淺談汽車制動部件的清潔度控制

周迎冬，葉青，吳新中，陳金梁

(浙江亞太機電股份有限公司制動工藝科,浙江杭州 311201)

0 引言

國外很早就將零部件的清潔度控制視為產(chǎn)品的生命線，建立了成熟的清潔度控制產(chǎn)品設(shè)計體系、工藝體系和質(zhì)量體系[1]，國內(nèi)零部件清潔度控制研究也逐漸趨于成熟。清潔度控制是基礎(chǔ)性研究，有助于提高制動部件的可靠性和壽命，減少產(chǎn)品的故障和維修費用。

1 汽車制動部件的清潔度控制概述

汽車部件的清潔度，用規(guī)定方法從規(guī)定部位采集到的雜質(zhì)微粒的質(zhì)量、大小和微粒尺寸分布來表示。2005年德國汽車行業(yè)協(xié)會出版了VDA 19標準，2009年版的ISO 16232已經(jīng)發(fā)展到與VDA 19標準完全兼容。如ISO 16232標準所述[2]，顆粒物提取方式有：機械攪拌提取污染物的方法、高壓水提取污染物的方法、超聲波技術(shù)提取污染物的方法、多功能試驗臺提取污染物的方法。顆粒物分析方法有：質(zhì)量分析法確定顆粒質(zhì)量、顯微分析法確定顆粒粒度和計數(shù)、顯微分析法確定顆粒本性、用自動消光顆粒計數(shù)器確定顆粒粒度和計數(shù)。不同的檢測方法和分析方法，必然會有不同的清潔度結(jié)果，因此需要選擇合適的檢測方法和分析方案。

顆粒污染對液壓系統(tǒng)的影響研究隨著液壓系統(tǒng)的廣泛使用而發(fā)展。液壓系統(tǒng)中的顆粒污染造成液壓元件磨損和失效[3]，控制液壓系統(tǒng)顆粒污染，提高液壓系統(tǒng)清潔度顯得尤為重要。以往的零部件清潔度研究多集中在液壓系統(tǒng)和汽車發(fā)動機部件，針對制動系統(tǒng)清潔度的研究較少。液壓制動的汽車制動部件顆粒物污染同樣使制動零件磨損，可造成制動液泄漏，降低汽車制動效果，嚴重的可造成汽車制動失敗。怎樣提升汽車制動部件的清潔度是提升汽車質(zhì)量的重要課題之一。文中提出根據(jù)制動部件在設(shè)計、制造和使用3個階段產(chǎn)生的不同雜質(zhì)，從雜質(zhì)產(chǎn)生的源頭進行研究，制定相應(yīng)的控制方法。

2 汽車制動系統(tǒng)污染原因分析

汽車制動系統(tǒng)主要雜質(zhì)包括金屬顆粒雜質(zhì)、非金屬顆粒雜質(zhì)、纖維，產(chǎn)生的原因有雜質(zhì)殘留、混入雜質(zhì)、生產(chǎn)雜質(zhì)[4]。

2.1 殘留雜質(zhì)

殘留雜質(zhì)指存在于零件上，經(jīng)過清洗工藝后未除去的雜質(zhì)，如機加件的毛刺(圖1)、切屑、金屬件表面的氧化皮等。例如，制動鉗鉗體中殘留的切屑(圖2)，當切屑卡在密封槽內(nèi)時，造成密封不良，會導(dǎo)致泄漏。

圖1 機加件成品毛刺

圖2 制動鉗鉗體中殘留的切屑

2.2 混入雜質(zhì)

混入雜質(zhì)是指在裝配、使用、維修過程中由于操作者和環(huán)境混入液壓系統(tǒng)內(nèi)部的雜質(zhì)，如塵埃、有機物殘渣及其他形式雜質(zhì)等。例如鉗體總成裝配中，有地毯碎片異物進入工作腔內(nèi)(圖3)，造成密封不良；泵總成正常裝車使用一段時間后，工作腔內(nèi)會有塵埃進入形成的泥灰(圖4)。

圖3 制動鉗鉗體總成混入異物

圖4 維修件活塞上的泥灰

2.3 生成雜質(zhì)

生成雜質(zhì)包括磨損產(chǎn)生的磨粒、磨屑，正常壓裝產(chǎn)生的毛刺脫落，焊接產(chǎn)生的煙塵等。它們侵入摩擦副后，會加速產(chǎn)品的磨損過程，侵入密封結(jié)合處會造成密封不良、泄漏及其他性能不良。例如，閥類部件的控制孔口磨損產(chǎn)生的磨屑會加速孔口磨損，使閥類部件的控制效果及性能變差；進出液閥焊接產(chǎn)生的煙塵(圖5)，落在孔口易造成開關(guān)性能不良。

