιδιαίτερα σε μαντεμένια χιτώνια μέσα σε μπλοκ από αλουμίνιο (Alfa Romeo κλπ). Το αλουμίνιο ενεργεί σαν ανόδιο και τα χιτώνια σαν κάθοδος. Το χημικό αυτό φαινόμενο επιταχύνεται από τη μεγάλη θερμοκρασία του ψυκτικού, με αποτέλεσμα να “ψωριάζει” το μπλοκ. Η μόνη εφικτή προστασία στην περίπτωση αυτή είναι η τοποθέτηση -σε κάποιο σημείο του υδροθαλάμου- προστατευτικού ανοδίου από μαγνήσιο, το οποίο και θα φθείρεται (θυσιάζεται είναι ο κανονικός όρος) σχεδόν μηδενίζοντας τη διάβρωση του μπλοκ. Κάτι ακριβώς ανάλογο μπορεί να έχετε παρατηρήσει στους ηλιακούς θερμοσίφωνες, όπου και εκεί υπάρχουν ανόδια μαγνησίου. Τα κατάλληλα αντιψυκτικά βοηθούν, επίσης, να περιοριστεί σε μεγάλο βαθμό η διάβρωση, αλλά πρέπει και αυτά να αλλάζονται κάθε 1-2 χρόνια για να ανανεώνεται η πλήρης προστασία, που παρέχουν. Ένας πρόσθετος και εν πολλοίς άγνωστος λόγος διάβρωσης των υγρών χιτωνίων είναι η …σπηλαίωση. Τι είναι αυτό? Λοιπόν, κατά τη λειτουργία του κυλίνδρου και λόγω της αυξομείωσης της εσωτερικής του πίεσης, το τοίχωμα του χιτωνίου πάλλεται και η ταλάντωση αυτή μέσα στον υδροθάλαμο προκαλεί τη δημιουργία φυσαλίδων κενού στην επιφάνεια του χιτωνίου -τι είπες τώρα Μήτσε? Οι φυσαλίδες αυτές, καθώς “σκάνε”, προκαλούν με τη σειρά τους μικρές τρυπίτσες στο τοίχωμα και με τη συχνή επανάληψη σε μερικές περιπτώσεις τρυπάνε τελείως το χιτώνιο… Κάποιο από τα πρόσθετα στα ψυκτικά υγρά έχει στόχο να ελαχιστοποιεί τη δημιουργία των φυσαλίδων σπηλαίωσης, αλλά ο κυριότερος παράγοντας είναι η αρχιτεκτονική του μπλοκ: η εκτεθειμένη επιφάνεια του χιτωνίου πρέπει να είναι όσο το δυνατόν μικρότερη και η κατασκευή της τέτοια, ώστε να μην επιτρέπει εύκολα την ταλάντωση. Ένα εφικτό βήμα προς τη σωστή κατεύθυνση είναι και η παθητικοποίηση της εξωτερικής επιφάνειας και η ανοδίωση, που δεν θα μειώσει όμως την θερμο-αγωγιμότητα του χιτωνίου.

Μπλά - μπλά…

Ο ρόλος του κυλίνδρου μπορεί να φαίνεται απλός, αλλά η προσοχή στη σχεδίαση και στη μηχανουργική κατεργασία με όλο και τελειότερα μηχανήματα μπορεί να βοηθήσει στην καλύτερη στεγανοποίηση των ελατηρίων μαζί με τις λιγότερες δυνατές τριβές/φθορές. Η έρευνα και η πρόοδος στον τομέα είναι συνεχείς και οδεύουμε σιγά - σιγά προς τη διαστασιακή τελειότητα. Μέχρι τότε, όμως, ο Γιώργος του Γαλατσίου και ο Γιώργος της Ν. Σμύρνης -μαζί και πολλοί άλλοι- θα παίζουμε μπουνιές με τους …ρεκτιφιέδες, ζητώντας πάντα το καλύτερο για μας και τον πελάτη! Όπως έλεγε, όμως, και το άσμα… έτσι είν’ η ζωή και πώς να την αλλάξεις?