淺談發(fā)動(dòng)機(jī)活塞清潔度管控

楊續(xù)華

摘 要：活塞的清潔度影響著發(fā)動(dòng)機(jī)的清潔度情況，對(duì)活塞的使用壽命和發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性有較大的影響，文章主要敘述了清潔度的概況，清潔度的重要性，活塞清潔度的影響因素，還闡述了提升清潔度的措施不僅需從技術(shù)上進(jìn)行控制，同樣也需要從管理上進(jìn)行加強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：清潔度;金屬顆粒;工藝流程;生產(chǎn)環(huán)境;測(cè)試環(huán)境

中圖分類(lèi)號(hào)：U472.43 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2020）10-199-03

Talking About the Control of Engine Piston Cleanliness

Yang Xuhua

（ Huayu Colburn Schmidt Piston Co.， Ltd.， Shanghai 201800 ）

Abstract：?The Cleanliness of Piston have a great effect on the whole engine cleanliness level， and influence the shelf life of piston and the quality and reliability of engine， This paper describes the general requirement of Cleanliness test， the importance of Cleanliness and the factors of affecting the cleanliness of piston. The paper also explains that measures to improve and to be strengthened the cleanliness level which not only from technical site but also from daily management.

Keywords： Cleanliness;?Metal particl;?Process flow;?Production environment;?Testing environment

CLC NO.： U472.43 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）10-199-03

1 概述

清潔度的定義指的是產(chǎn)品的潔凈程度，主要指產(chǎn)品表面殘留微小顆粒物的程度。清潔度是對(duì)工作環(huán)境、加工產(chǎn)品、過(guò)程管控等清潔情況的度量，包括工作環(huán)境的清潔度（含塵量）、生產(chǎn)加工的產(chǎn)品表面的清潔度、用水的水質(zhì)及其污染度、空調(diào)供風(fēng)和壓縮空氣的潔凈度等。一般我們是通過(guò)顆粒物的類(lèi)別、尺寸、數(shù)量、重量來(lái)衡量樣品被污染的程度。

控制產(chǎn)品清潔度目的是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的方法去驗(yàn)證產(chǎn)品的清潔度是否達(dá)到相關(guān)行業(yè)的要求，進(jìn)而確保生產(chǎn)的產(chǎn)品達(dá)到預(yù)定的使用壽命。主要涉及的范圍是：汽車(chē)行業(yè)各零部件、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、變速箱系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、航空、半導(dǎo)體、醫(yī)療設(shè)備、通訊產(chǎn)品、精密儀表等行業(yè)。

2 清潔度重要性

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，發(fā)動(dòng)機(jī)清潔的勞動(dòng)量約占整個(gè)產(chǎn)品制造勞動(dòng)量的10%～20%，發(fā)動(dòng)機(jī)主要摩擦副和重要項(xiàng)目的壽命如下表。

從表1中可以看出，國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品均比國(guó)外產(chǎn)品的使用壽命低一半以上。造成此差距的原因有很多，設(shè)計(jì)方案、制造精度、配合公差設(shè)計(jì)等方面，而零部件以及整機(jī)的清潔度水平是其中非常重要的因素之一。事實(shí)證明，由于裝配前的清洗工藝與清洗質(zhì)量的較大差異，清潔度水平好的能運(yùn)轉(zhuǎn)幾千小時(shí)，差的只能運(yùn)轉(zhuǎn)幾百小時(shí)甚至幾小時(shí)。舉幾個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

（1）在加工中如果清除零件和夾具定位面上的切屑不細(xì)致，則會(huì)影響零件加工的精確定位;

（2）如果機(jī)械雜質(zhì)殘留在零件的配合面或油道孔上，那么在裝配時(shí)，精密件表面會(huì)被擦傷，而且在試運(yùn)轉(zhuǎn)和實(shí)際使用過(guò)程中，配合表面極易造成破壞;

（3）在不加工的內(nèi)腔內(nèi)（如水道）存在過(guò)多的鑄造雜質(zhì)和砂粒還會(huì)影響整機(jī)的性能;

