środa, 26 grudnia 2018

Tutorial materiałowy- zastosowanie materiałów w remontach motocykli zabytkowych i starszej generacji




Podstawowym warunkiem dobrze wykonanego remontu jest właściwy dobór części. Najkrótszą drogą do osiągnięcia celu jest zakup gotowych elementów lub nawet całych podzespołów dostępnych w ofercie producentów części zamiennych. W przypadku starszych lub zbytkowych motocykli, z powodu braku dostępnych części fabrycznych, sprawy się nieco komplikują. Oczywiście możemy zakupić repliki czyli części wykonane współcześnie, nie będące wytworem producenta motocykla. Nie jest to jednak zawsze najlepsze rozwiązanie dlatego, że zamienniki mają co prawda zapewnić w miarę poprawną pracę oraz łatwy i szybki montaż, jednak ich wykonanie nie uwzględnia stopnia zużycia motocykla. Często również różnią się one od pierwowzoru zastosowanym gorszym i tańszym materiałem. W efekcie okazuje się, że praca poszczególnych podzespołów znacząco odbiega od parametrów fabrycznych. Objawia się to np. nadmierną hałaśliwością silnika, nieprecyzyjną pracą skrzyni biegów, luzami w zawieszeniach itp. Dodatkowo należy pamiętać, że użytkowane przez wiele lat mechanizmy pojazdu ulegają odkształceniom termicznym oraz mechanicznym, co również skutkuje niewłaściwym dopasowaniem nowych części. Opisywaną sytuację mogę poprzeć przykładem dotyczącym regeneracji wałów korbowych w motocyklach Harley lub Indian, gdzie pod wpływem wspomnianych wcześniej obciążeń często dochodzi do odkształceń otworów w stopach korbowodów. Otwory te są zazwyczaj zowalizowane, a w przypadku silnika, który był już remontowany sytuacja jest jeszcze poważniejsza. W takich korbowodach zazwyczaj należy wymienić bieżnie łożyskowe stopy. Mamy do wyboru kilku producentów takich bieżni, zarówno krajowych jak i zagranicznych, lecz żaden z nich nie podaje tolerancji wykonawczej ani wymiarów, w związku z czym może okazać się, że zakupiona część nie osiągnie właściwego wcisku w otworze, lub w innym przypadku go przekroczy. Dlatego w niektórych sytuacjach lepiej posiłkować się częściami wykonanymi we własnym zakresie w oparciu o swoje pomiary. Osobiście w mojej praktyce warsztatowej często decyduję się na samodzielne wykonanie poszczególnych części z zachowaniem norm fabrycznych a nawet z przekroczeniem tych standardów w celu ulepszenia konstrukcji motocykla, zarówno pod kątem poprawy silnika jak i pracy układu jezdnego i zawieszeń. Z chwilą podjęcia decyzji o samodzielnym wykonaniu części, kluczowym jest odpowiedni dobór materiałów. Na podstawie moich doświadczeń zawęziłem asortyment materiałów, których wybór z mojego punktu widzenia jest najbardziej trafny z uwagi na dostępność, właściwości, a także możliwości obróbki mechanicznej i cieplnej.


W grę wchodzą tutaj brązy, żeliwa i stale stopowe a także odpowiednie gatunki aluminium.

