噴油器制造過程的異物控制研究

蔣燕榮

摘要：文章講述異物的界定和對噴油器性能的影響，異物檢驗的分析方法，異物的來源分類，控制措施及要求。

Abstract： This paper describes the definition of foreign body and its influence on injector performance， the analysis method of foreign body inspection， the source classification of foreign body， control measures and requirements.

關(guān)鍵詞：產(chǎn)品質(zhì)量影響;異物分析;異物控制

Key words： product quality impact;foreign body analysis;foreign body control

0? 引言

產(chǎn)品質(zhì)量是企業(yè)的生命，過硬的產(chǎn)品質(zhì)量不僅可以讓企業(yè)贏得市場，獲得更好的效益，還可以實現(xiàn)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。企業(yè)要良性發(fā)展，必然要重視產(chǎn)品質(zhì)量。產(chǎn)品制造過程中的異物是影響產(chǎn)品質(zhì)量的重要原因，必須對異物控制做出相關(guān)規(guī)定，分析其來源，更好的提高產(chǎn)品質(zhì)量和提高顧客滿意度。

1? 噴油器異物的界定

所有制造過程中引起噴油器產(chǎn)品孔堵、流量變小或密封時關(guān)閉不嚴(yán)造成噴油器小孔漏的金屬顆粒、非金屬顆粒、金屬毛刺、非金屬纖維、硅膠粒、皮屑、塑料、膠質(zhì)體等物質(zhì)均稱之為異物。

2? 異物對產(chǎn)品質(zhì)量的影響

2.1 異物對產(chǎn)品性能的影響

異物導(dǎo)致的噴油器故障主要表現(xiàn)為噴油器常開或常閉。由于噴油器需要保證單位時間內(nèi)的精確流量在規(guī)定范圍的間隙內(nèi)，而噴油器是電控燃油噴射系統(tǒng)的主要執(zhí)行元件之一，其功能用是根據(jù)ECU的指令，控制燃油噴射量。電控燃油噴射系統(tǒng)目前一般主導(dǎo)的是電磁式噴油系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，噴油器里面其中一個部件是電磁線圈，引出到外面的是一個插座，由線圈與ECU連接后。則噴油器前面的鋼球閥和銜鐵連為一體。給電磁線圈進(jìn)行通電，產(chǎn)生相應(yīng)的磁力，再將鋼球閥和銜鐵吸起而進(jìn)行工作，噴油流量孔被打開，燃油就從針閥前面部分的軸針（鋼球）與噴孔之間的環(huán)形間隙高速噴出，發(fā)動機管理系統(tǒng)通過ECU改變電脈沖的寬度來控制噴油器每次設(shè)定的噴油工作時間，從而控制整個噴油器的噴油量。一般噴油器每次的工作噴油時間在2～10ms之間，相應(yīng)的噴油時間越長流量就越多。給電磁線圈斷電后，磁力線就會隨著消失，噴油器內(nèi)部回位彈簧就會隨銜鐵和針閥相應(yīng)的向下壓，而噴油流量孔則關(guān)閉，噴油器便停止噴油。

2.2 異物對產(chǎn)品效果的影響

若在噴油器開啟時，有異物卡在閥球和閥座之間的間隙中，導(dǎo)致斷電時閥球不能落座，通常這種情況稱為噴油器常開。噴油器的開度在設(shè)計和工藝上又是由銜鐵與連接桿之間的間隙保證的，該間隙通常稱為噴油器的升程，而如果有異物出現(xiàn)在該產(chǎn)品間隙中，噴油器通電工作時而銜鐵不能向上移，而導(dǎo)致噴油器球閥無法打開，這種情況則為噴油器常閉現(xiàn)象。噴油器常開的這種現(xiàn)象一般會使噴油器球閥泄漏而導(dǎo)致過量的噴油，而常閉故障會導(dǎo)致不噴油。