（4）產(chǎn)品上的翻邊毛刺、飛邊等殘留會(huì)在內(nèi)部震動(dòng)和潤(rùn)滑油沖刷等條件下掉落，進(jìn)而堵住或影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)和使用壽命。

因此清潔度的好壞，不僅與產(chǎn)品性能、壽命有關(guān)，而且與產(chǎn)品和企業(yè)的聲譽(yù)有關(guān)。下面簡(jiǎn)單羅列了金屬及硬質(zhì)雜質(zhì)殘留物對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的有害影響主要方面：

（1）擦傷：發(fā)動(dòng)機(jī)缸孔擦傷呈條狀，有不同的深度和寬度的直線傷痕;

（2）活塞表層的石墨層脫落，對(duì)活塞壽命造成影響，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部積碳增多;

（3）拉缸：發(fā)動(dòng)機(jī)不能進(jìn)行工作，部位不規(guī)則;

（4）損壞曲軸和軸瓦;

（5）影響整機(jī)壽命和性能，如油壓降低、整機(jī)抱死等;

（6）阻礙冷卻水流動(dòng);

（7）缸孔的磨損、氣門(mén)導(dǎo)管及油封的磨損會(huì)造成燒機(jī)油。

3 清潔度的影響因素

3.1 產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)

產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段就去考慮到清潔度的要求，應(yīng)該在圖紙上或規(guī)范上規(guī)定清潔度的限值及允許的檢測(cè)方法，產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需考慮拋丸和清洗等生產(chǎn)工藝（如對(duì)內(nèi)腔和油道等）。

表2列取了不同客戶針對(duì)活塞和活塞總成的清潔度要求，從下面要求可以看出，各OEM對(duì)清潔度的重量均有要求，但不同是各主機(jī)廠對(duì)重量、顆粒、抽檢頻次和測(cè)試條件等存在不同的要求。

3.2 工藝流程和生產(chǎn)控制

針對(duì)零件清潔度的管控需要針對(duì)整個(gè)生產(chǎn)工藝流程進(jìn)行考慮和設(shè)計(jì)，針對(duì)工藝流程的部局、每道工序的物流方向、過(guò)程的設(shè)計(jì)以及具體的管控方面，以鋁合金活塞的生產(chǎn)工藝為例：活塞的主要生產(chǎn)工藝：鑄造→清理→機(jī)加工→預(yù)清洗→尺寸全檢→最終清洗→裝配→GP12檢查→包裝→發(fā)貨。

熱工、沖壓等工序：熱工、沖壓等生產(chǎn)出零件的飛邊、毛刺、氧化皮等需自動(dòng)或人工打磨干凈，用拋丸/噴丸/噴砂等工序?qū)α慵膬?nèi)腔、油道等死角進(jìn)行處理，必要時(shí)人工進(jìn)行處理;

機(jī)加工工藝：對(duì)機(jī)加工的刀具，切削液進(jìn)行合理選擇、監(jiān)控確保不產(chǎn)生長(zhǎng)及大的金屬屑，且針對(duì)小的盲孔、螺紋孔及通孔等區(qū)域，考慮刀具的排屑，防止金屬屑卡在孔內(nèi)，造成后續(xù)清潔度超差，進(jìn)而影響產(chǎn)品的功能;

清洗工序：根據(jù)產(chǎn)品的清潔度要求、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品外觀要求及經(jīng)濟(jì)性等來(lái)設(shè)計(jì)清洗工藝，如以下考慮：

a.僅有顆粒物重量要求，且重量要求不高時(shí)，一般只需要有超聲波清洗即可。

b.如果清潔度要求較高，且對(duì)產(chǎn)品的內(nèi)腔、油道等區(qū)域的顆粒度尺寸、數(shù)量有要求時(shí)，需根據(jù)要求來(lái)設(shè)計(jì)高壓清洗工藝，并確認(rèn)清洗機(jī)品牌、清洗機(jī)壓力大小、清洗詳細(xì)路徑及清洗的有效性等，同時(shí)應(yīng)考慮清洗液類(lèi)型、濃度、清洗溫度、濾芯尺寸的選擇對(duì)清潔度的影響;