圖5 進入液閥孔口的煙塵

制動部件生命周期的不同階段會產(chǎn)生不同的雜質(zhì)，需要從雜質(zhì)產(chǎn)生的源頭進行研究，在初始階段進行控制，根據(jù)雜質(zhì)的產(chǎn)生原因制定相應(yīng)的控制方法。

3 汽車制動部件的清潔度控制措施

在考慮并確定某一特定零件或元件的清潔度要求(零部件裝車前的清潔度要求)時，典型的參考資料有[5]：原始數(shù)據(jù)；現(xiàn)行的企業(yè)標準、行業(yè)標準、國家標準和國際標準；零件或元件的性能、可靠性和耐久性要求；同類零件或元件的數(shù)據(jù)。汽車制動部件的清潔度要求應(yīng)由相關(guān)各方共同確定和認可。

汽車制動部件的清潔度需要從部件的生命周期總體考慮，在設(shè)計、制造和使用3個階段均需要進行控制，亦需要從雜質(zhì)來源的3個方面制定措施進行控制。

3.1 設(shè)計

設(shè)計人員需要在產(chǎn)品開發(fā)初始，從產(chǎn)品的整個生命周期考慮其清潔度的控制。

3.1.1 零件的選材及加工方式

不同的材質(zhì)，不同的加工方式，零件的殘留雜質(zhì)必然不同。例如，卡鉗活塞，可以選擇金屬材質(zhì)機加然后進行表面處理，同時也可以選擇樹脂材質(zhì)成型后，再機加處理。金屬活塞殘留雜質(zhì)多表現(xiàn)為金屬顆粒，而樹脂活塞殘留雜質(zhì)多表現(xiàn)為非金屬顆粒。

試驗選取直徑相同、結(jié)構(gòu)相似的兩種卡鉗活塞：一種為樹脂材質(zhì)(圖6(a))，另一種為金屬材質(zhì)(圖6(b))。分別選取5只，并在同一清洗機中清洗完成后送試驗室做清潔度檢測，試驗數(shù)據(jù)見表1。

圖6 兩種卡鉗活塞

表1 樹脂活塞和金屬活塞殘留雜質(zhì)對比

試驗數(shù)據(jù)表明：金屬活塞的雜質(zhì)質(zhì)量大于樹脂活塞且金屬顆粒尺寸也比樹脂活塞大。

3.1.2 裝配方式

不同的連接方式，材料的表面狀態(tài)，裝配時產(chǎn)生的雜質(zhì)大小和質(zhì)量差異也較大。制動系統(tǒng)常用的連接方式有卡扣式結(jié)構(gòu)連接、鉚接、螺栓連接、焊接、黏接。螺栓連接在腔體外部，不影響腔體內(nèi)清潔度；黏接主要使用在塑料件，不會生成雜質(zhì)；卡扣式結(jié)構(gòu)連接和鉚接都會使材料脫落生成雜質(zhì)，結(jié)合面越小、粗糙度越好、過盈量越小，產(chǎn)生的雜質(zhì)就越少，所以設(shè)計需要綜合考慮這些因素；金屬焊接會產(chǎn)生煙塵，選擇不同的焊接能源、焊接方式，生成的煙塵雜質(zhì)大小必然會有差異，焊接工藝方式的選擇也需要綜合各方面因素考慮。

試驗選取活塞、皮碗、墊圈等內(nèi)部部件基本相同，且缸徑相同的兩種主缸總成，一種為卡扣式結(jié)構(gòu)連接(圖7(a))，另一種為超聲波焊接(圖7(b))。試驗分別選取5只，總成合裝成后送試驗室做總成清潔度檢測，試驗數(shù)據(jù)見表2。

圖7 兩種主缸總成

表2 卡扣式結(jié)構(gòu)連接和超聲波焊接總成殘留雜質(zhì)對比

試驗數(shù)據(jù)表明：卡扣式結(jié)構(gòu)連接總成比超聲波焊接總成的300～800 μm非金屬顆粒數(shù)量多。

3.1.3 成品自身的防護及使用后的維修方式

設(shè)計要考慮成品自身的密封，既考慮半成品周轉(zhuǎn)的防護也考慮成品上車后的密封防塵效果，既需要裝配方便，也要密封防塵可靠，還要考慮維修更換容易獲得，防塵件通用性好。