2.3 異物對產(chǎn)品整車的影響

異物堵孔造成流量變小，造成發(fā)動機工作抖動，影響發(fā)動機的使用壽命，整車動力性能差，同時乘客感覺不舒適。異物在內(nèi)腔卡滯閥芯組件造成流量變大，造成發(fā)動機燃燒不完全，排放黑煙;整車動力性能差，經(jīng)濟性能變差（油耗高）。噴油器的精密結(jié)構(gòu)決定了其工藝較為復(fù)雜，其制造工藝一般分為零件加工、裝配與標(biāo)定測試等幾個階段。涉及到的工藝繁多而復(fù)雜，所以噴油器生產(chǎn)工藝一般采用全自動或半自動生產(chǎn)，而且為保證生產(chǎn)過程中不受異物污染，其生產(chǎn)線幾乎都建在潔凈廠房中;而且為了對每個噴油器的特性進(jìn)行精確調(diào)整與跟蹤，較為先進(jìn)的噴油器生產(chǎn)線通常具有精確追溯系統(tǒng)，對每個噴油器的性能與部分工藝參數(shù)進(jìn)行追溯。

異物造成噴油器密封性不良，造成噴油器漏油。對整車而言，噴油器漏油輕微時造成燃燒不完全，冒黑煙加速三元催化劑的使用壽命;嚴(yán)重時導(dǎo)致發(fā)動機腔燃燒，從而導(dǎo)致整車燃燒，危害顧客的生命安全。

3? 異物檢驗的分析方法

3.1 顆粒度測量

對生產(chǎn)制造中的空氣、零件、油品按相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行清潔度檢測，操作者取樣要求從生產(chǎn)過程中隨機抽取清洗后的零部件，取樣數(shù)量按零件清潔度標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的數(shù)量取樣送檢清潔度。抽取的零部件使用潔凈的自封袋進(jìn)行包裝，確保采樣過程和送檢過程中不能遭受外來異物污染零件，取樣的零部件放置待檢區(qū)后，保證自封袋密封，且零部件報檢袋整齊擺放，用濾膜對其零件和油品進(jìn)行過濾到濾紙上，在清潔度實驗室中用常用顯微鏡、晶相顯微鏡、影像坐標(biāo)測量儀，通過相應(yīng)的放大倍率進(jìn)行顆粒數(shù)測量與異物尺寸測量，統(tǒng)計和分析清潔度質(zhì)量情況。如表1。

3.2 顆粒物成分分析

對制造過程發(fā)現(xiàn)的顆粒物進(jìn)行分析，判斷顆粒物來源、并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行控制和預(yù)防。根據(jù)發(fā)現(xiàn)的異物顆粒的不同種類，則選用不同的設(shè)備進(jìn)行成分分析。對于金屬顆粒使用掃描電鏡+能譜儀（SEM+EDS），而對于非金屬顆粒（一般為有機物）使用紅外光譜儀（FTIR）進(jìn)行分析。其中掃描電鏡采用電子束在試樣上作光柵狀掃描的成像原理，最高可以達(dá)到20000倍的放大位數(shù)與0.8的分辨倍率，可以有效放大顆粒物的形態(tài)。能譜儀（SEM）和掃描電鏡（EDS）組合是最廣泛使用的顯微分析儀器。對樣本的能譜進(jìn)行分析，從而得到樣本各元素的含量比例，有效判斷顆粒物的來源。如表2。

3.3 異物數(shù)據(jù)庫的建立

異物數(shù)據(jù)庫的建立主要從制造過程中已經(jīng)出現(xiàn)和分析過的異物進(jìn)行統(tǒng)計管理和建立數(shù)據(jù)庫。通過對其進(jìn)行抽樣評估外，還能對制造能力和工藝進(jìn)行監(jiān)控，建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫也是對產(chǎn)品異物進(jìn)行控制分析，和對清潔度管理進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)的重要前提和必要工具。

4? 異物的來源和管控

①原料中的異物和管控： 原料本身含有的雜物在清洗不干凈等造成的外來異物的混入，零件必須經(jīng)清洗并檢驗清潔度合格后方可用于產(chǎn)品裝配。

②生產(chǎn)器具產(chǎn)生的異物和管控：加工用設(shè)備、工裝及器具破損或脫落造成異物的混入，所以嚴(yán)禁使用破損的器具，對其有進(jìn)行焊接的地方，使用前必須先去除表面的焊渣，避免異物掉入產(chǎn)品中。