檢查工序：a.檢查工序需考慮工作臺(tái)的清潔，并考慮在終檢工序?qū)z具對(duì)直徑、位置度、螺紋孔的100%檢查移至清洗工序前或在檢查完后再增加一道清洗工序，用以保證檢具的檢查不會(huì)引入新的顆粒，導(dǎo)致清潔度超差;b.考慮人員的著裝和手套的更換頻次;

裝配工序：a.各種外購(gòu)和自制的零部件應(yīng)符合產(chǎn)品圖紙和規(guī)范要求;b.設(shè)備和工裝應(yīng)符合清潔度要求;c.裝配的環(huán)境應(yīng)符合清潔度要求;d.對(duì)重要的裝配面（缸孔、密封面等），孔道、內(nèi)腔采用定期擦、吹、吸、刷等人工手段去除臟污和雜質(zhì)等;e.潤(rùn)滑油等盛放容器需保證清潔并保證定期清理;

流轉(zhuǎn)工序：裝配車(chē)間零部件的轉(zhuǎn)運(yùn)和總成零件的轉(zhuǎn)運(yùn)，應(yīng)盡可能用專(zhuān)用拖盤(pán)、仿形吸塑盤(pán)等轉(zhuǎn)運(yùn)托盤(pán)，用鏈條、輸送帶、輥道或?qū)ｉT(mén)的運(yùn)輸車(chē)間進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，運(yùn)轉(zhuǎn)的托盤(pán)、容器和軌道需定期進(jìn)行清潔，保證清潔度要求;

包裝工序：a.針對(duì)有顆粒大小和數(shù)量有要求的清潔度，需要求包裝材料需定期進(jìn)行清洗或清潔，確保在包裝前沒(méi)有異物留在包裝材料內(nèi);b.包裝人員所使用的手套等需定期進(jìn)行更換，防止手套上累積的顆粒掉落到產(chǎn)品中;包裝的環(huán)境應(yīng)該是隔離且封閉，避免有外來(lái)顆粒進(jìn)入產(chǎn)品;c.根據(jù)產(chǎn)品不同的清潔度要求，可定義是否在零件外部、每層或每拖零件加裝塑料袋，防止運(yùn)輸過(guò)程中引入外來(lái)顆粒造成清潔度超差。

3.3 生產(chǎn)環(huán)境和測(cè)試環(huán)境

工廠的生產(chǎn)環(huán)境要良好，要做好車(chē)間及工序的規(guī)劃和布局。

（1）機(jī)加工車(chē)間應(yīng)該遠(yuǎn)離熱工車(chē)間、熔煉車(chē)間和易產(chǎn)生粉塵和金屬屑的生產(chǎn)車(chē)間;

（2）清洗工序和后道工序需遠(yuǎn)離機(jī)加工及易產(chǎn)生金屬屑的生產(chǎn)工序，根據(jù)客戶圖紙標(biāo)準(zhǔn)要求，前期進(jìn)行評(píng)估確認(rèn)廠房和車(chē)間環(huán)境，如有必要需要考慮在密閉的房間、負(fù)壓車(chē)間或在無(wú)塵室進(jìn)行加工、清洗、檢查及包裝等;

（3）裝配車(chē)間要和各熱工、機(jī)加工等車(chē)間隔離并封閉，如有必要設(shè)置成負(fù)壓車(chē)間或無(wú)塵車(chē)間;

（4）測(cè)試環(huán)境要隔離并封閉，并對(duì)溫濕度環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，可根據(jù)產(chǎn)品的要求，并參考ISO16232或VDA19的清潔度要求，建立起清潔度測(cè)試系統(tǒng)，可根據(jù)需求設(shè)置成負(fù)壓環(huán)境或無(wú)塵環(huán)境，無(wú)塵室可參考國(guó)標(biāo)ISO14644。

