Bore-oppervlaktetribologie verbeteren met mechano-chemische burnishing

Deze “mechano-chemische” verbetering van de tribologische eigenschappen van ferromaterialen zoals staal en gietijzer door middel van burnishing/plateauing, terwijl het oppervlak op nanoniveau met wolfram wordt geïmpregneerd. Foto: Sunnen

Honing is vaak een van de laatste bewerkingen voor onderdelen met precisie-boringen die interne maatcomponenten moeten opvangen. Volgens honing-equipment- en schuurmiddelenfabrikant Sunnen kan het proces diverse ongunstige boorgevallen verhelpen, waaronder diameterafmeting, bellmouth, golfvormigheid, kegelvormigheid, regenboogvorm, tonvorm, reamer-chatter, boorspuren en niet-rondeloze gaten. Het kan boordiameter-toleranties van ±0,0002 inch bereiken terwijl het de kenmerkende kruislijnpatroon voor smeringretentie achterlaat.

Een stap verder gegaan, introduceerde Sunnen recentelijk in samenwerking met het Zweedse Applied Nano Surfaces (ANS) de ANS Triboconditioning-technologie op standaard Sunnen CNC-honingmachines. Triboconditioning, een proces dat na honing wordt uitgevoerd en sterk lijkt op een honingoperatie, kan de boerobervlakte-afwerking en verbrandingsafdichting verbeteren terwijl wrijving en slijtage tussen maatcomponenten worden verminderd.

Dit gebeurt via wat de bedrijven een “mechano-chemisch” proces noemen, ontworpen om de tribologische eigenschappen van ferromaterialen (zoals staal en gietijzer) te verbeteren door middel van burnishing/plateauing, terwijl het oppervlak op nanoniveau met wolfram wordt geïmpregneerd.

Stel je een typische honingoperatie voor: een draaiend gereedschap (mandrel) uitgerust met schuurstenen beweegt in en uit een boor terwijl het wordt gesmeerd met olie. Tijdens het proces zet het gereedschap de schuurmiddelen uit om contact te maken met de boeroppervlakte, waardoor ze minute hoeveelheden materiaal verwijderen om de boor tot de juiste afmeting en afwerking te brengen.

De druk van de hardmetaal “ledges” op de boeroppervlakte gecombineerd met de ontstaande hitte zorgt ervoor dat het wolfram in de Triboconditioning-vloeistof geïmpregneerd raakt in het oppervlak van het basismateriaal op submicronniveau. Foto: Sunnen

Bij Triboconditioning worden de schuurstenen vervangen door geschreven en gepolijste hardmetaal “ledges” en de olie door de procesvloeistof die wolfram bevat. De druk van de ledges op de boeroppervlakte gecombineerd met de ontstaande hitte zorgt ervoor dat het wolfram in de vloeistof geïmpregneerd — chemisch geïnfiltreerd en gebonden — raakt in het oppervlak van het basismateriaal op submicronniveau. Omdat het wolfram in het basismateriaal geïmpregneerd is, is het niet onderhevig aan schilfering of afbladeren zoals bij andere toegepaste slijtvaste coatings. (Triboconditioning is dus geen coatingproces.) Bovendien weerstoot het beter degradatie door oplosmiddelen, brandstoffen en smermiddelen. Daarnaast levert het proces een “as-run” effect op de gehonde plateau-oppervlakte, terwijl de onderliggende honing-kruislijnpatroon behouden blijft.

Een toepassing die uitstekend geschikt is voor Triboconditioning, zijn automotorcylinders en -liniers, waar verminderde wrijving tussen die componenten en zuigersegmenten leidt tot minder energieverlies en lagere emissies. Bovendien fungeert het burnishing-effect als het “inloop”-proces voor cylinders en liniers, wat anders zou plaatsvinden zodra een motor wordt gemonteerd en voor het eerst wordt gestart. Behandelde onderdelen zijn ook meer compatibel met lagere-viscositeit smermiddelen, wat resulteert in betere brandstofefficiëntie van de motor zonder risico op slijtagegerelateerde fouten.

Voor componenten zoals cylinderliniers levert het proces een “as-run” oppervlak op de gehonde plateau-oppervlakte, terwijl de onderliggende honing-kruislijnpatroon behouden blijft.

Andere toepasselijke automotorcomponenten voor Triboconditioning op honingmachines zijn lagers, klepgeleiders en pleuelstangen. Het proces is ook geschikt voor tandwielen en hydraulische assemblages zoals cartridge-kleppen.

Sunnen biedt Triboconditioning-behandeling voor gebruik op nieuwe honingmachines, maar de technologie kan ook worden geretrofit op bestaande machines die voldoen aan de eisen voor de precisievoedings- en regelsystemen die nodig zijn om de krachten voor het proces te produceren.

Naast de mogelijkheid om binnen-diameter boeroppervlakken te behandelen, heeft ANS Tribocconditieprocessen ontwikkeld voor buiten-diameter oppervlakken met complexe geometrie, waaronder nokassen, krukasen en tandwieltanden, met behulp van andere conventionele werktuigmachineplatformen.