③人員帶入的異物和管控：人員管理不善造成嚴(yán)重的異物混入，如：皮屑、毛發(fā)、纖維等的混入，必須嚴(yán)格執(zhí)行進(jìn)出入防塵車間要求和個人著裝、衛(wèi)生。

④環(huán)境中出現(xiàn)的異物和管控：空氣粉塵、墻壁水泥塊脫落、包裝材料等帶有的異物混入。為保證噴油器在封閉和清潔的環(huán)境中生產(chǎn)和裝配，則要建立標(biāo)準(zhǔn)的單獨的潔凈廠房。而噴油器的標(biāo)準(zhǔn)廠房按照GB50073-2001或ISO14644-1標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，室內(nèi)的空氣潔凈度則應(yīng)達(dá)到8級（即粒徑大于5μm的顆粒最大濃度極限為29300pcs/m3），裝配車間為潔凈正壓車間，潔凈車間區(qū)域與非潔凈區(qū)之間的靜壓差為3～6Pa。廠房將人員通道、原材料通道與成品出口完全分開，避免操作人員和零件間的交叉污染。在人員進(jìn)入的區(qū)域應(yīng)備有更衣室和風(fēng)淋房，保證外界異物不跟隨人員被帶入清潔廠房。

⑤過程中出現(xiàn)的異物和管控：生產(chǎn)過程操作不當(dāng)造成異物產(chǎn)生，零件加工、制造、運輸、存儲、領(lǐng)用等過程注意輕拿輕放，零件加工、制造、運輸、存儲、領(lǐng)用等過程禁止拋擲、傾倒等不良動作，避免零部件間因外力造成磕碰導(dǎo)致金屬異物產(chǎn)生。生產(chǎn)過程（特別是零件清洗后）需注意異物防護，避免潔凈零件再次遭受異物污染。

5? 異物控制的目的

為避免雜質(zhì)顆?？娪推鞲鞑考\動，導(dǎo)致堵塞油路、破壞密封等情況的出現(xiàn)，造成產(chǎn)品性能下降或喪失功能而引發(fā)質(zhì)量問題。

6? 異物控制的措施和方法

對于一般的發(fā)動機或變速箱零件，對其清潔度的檢測通常檢測在其表面沾染的外來異物的總量為準(zhǔn)，如通用汽車的GMN6752等標(biāo)準(zhǔn)。但是對于噴油器這一類對清潔度有很高要求的精密零件來說，更應(yīng)該控制的是其表面可能沾染的異物顆粒尺寸，以防止超過最大允許尺寸的外來異物顆粒進(jìn)入腔內(nèi)而出現(xiàn)噴油卡滯風(fēng)險。而98%以上的噴油器卡滯問題是由于顆粒大于200μm的微粒造成，根據(jù)噴油器清潔度或異物污染造成的失效統(tǒng)計，異物的來源主要分為3類：來料混入、裝配過程、環(huán)境交叉污染，不良油品帶入所以在噴油器生產(chǎn)過程中，不僅需要對噴油器的零部件進(jìn)行清潔度檢測，也需要對噴油器的制程進(jìn)行管控，防止在噴油器裝配過程或外來異物帶入噴油器腔內(nèi)。

6.1 零件清洗控制

噴油器的零部件清洗采用噴淋與超聲波清洗技術(shù)結(jié)合的組合清洗方式，確保更好的清洗效果。零件本身的清潔度檢測一般先將待測零件在蒸餾水中充分沖洗后，將蒸餾水經(jīng)經(jīng)濾膜過濾，再將濾膜烘干后，置于自動掃描顯微鏡下進(jìn)行掃描，顯微鏡將自動測量留于濾膜上的顆粒尺寸。通過檢測結(jié)果分析和改進(jìn)清潔度要求。