struktura widoczna za zgładzie brązu cynowego B43

Gatunek materiału i/lub nazwa handlowa
Właściwości
Zastosowanie
Brązy

Brąz cynowo-fosforowy B101 (CuSn10P)
Charakteryzuje się dobrą samosmarownością, bardzo dobrze się obrabia, duża wytrzymałość na naciski.
Tulejki sworznia tłokowego, tulejki rozrządu, skrzynia biegów, przeniesienie napędu.
Brąz  o zwiększonej zawartości cyny (CuSn12)
Brąz właściwościami zbliżony do B101 przenoszący wyższe obroty.
Jw. + łożyska ślizgowe szybkoobrotowe.
Brąz aluminiowy BA1032 (CW306G)
Bardzo duża odporność na naciski i twardość. Dobra odporność na ścieranie lecz gorsza samosmarowność w stosunku do w/w. Gorzej obrabialny od B101.
W mocno obciążonych lecz dobrze smarowanych tulejkach silnika np. dźwigienki zaworowe, tulejki rozrządu, możliwe zastosowanie-prowadnice zaworowe, tulejeki przednich zawieszeń typu trapezowego i springer w połączeniu ze stalą stopową o twardości min. 55 HRC.
Brąz aluminiowy BA1054 (CW307G)
Wyższe właściwości  wytrzymałościowe od BA1032. Ciężko się obrabia.
Prowadnice zaworowe, tuleje dźwigienek zaworowych. W przednich zawieszeniach jw.
Aluminium
PA6 (typ 2017A)
Wysoka twardość, doskonała obrabialność, wysoka odporność na ścieranie przy dobrym smarowaniu olejem.
Prowadnice popychaczy zaworowych, korpusy pomp olejowych, tuleje naprawcze na gniazda łożysk.
PA9 (7075)
Bardzo wysokie właściwości wytrzymałościowe, dobre skrawanie. Trudno dostępny w handlu.
Jw. tam gdzie wymagana jest najwyższa wytrzymałość.
Żeliwa
dla naszych zastosowań opiszemy żeliwa szare i sferoidalne.
Żeliwa szare: gatunki od GG15 do GG35 i sferoidalne GGG40 do GGG60
Żeliwo szare GG30 lub GG35
Twarde, dobrze obrabialne, duża odporność na ścieranie, dobra samosmarowność.
Prowadnice zaworowe, prowadnice popychaczy zaworowych.  Możliwe zastosowanie na tłoczki amortyzatorów tylnych zawieszeń do współpracy z tuleją stalową.
Żeliwo sferoidalne GGG50,GGG60
Lepsza odporność na ścieranie niż żeliwo szare, bardzo dobre właściwości mechaniczne i wytrzymałościowe, nieco mniejsza twardość od żeliwa szarego.
Prowadnice zaworowe, prowadnice popychaczy zaworowych, tulejki przednich zawieszeń starszego typu współpracujące ze stalą hartowaną. Tłoczki i pierścienie uszczelniające tylnych amortyzatorów.
Stale węglowe i stopowe
Stal węglowa 45
Stal konstrukcyjna wyższej jakości, duża wytrzymałość, dobrze obrabialna, średnia spawalność ze względu na skłonność do hartowania. Bardzo dobra dostępność prętów ciągnionych tolerowanych.
Dobrej jakości szpilki i śruby, elementy podwozia  i zawieszeń motocyklowych, osie kół i wahaczy itp.
elementy wymagające hartowania do niewielkiej wartości HRC (nagrzewanie materiału  do koloru wiśniowego i hartowanie w oleju). 
Stal stopowa 18G2A
Dobre właściwości mechaniczne i wytrzymałościowe, dobra spawalność. Dobra dostępność w przypadku prętów lecz gorsza w przypadku rur.
Ramy motocyklowe i inne elementy podwozia gdzie niezbędna jest wysoka wytrzymałość i spawalność.  Nadaje się również na elementy złączne typu śruby i szpilki.
Stal stopowa 40HM
Stal do ulepszania cieplnego, łatwa w obróbce mechanicznej, niespawalna (z uwagi na hartowanie spawu). Występuje również jako 40HM-T czyli stal ulepszona cieplnie do max. 32 HRC w tym stanie jest również dobrze obrabialna.
Elementy wałów korbowych, koła zębate, popychacze. W stanie ulepszonym (40HM-T) nadaje się do wykonania przeciwwag i korbowodów.
Stal stopowa 18HGT
Stal konstrukcyjna do nawęglania, dość trudno obrabialna za względu na plastyczność.
Czopy, sworznie, wałki, koła zębate gdzie wymagana jest twarda warstwa powierzchniowa ok. 60 HRC i ciągliwy rdzeń
Stal stopowa łożyskowa ŁH15
Stal do hartowania. Twardość po hartowaniu i odpuszczaniu 60-64 HRC.
Na bieżnie łożysk np. korbowodów, wałków zdawczych itp.
Tworzywa sztuczne i materiały kompozytowe
Teflon PTFE
Bardzo dobre właściwości ślizgowe i znikoma ścieralność, odporny chemicznie i temperaturowo (do 260 st. C) Duże odkształcenie plastyczne w przypadku nacisków o wysokich wartościach. W handlu występują również gatunki teflonu wzbogacone o domieszki np. węgla lub brązu, charakteryzujące się wyższą twardością.
Słabo nadaje się do zastosowań w elementach podwozia i napędowych ze względu na niską odporność na naciski i pełzanie.  Powszechnym błędem jest stosowanie w tulejach zawieszeń. Doskonale nadaje się jako warstwa ślizgowa w postaci napylonej powłoki np. tuleje kompozytowe w przednich zawieszeniach teleskopowych oraz w niektórych uszczelnieniach.
Poliamid PA
Często mylony z teflonem. Wysoka twardość, duża wytrzymałość, wysoka granica plastyczności, niski współczynnik tarcia, dobre właściwości ślizgowe. Niektóre z tych tworzyw powiększają nieznacznie swoją objętość (puchną) przy długotrwałej styczności z wilgocią. W handlu występują poliamidy wzbogacone o np. włókno szklane, środki smarne, molibden.
W przeciwieństwie do teflonu znajduje szereg zastosowań w motocyklach starszej generacji.  Tuleje zawieszeń, wahacze, podkładki cierne, uszczelnienia czołowe. Możliwe zastosowanie jako pierścienie uszczelniające tłoczków w tylnych amortyzatorach. Podkładki wibroizolacyjne pod śruby np. na elementy lakierowane i cienkościenne.
Poliuretan
Elastyczny, doskonale tłumi drgania, wysoka odporność na ścieranie, starzenie, warunki atmosferyczne  oraz chemikalia motoryzacyjne. Dobra skrawalność. W handlu występuje w różnych kolorach oraz twardościach: od 35 do 98 ShA.
Jest to elastomer doskonale zastępujący gumę. Sprawdza się na tuleje wibroizolacyjne amortyzatorów i wahaczy. Bardzo dobry jako uszczelnienia wargowe np. wałków zdawczych.