3.2 制造

制造過程清潔度控制是汽車制動部件清潔度控制的難點，也是清潔度保證的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。VDA 19.2詳細地描述了關(guān)于汽車零部件顆粒物清潔度的檢測技術(shù)以及零部件在生產(chǎn)、加工、裝配、物流等過程中的清潔度控制要求[6]。標準從環(huán)境、物流、人員、設(shè)備對影響清潔度的因素進行控制和改進。

汽車制動部件關(guān)注的是總成件的清潔度，總成清潔度不是簡單的配件清潔度的加法運算，因為總成部件的測試方式并不能將所有配件的雜質(zhì)清洗出，另外裝配環(huán)境也會增加總成的雜質(zhì)，最后裝配工藝也會產(chǎn)生新的雜質(zhì)，這才組成了總成的清潔度，由于裝配工藝在設(shè)計時就已經(jīng)確定，制造過程從配件來料清潔度和裝配環(huán)境兩個部分進行分析。

3.2.1 配件來料清潔度

要保證總成件的清潔度就必須先保證配件的清潔度， 配件來料的清潔度從3個方面保證：清潔的生產(chǎn)工藝、可靠的清洗技術(shù)、周轉(zhuǎn)密封防塵防護方法。

清潔的生產(chǎn)工藝即產(chǎn)品生產(chǎn)時就產(chǎn)生較少的殘留雜質(zhì)，如通過調(diào)整機加的參數(shù)，或改制刀具，能杜絕毛刺殘留和切削殘留。是保證配件清潔度的重要手段。

可靠的清洗技術(shù)是保證配件清潔度的最后方法。要根據(jù)配件的材質(zhì)、形狀及殘留雜質(zhì)的狀態(tài)選擇清洗劑、清洗方式，不同的配件需要定制清洗方式、檢查方式、檢查頻率、合格標準。

周轉(zhuǎn)密封防塵防護方法是保證配件清潔度必不可少的環(huán)節(jié)。制動部件的零配件從供應(yīng)商發(fā)料過來很多是不需要在制動器裝配廠家再次清洗，所以配件在運輸存儲中必須要進行防塵防護及其管理，防止配件被污染，制動器裝配廠家再次清洗的配件到上線裝配也需要進行防塵防護。

3.2.2 裝配環(huán)境

清潔的裝配環(huán)境是杜絕混入雜質(zhì)的保護傘，差的裝配環(huán)境絕對是雜質(zhì)入侵的方便之門。

裝配環(huán)境包括配件容器，人員，與產(chǎn)品直接接觸的設(shè)備、工裝、臺面，密封車間。

配件容器包括移動周轉(zhuǎn)的容器和固定的容器，需要制定清洗方式、檢查方式、檢查頻率、合格標準。

人員包括車間人員和非車間人員的進出管理，穿戴要求。

與產(chǎn)品直接接觸的設(shè)備、工裝、臺面，需要制定清洗方式、檢查方式、檢查頻率、合格標準。

密封車間也需要制定清潔方式、檢查方式、檢查頻率、合格標準。

3.3 使用

制動系統(tǒng)正常使用時，清潔度不可避免會越來越差，與其他液壓系統(tǒng)同理，制動系統(tǒng)中的顆粒雜質(zhì)會使制動系統(tǒng)元件磨損，產(chǎn)生更多的雜質(zhì)，然后使制動系統(tǒng)元件磨損程度增加，因此，定期更換制動液是提高制動系統(tǒng)清潔度、減少生成雜質(zhì)的重要方法。同時也要檢查制動部件的防塵護罩，及時更換破損的防塵護罩，防止外部雜質(zhì)混入。

4 結(jié)束語

汽車制動部件的清潔度需要從部件的生命周期總體考慮，在設(shè)計、制造和使用3個階段均需要進行控制，文中提出根據(jù)制動部件生命周期的不同階段產(chǎn)生的不同雜質(zhì)，從雜質(zhì)產(chǎn)生的源頭進行研究，制定相應(yīng)的控制方法，為汽車制動部件清潔度的控制提供參考。

隨著汽車控制技術(shù)的不斷發(fā)展、制動系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷提高，制動系統(tǒng)零部件清潔度日益受到重視，客戶對汽車制動系統(tǒng)零部件及系統(tǒng)清潔度的要求也越來越高。由于制動產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級，企業(yè)需要根據(jù)自身產(chǎn)品的特性以及生產(chǎn)情況對清潔度進行控制，因地制宜地實施清潔度管控措施，抓住重點，才能有效提高產(chǎn)品清潔度。