6.2 工裝硬度改善

噴油器的各大零部件一般采用奧氏體不銹鋼材料，經(jīng)過拉伸等工藝加工后，其表面硬度在HV350左右。而噴油器制造過程中使用的大部分工裝材料一般為低碳鋼，（例如20號碳素結(jié)構(gòu)鋼），若不其進(jìn)行硬化處理，硬度只有HRC20左右。在生產(chǎn)過程中，工裝與零件的頻繁接觸使得工裝容易被零件磨損，產(chǎn)生微小顆?；蛩樾几街诹慵稀Ｓ绕涫菍娪推鬟M(jìn)行夾持、壓裝或者調(diào)整工序的工裝磨損程度均高于其他位置，而且由于這些工裝距離噴油器零件管口很近，若被磨損產(chǎn)生顆粒，極易導(dǎo)致顆粒掉入噴油器內(nèi)腔。由于壓裝噴油器連接桿的工裝磨損后，異物掉入噴油器導(dǎo)致卡滯。所以需要對噴油器裝配的工裝進(jìn)行表面石硬化處理，使其表面硬度比噴油器零件的表面硬度高。

6.3 工藝調(diào)整改進(jìn)

噴油器內(nèi)部為管狀結(jié)構(gòu)，其裝配工藝廣范采用壓裝和焊接工藝，對零件的同軸度要求高。在壓裝工位的上下工裝壓裝時，必須調(diào)整和保證兩零件的同軸度，如果同軸度不在范圍內(nèi)，則被壓裝的兩個零件會出現(xiàn)異常的刮擦，而出現(xiàn)產(chǎn)品以外的異物顆粒。為防止工裝產(chǎn)生的異物，需要定期對設(shè)備工裝進(jìn)行校驗和調(diào)整，或定制標(biāo)準(zhǔn)樣件等，用著色法檢驗兩工裝間的對中情況。

6.4 附加強制除塵

在生產(chǎn)的重點加工位，增加相應(yīng)的符合要求的除塵裝置，進(jìn)行強制除塵和改善。除塵方法一般有直接清潔法，即采用真空除塵對零部件表面進(jìn)行施加負(fù)壓，進(jìn)行直接清潔，將表面的微小顆粒與異物去除并統(tǒng)一收集。給某些特定的零件或過程進(jìn)行除塵，可以在工位旁增加離線的主動除塵裝置，或設(shè)置在進(jìn)料機構(gòu)（如振動上料軌道）壓裝工位上或下料軌道旁。設(shè)置的除塵裝置要與中央壓力控制設(shè)備連接，來控制負(fù)壓，一般除塵裝置有手動、半自動、自動設(shè)備。

6.5 沖洗與測試

噴油器的沖洗與測試可及早發(fā)現(xiàn)由外來顆粒與清潔度不良引起的噴油器故障，避免其在客戶處失效而產(chǎn)生抱怨。對噴油器內(nèi)腔使用物理特性與燃油相似的液體進(jìn)行沖洗，持續(xù)一段時間后，再對其進(jìn)行泄漏測試。由于在沖洗時噴油器閥針開啟，噴油器內(nèi)腔的異物將被液流沖至閥座處，尺寸較小的異物將通過噴油器閥孔被沖出噴油器，但尺寸過大的異物將將卡在閥針與閥座之間的間隙中，在后續(xù)的泄漏測試中被發(fā)現(xiàn)。

6.6 “5S” 車間清潔度布局

為保證噴油器在封閉和清潔的環(huán)境中生產(chǎn)和裝配，為防止外來異物進(jìn)入，廠房由中央壓力控制系統(tǒng)控制內(nèi)部壓力，保持廠房內(nèi)壓力大于外界壓力。而且廠房將人員通道、原材料通道與成品出口完全分開，避免操作人員和零件間的交叉污染。在人員進(jìn)入的區(qū)域還備有更衣室和風(fēng)淋房，保證外界異物不跟隨人員被帶入清潔廠房。