Przytoczone ujęcie tabelaryczne wskazuje najważniejsze zastosowania metali używanych w remontach silników. Wspomnieć należy o praktycznych zastosowaniach wybranych tworzyw sztucznych.

Teflon PTFE ma najmniejszy współczynnik tarcia, a co za tym idzie najlepsze właściwości ślizgowe ze znanych nam materiałów, ponadto wytrzymuje wysokie temperatury i jest niezwykle odporny chemicznie. W związku z powyższym doskonale sprawdzi się w styczności z paliwami. Z powodzeniem można z niego wykonać uszczelki do kraników paliwa, podkładki uszczelniające i uszczelnienia do gaźników. Teflon jest również dostępny w handlu pod postacią arkuszy cienkościennych zbrojonych włóknem szklanym jako „Cerata teflonowa”. Jest to cienki, delikatny materiał o grubościach poniżej 1 mm, często pokryty jednostronnie klejem. W naszych zastosowaniach sprawdzi się jako izolator cierny np. pomiędzy sprężyną a amortyzatorem w tylnym zawieszeniu motocykla. Podstawową wadą teflonu jest jego plastyczność i skłonność do pełzania, co praktycznie dyskwalifikuje go w zastosowaniu we wszelkiego rodzaju tulejach obciążonych, np. nie stosujemy go w zastępstwie gumy w zawieszeniach.

Wad teflonu nie wykazuje Poliamid PA a przy tym ma dość niski współczynnik tarcia, dlatego jest doskonały do tulejek zawieszeń. W zastępstwie gumy możemy natomiast użyć sprężystego Poliuretanu np. jako „Silent Block”.


Należy jeszcze wspomnieć o materiałach uszczelkowych. W zastosowaniach motoryzacyjnych występują głównie klingeryty, materiały na bazie celulozy, gumy olejoodporne oraz korkoguma.

W mojej praktyce stosuję dwa rodzaje klingerytów. Pierwszy z nich to klngeryt zbrojony drutem lub cienka blachą przeznaczony na uszczelki wysokotemperaturowe pod głowice. Drugi typ to klingeryt wzmocniony włóknami kevlarowymi przeznaczony na pozostałe uszczelki np. pokryw rozrządu, pokryw zaworowych itp. Klingeryty są dostępne w różnych grubościach i w zależności od producenta maja różne nazwy np. Gambit, Polonit itp. Główną ich zaletą są bardzo dobre właściwości uszczelniające bez konieczności stosowania dodatkowych past typu silikon. Są to materiały, które bardzo dobrze odwzorowują uszczelnianą powierzchnię (zazwyczaj jedną ze stron) i nie ma konieczności obrysowywania uszczelnianego elementu. Wadą tego typu materiałów, szczególności klingerytów kevlarowych, jest skłonność do pełzania w wyniku drgań nasilająca się w przypadku naniesienia pasty uszczelniającej (dlatego średnio nadają się na uszczelki pod cylindry) oraz niska odporność na rozrywanie, co często skutkuje utratą ciągłości materiału w przypadku wycinania otworów.