3.3.1 清潔度提升措施

通過(guò)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)活塞零件技術(shù)要求和生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，可以看出清潔度的提升不僅僅是一個(gè)技術(shù)問(wèn)題，同時(shí)也是現(xiàn)場(chǎng)管理的問(wèn)題，需要從整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行管控和提升，才能較好的保證客戶針對(duì)零件清潔度的影響。

3.3.1.1 技術(shù)方面

1）制定和優(yōu)化較完善可行和適應(yīng)生產(chǎn)的工藝標(biāo)準(zhǔn)，并對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施進(jìn)行監(jiān)控、分析和優(yōu)化;

2）治理好鑄造車(chē)間等的粉塵管理，建立并定期確認(rèn)抽風(fēng)除塵系統(tǒng)的有效性;

3）裝配車(chē)間實(shí)行負(fù)壓系統(tǒng)，防止外來(lái)的顆粒和污染物流入到裝配車(chē)間;

4）零件在最終清洗前，預(yù)先進(jìn)行預(yù)清洗，對(duì)機(jī)加工產(chǎn)生的毛刺、飛邊及深孔內(nèi)的鋁屑等進(jìn)行壓力沖洗，并定期用藍(lán)墨水試驗(yàn)驗(yàn)證其有效性;

5）對(duì)機(jī)加工刀具和程序進(jìn)行優(yōu)化，避免產(chǎn)能連續(xù)及較大的鋁屑產(chǎn)生;

6）對(duì)較小的盲孔、螺紋孔、光孔等加工，要考慮使用可排屑的刀具;

7）將終檢中的尺寸及螺紋孔的檢測(cè)等工序，移至最終清新前，防止因檢測(cè)而引入的金屬顆粒;

3.3.1.2 管理方面

1）培訓(xùn)現(xiàn)場(chǎng)員工，提升現(xiàn)場(chǎng)員工的質(zhì)量意識(shí)，認(rèn)真執(zhí)行各項(xiàng)公司規(guī)章管理標(biāo)準(zhǔn)和制度;

2）定期對(duì)設(shè)備、工裝、工作臺(tái)、工位器具、輥道、送件車(chē)輛等進(jìn)行擦拭和吸塵，并對(duì)顆粒物進(jìn)行分析其來(lái)源，并進(jìn)行改善;

3）對(duì)產(chǎn)品清潔度的重量和大金屬顆粒數(shù)量和大小持續(xù)進(jìn)行監(jiān)控，如出現(xiàn)較大的波動(dòng)，需對(duì)波動(dòng)情況進(jìn)行分析改善，必要時(shí)針對(duì)顆粒的成分進(jìn)行EDX確認(rèn);

4）對(duì)機(jī)加工后和發(fā)貨前的每一道工序?qū)Υ箢w粒無(wú)的來(lái)源進(jìn)行排查，需包含過(guò)程中的包材和轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程，針對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析和改善。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，清潔度是金屬加工和汽車(chē)行業(yè)面臨的重要問(wèn)題，現(xiàn)將影響金屬零件清潔度的因素及改善措施與業(yè)內(nèi)同仁分享，希望能夠?qū)Πl(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)清潔度起到一些啟示作用，可以通過(guò)清潔度控制管理，讓中國(guó)制造越來(lái)越好。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉偉.發(fā)動(dòng)機(jī)清潔度的控制與管理[J].天津汽車(chē)，2003年01期.

[2] 葉才華.發(fā)動(dòng)機(jī)清潔度影響因素分析及其管控措施[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2013年第24期.

[3] 朱正德.發(fā)動(dòng)機(jī)零部件清潔度監(jiān)控水平的提升[J].現(xiàn)代零部件，2013年第9期.

[4] 崔宏杰，劉文陽(yáng)，曲麗.發(fā)動(dòng)機(jī)的清潔度與清洗技術(shù)及設(shè)備[J].黑龍江交通科技，2007年第9期.