6.7 物流布局與物料轉(zhuǎn)移控制

合理布局噴油器生產(chǎn)制造過程中的物流過程，有助于管理和控制噴油器制造過程的潔凈度。

管理和控制的幾大點有：

①生產(chǎn)物料的流轉(zhuǎn)必須使用專用通道進(jìn)入清潔廠房，加強出入口管理制度。

②物流布置的原則必須遵循單線流轉(zhuǎn)原則，避免流轉(zhuǎn)中出現(xiàn)交叉污染。

③物料清洗后用專用的包裝袋或容器存放好，下次使用前檢查該物料狀態(tài)。

④生產(chǎn)在制品單獨存放，并用特殊容器密封，與界隔離。

⑤定期對存放零件的料車、料架或料盒進(jìn)行檢查和清洗，避免由于破損導(dǎo)致零件污染。

6.8 人員管理

進(jìn)入潔凈廠房的人員必須嚴(yán)格遵守相應(yīng)的規(guī)章制度，對人員的著裝、操作、行為方面加強管理，避免影響零件的清潔度的事件發(fā)生。

著裝要求：噴油器車間屬于潔凈廠房，需要按照潔凈廠房的著裝要求進(jìn)行著裝。如需著防塵服，換室內(nèi)專用工作鞋，戴頭套或工作帽，并完全包裹頭發(fā)，如需要應(yīng)佩戴手套和口罩。

人員操作行為規(guī)范：要求潔凈廠房內(nèi)的人員不得隨意串崗，落地零件應(yīng)該立即報廢，無法避免觸碰零件的員工必須佩戴手套并定時更換。每個工位的作業(yè)指導(dǎo)書必須包含該工位操作時的清潔度特殊要求。

6.9 清潔度日常監(jiān)控及持續(xù)改進(jìn)

清潔度控制的持續(xù)監(jiān)控對象有：產(chǎn)品自身的清潔度;周圍環(huán)境的清潔度。通過對其進(jìn)行抽樣評估，還對噴油器制造能力和工藝進(jìn)行穩(wěn)定性的監(jiān)控。

產(chǎn)品自身清潔度監(jiān)控方法有：按相關(guān)頻次對不同的清洗設(shè)備、和不同的清洗零件均進(jìn)行抽查，并對該清潔度的檢測結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析;對生產(chǎn)過程中的零件進(jìn)行監(jiān)控和統(tǒng)計，更好的反映加工工藝的穩(wěn)定性，及早發(fā)現(xiàn)影響產(chǎn)品的潛在缺陷。例如，原材料的清潔度測試結(jié)果穩(wěn)定正常，但是在其后的壓裝工位的過程清潔測試發(fā)現(xiàn)異常。

周圍環(huán)境的清潔度監(jiān)控對象和方法有：測試設(shè)備使用的專用測試液、超聲波內(nèi)使用的清洗液、關(guān)鍵特殊性設(shè)備的周圍環(huán)境變化等。制定和建立重點清潔度監(jiān)控工位列表，以及涉及到的重要工位，對這些重點工位的清潔度情況進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控和改進(jìn)。

7? 總結(jié)

噴油器制造過程的異物對噴油器的產(chǎn)品性能和穩(wěn)定性有著最直接的影響，異物控制是一項至關(guān)重要的工作，需要嚴(yán)格控制原材料、車間環(huán)境、加工生產(chǎn)線等方面進(jìn)行清潔度實時監(jiān)控，同時也需要加強監(jiān)督供方的防控工作，對異物的源頭進(jìn)行預(yù)防和控制。通過先進(jìn)的分析設(shè)備和科學(xué)的數(shù)據(jù)收集方法，對其進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和顧客的認(rèn)可。

參考文獻(xiàn)：

[1]黃富.QW-CP-21異物控制規(guī)范[S].柳州源創(chuàng)電噴技術(shù)有限公司，2018.

[2]韋福團.異物類型及相應(yīng)發(fā)生機理和對應(yīng)的處理措施.柳州源創(chuàng)電噴技術(shù)有限公司，2019，2，20.

[3]覃江繁.噴油器清潔度評價規(guī)范[S].柳州源創(chuàng)電噴技術(shù)有限公司，2018.

[4]唐明娟.出入車間著裝管理規(guī)范[S].柳州源創(chuàng)電噴技術(shù)有限公司，2017.

[5]蘭麗琴.產(chǎn)品生產(chǎn)加工過程防護規(guī)程[S].柳州源創(chuàng)電噴技術(shù)有限公司，2017.