Nieco zapomnianymi, ale w dalszym ciągu niezastąpionymi materiałami uszczelniającymi są materiały celulozowe (szczeliwa papierowe). W hurtowniach materiałów technicznych pod nazwą handlową Preszpan jest dostępny papier charakteryzujący się bardzo dużą gęstością. Jest on wykonywany w bardzo szerokim asortymencie grubości: od 0,1 mm do 1mm (co 0,05 mm i 0,01mm a powyżej 1mm co 0,5mm). W praktyce warsztatowej jego zaletą jest bardzo duża wytrzymałość na rozdarcie oraz brak pełzania, również w przypadku zastosowania past uszczelniających. Ze względu na swoją twardość nieco gorzej uszczelnia od klingerytu, dlatego uzasadnione jest stosowanie dodatkowych środków uszczelniających np. pasty silikonowej. Gorzej od klingerytu odwzorowuje powierzchnię, lecz stanowi to problem dopiero powyżej 0,7mm. Doskonale nadaje się na uszczelki pod cylindry oraz wszędzie tam, gdzie śruby należy dokręcić z odpowiednio dużą wartością momentu.


Kolejnym materiałem stosowanym do uszczelnień jest guma olejoodporna Często występuje ona w wersji zbrojonej tkaniną. Co prawda materiał ten doskonale uszczelnia powierzchnie płaskie, lecz charakteryzuje się wręcz gigantyczną skłonnością do pełzania, szczególnie w wyższych temperaturach. Dlatego konieczne jest dodatkowe zastosowanie metalowych obudów uszczelki, które ograniczą jej skłonność do pełzania. Materiał ten stosuję wszędzie tam, gdzie w elemencie uszczelnianym występują wgłębienia pod specjalne uszczelki np. typu o-ring, w zastępstwie oryginalnych uszczelek.


Korkoguma jest materiałem łączącym dobre właściwości uszczelniające gumy przy jednoczesnym zmniejszeniu skłonności do pełzania oraz odporności wysokotemperaturowej korka. To szczeliwo doskonale nadaje się do uszczelnień dużych powierzchni płaskich jak pokrywy zaworowe czy miski olejowe. Podczas montażu śrub należy pamiętać o niskiej wartości momentu dokręcania, jaką jest w stanie znieść ten materiał, dlatego w otworach na śruby (w uszczelce) spotyka się tulejki ograniczające głębokość dokręcania. Materiał ten jak i wyżej wymieniona guma olejoodporna nie nadają się do zastosowania w uszczelnieniu krućców ssących i głowicy, gdyż takie zastosowanie często prowadzi do zniszczenia krućca i wykrzywienia szpilek mocujących.


Należy tez dodać kilka słów na temat past uszczelniających, choć wydaje się, że w tej materii nie zostanie powiedziane już nic odkrywczego . Warto nadmienić, że stosujemy tylko te pasty, które są dedykowane dla zastosowań przemysłu motoryzacyjnego. Pasty doskonale uszczelniają i są niezwykle odporne na wysoką temperaturę. Najczęściej spotykaną pastą jest silikon. Jest on na tyle wygodny w użyciu, że często użytkownicy nie zastanawiają się nad jego właściwym przeznaczeniem. Ponadto jest on często dozowany w nadmiernej ilości. Jego podstawową wadą jest wypływka z powierzchni uszczelniającej, która w przypadku oderwania do wnętrza silnika, może spowodować zniszczenie silnika w wyniku zatkania kanałów olejowych. Silikonu nie należy stosować w połączeniu z benzyną czyli np. do uszczelnienia komór korbowych i cylindrów w silnikach dwusuwowych oraz kolektorów ssących. Benzyna powoduje jego puchnięcie i oderwanie od powierzchni uszczelniającej. Na rynku dostępne są również inne pasty uszczelniające odporne na wysoką temperaturę, które nie wykazują wad silikonu a są niemal tak samo dobre jako płynne uszczelki. Taką pastą jest np. Loctite 5972 o odporności temperaturowej do 315 stopni C. Jej podstawową zaletą jest elastyczność i brak twardej wypływki na powierzchniach uszczelnianych, ale także wysoka odporność chemiczna na paliwa i oleje, co predestynuje ją do zastosowań w silnikach dwusuwowych oraz uszczelnień związanych bezpośrednio z układem smarowania silnika. Doskonale spełnia swoją rolę w połączeniu z uszczelkami papierowymi i korkowymi.


Przytoczone przykłady nie wyczerpują asortymentu dostępnych na rynku materiałów, ale są optymalne z punktu widzenia praktycznego. Trzeba jednak wspomnieć, że współczesne motocykle są dużo mniej podatne na remonty, a jeśli już do nich dochodzi wymagają z innego doboru materiałów z uwagi na inne parametry techniczne.

2 komentarze:

  1. Panie Tomku, bardzo dziękuję za ten tutorial.

    Wszystkiego dobrego w Nowym Roku!

    Hubert

    OdpowiedzUsuń