Odstranění ostří a čištění vačkového hřídele: 66 sekund pro dvě součásti při 3 mg

Přehled

Rozvodový hřídel je dlouhý, štíhlý hřídel s řadou výstupků (klikových profilů), které jsou broušeny s tolerancí měřenou setinami milimetru. Je také po vrtání součástí s olejovými otvory, které protínají ložiskové plochy, a s ostřími, která leží přesně tam, kde musí olej proudit.

Jeho odstraňování ostří je tedy jiným problémem než odstraňování ostří bloku nebo skříně. Ostří je malé, ale povrch, ke kterému je přilehlé, je dokončený profil; kartáč nebo nástroj pro broušení, který odstraní ostří, avšak dotkne se výstupku, vytvoří zmetek. Čištění je také jiným problémem, protože olejové otvory jsou malé a hřídel nelze zvenčí zaplavovat.

Buňka popsána zde provádí obě operace v jednom zařízení za 66 sekund pro dvě součásti, přičemž udržuje hmotnost součásti na 3 mg nebo méně. Společnost Big Bird Industrial (dříve Shimada Big Bird Industrial) vyvíjí a vyrábí čisticí a odhrubovací systémy pro automobilové součásti pohonných jednotek od roku 2001; konfigurace je navržena tak, aby odpovídala výrobním linkám pro vačkové hřídele, nikoli laboratornímu uspořádání.

1. Co odlišuje vačkový hřídel od ostatních součástí

Dvě vlastnosti oddělují vačkový hřídel od jiných součástí určených k odhrubování: je štíhlý a jeho funkční povrch je obtížné dosáhnout, aniž by došlo ke kontaktu.

Štíhlá součást, která se prohýbá

Vačkový hřídel podepřený na obou koncích se prohýbá pod vlivem vlastní tíhy i jakéhokoli upínacího síly. To má význam, protože odhrubování vyžaduje kontakt, a kontakt na štíhlém hřídeli mění geometrii, kterou byl hřídel broušen. Zabránit deformaci profilu umožňuje podepření ve více než dvou bodech a použití nástrojů s řízenou silou namísto pouhého řízení polohy.

Profil je referenčním prvkem

Na bloku je povrch vedle oštěpu obvykle obecná litinová plocha s velkou tolerancí. Na vačkovém hřídeli je povrch vedle oštěpu vačka, a právě vačka je důvodem existence tohoto dílu. Každou metodu odstraňování oštěpů je třeba posuzovat podle toho, zda dokáže odstranit materiál z okraje, aniž by změnila sousední povrch.

2. Skutečné umístění oštěpů

Oštěpy na vačkovém hřídeli se soustřeďují na malém počtu míst, přičemž každé vyžaduje jiný způsob zpracování.

Průsečíky olejových otvorů

Každý vrtaný olejový otvor ústí do ložiskového čepu nebo do boční plochy vačky, a okraj výstupního otvoru nese oštěp na vnitřní straně otvoru. Tento oštěp je nejškodlivějším na celém dílu, protože se odlomí do toku oleje a dosáhne ložiskové plochy. Je také nejtěžší dostupný, protože se nachází uvnitř otvoru, jehož průměr může být pouze několik milimetrů.

Okraje vaček a drážky pro pero

Boční hrany broušeného výstupku mají jemný osový hrot z broušení, zatímco drážka pro klín nebo ozubené kolo má těžší hrot z frézování. Jemný hrot lze odstranit kartáčkem; těžší hrot vyžaduje nástroj, který musí přistupovat k hraně z takového směru, aby se nedotkl boční plochy.

3. Odstraňování hran bez dotyku profilu

Metoda musí odstranit materiál z hrany, aniž by poškodila sousední povrch; u vačkového hřídele jsou tyto dva povrchy vzdáleny jen několik milimetrů.

Řízení síly místo řízení polohy

Robot nastavený na danou polohu vtlačí kartáč do výstupku o velikosti chyby polohy. Robot s řízením síly sleduje hranu s předem definovanou kontaktní silou, čímž udržuje kartáč na hraně bez ohledu na skutečnou polohu broušeného povrchu. U tenké součásti je tento rozdíl rozhodující – mezi vačkovým hřídelem bez hran a takovým, který musí být zahozen.

Mokré odstraňování hran ve stejné buňce

Odstraňování hran uvnitř čistící buňky za zaplavení operace zachycuje úlomky v kapalině místo jejich uvolnění do ovzduší. U vačkového hřídele to má větší význam než u bloku, protože úlomky jsou jemné a olejové otvory se nacházejí velmi blízko místa, kde kartáč pracuje.

4. Čištění olejových otvorů

Otvor ve vačkovém hřídeli pro olej je malý, často šikmý a vychází na povrch, který je třeba udržovat čistý. Postříkání hřídele zvenku jej namočí, aniž by proplachovalo otvory.

Proplachování skrz otvor

Účinný postup spočívá v přivedení kapaliny do otvoru tak, aby vytekla výstupem a současně odnesla úlomek řezné hrany. To vyžaduje trysku, která utěsní vstup, nebo trn, který do otvoru vnikne, a také dostatečně vysoký tlak, aby se úlomek pohyboval po stěně malého průměru.

Proč záleží na pořadí

Proplachování před odstraněním řezné hrany je zbytečná práce, protože úlomky vznikají až při odstraňování řezné hrany. Proplachování po odstranění řezné hrany, ale před oplachováním, ponechává úlomky v olejovém otvoru až do doby, než je oplachovací kapalina zředí. Správná posloupnost je: odstranit řeznou hranu, propláchnout, opláchnout, usušit; při proplachování se používá zvlášť filtrovaná kapalina, aby nedošlo k navrácení nečistot z předchozí součásti.

5. Dvoudílný cyklus trvající 66 sekund

Buňka zpracovává dva rozvodníky za cyklus po dobu 66 sekund a udržuje část na hmotnosti 3 mg nebo nižší. Zpracování dvou částí za cyklus není náhodné – vychází z rozměrů stroje: vyrovnává dobu odstraňování ořezů s dobou čištění, aby žádná ze dvou fází na druhou nečekala.

Proč se párování osvědčuje u štíhlých součástí

Rozvodník zabírá málo objemu ve srovnání se svou délkou, takže komora určená pro jeden rozvodník je většinou prázdná. Naložení dvou rozvodníků, které jsou podepřeny na koncích a vzájemně odděleny, využívá tento objem bez nutnosti zvětšit komoru, čímž se zvyšuje výkon na jednotku objemu uzavřeného prostoru, nikoli na jednotku spotřebované energie.

Co určuje dobu 66 sekund

Délka cyklu je dána pohybem při odstraňování ořezů, nikoli procesem mytí. Kartáč, který postupuje po několika výstupcích a několika vývodech oleje na dvou hřídelích, vyžaduje dlouhý program, zatímco fáze mytí jsou kratší než fáze odstraňování ořezů. Právě toto rozdělení doby je důvodem, proč buňka pro rozvodníky vypadá jinak než buňka pro skříně, kde dominuje fáze mytí.

6. Ověření

Kontrola rozvodového hřídele má dvě části, které se často zaměňují: odstranění jehliček a čistota. Součást může být bez jehliček, ale přesto neprojít limitní hmotností, protože úlomky po odstranění jehliček stále zůstávají uvnitř olejového otvoru. Naopak součást může splnit limitní hmotnost, ale přesto mít jehličku, která se později utrhne.

Praktická kontrola spočívá ve vizuální kontrole stanovených hran za použití zvětšení spolu s měřením vnitřku olejového otvoru, které potvrzuje průchod bez překážek. Kontrola pouze vnější strany hřídele testuje povrch, který zákazník nikdy neuvidí. U rozvodového hřídele se obě kontroly navíc provádějí v různou dobu: kontrola hran se může provést na první součásti šarže, zatímco kontrola průchodu se provádí na vzorcích ze středu a konce šarže, protože kartáč se během šarže opotřebuje a mění se tím, co se dostane do otvorů.

Často kladené otázky

Lze rozvodové hřídele odstraňovat jehličky ve stejném stroji jako bloky?

Jen zřídka ve stejném cyklu. Bloková buňka využívá vysoký tlak a velký průtok pro zpracování těžší části, zatímco vačkový hřídel vyžaduje nástroje řízené silou pro zpracování štíhlé části. Mohou sdílet stejnou budovu a filtrační filozofii, nikoli však stejnou komoru.

Jak je vačka chráněna před kartáčem?

Tím, že se řídí síla kontaktu místo polohy, a tím, že se zvolí kartáč s dostatečně nízkou tuhostí, aby při této síle nezanechal stopy na broušeném povrchu. Obě nastavení se volí společně.

Je hodnota 3 mg realistická pro součást takové délky?

Je realistická, pokud se olejové otvory promývají místo stříkání a pokud je okruh oplachování udržován odděleně. Většina poruch vačkových hřídelů vzniká právě v důsledku problémů s otvory, nikoli s vnějším povrchem.

Co omezuje dobu cyklu?

Program odstraňování ostří. Zpracování několika vaček a několika výstupních otvorů řízeným nástrojem trvá déle než mytí stejné součásti – což je opak situace na linkách pro skříně.

Závěr

Vačkový hřídel je odstraněn závadných hran proti dokončené ploše, nikoli proti hrubé ploše, a to je to, co tuto metodu omezuje. Tři rozhodnutí, která umožňují funkci kombinované buňky, jsou nástroje řízené silou, provoz za mokra a promývání každého olejového otvoru.

Ve specifikaci by měly být uvedeny hrany, které mají být odstraněny závadné, olejové otvory, které mají být promyté, limit čistoty a jednotka cyklu. Buňka pro vačkové hřídele uváděná jako dvě součásti za cyklus při 66 sekundách je srovnatelná pouze tehdy, je-li druhá hodnota uvedena spolu s první. Stejně tak je srovnatelná buňka uváděná jako tři miligramy, protože oblast, na kterou se tato hodnota vztahuje, je stejně důležitá jako samotná hodnota. Hodnota naměřená na vnějším povrchu hřídele popisuje jinou součást než hodnota naměřená uvnitř olejových otvorů.