Co ve skutečnosti kontaminuje váš polotovar? Kompletní průvodce kontaminanty při průmyslovém čištění a odpovídajícími procesy

Přehled

Výběr průmyslového čisticího stroje by měl začít jednou základní otázkou: Jaké kontaminanty jsou ve skutečnosti přítomny na polotovaru?

Kovové třísky, olej a obráběcí kapaliny, zbytky jádrového písku, oštěpy a šupiny nebo rez mají velmi odlišné fyzikální a chemické vlastnosti. V důsledku toho se mohou značně lišit požadované mechanismy čištění, úrovně tlaku, čisticí chemie, filtrace i pořadí jednotlivých kroků procesu.

U automobilových komponent, jako jsou bloky motorů, hlavy válců, skříně, hřídele a jiné přesně obráběné díly, je identifikace typu kontaminace základem pro vypracování účinného průmyslového čistícího procesu.

Tento článek vysvětluje hlavní typy průmyslových kontaminantů, způsoby jejich přilnavosti k obrobkům, obvykle používané mechanismy čištění a postup při zpracování více kontaminantů v kombinovaném procesu.

1. Proč by měla identifikace kontaminantů předcházet výběru zařízení

Běžnou chybou při průmyslovém čistícím projektu je začít otázkou:

„Kolik stojí vyčištění jednoho bloku motoru?“

Bez pochopení toho, co komponent skutečně kontaminuje, je však obtížné stanovit správnou konfiguraci zařízení.

Stroj může mít dostatečný tlak, ale používat nevhodnou čisticí chemii. Může mít dostatečný průtok, ale nedosáhnout vnitřních olejových kanálků. Může efektivně odstraňovat velké částice, avšak zanechat olejovou vrstvu nebo jemné zbytky.

Povaha kontaminace určuje tři základní požadavky:

• Jak má být kontaminant odstraněn
• Kolik mechanické nebo chemické energie je vyžadováno
• Jak má být odstraněná kontaminace zachycena a zabráněno jejímu opětovnému usazení

Jakmile jsou tyto faktory stanoveny, požadovaný čistící systém se stanoví mnohem snáze.

2. Kovové třísky: Nevyhnutelný vedlejší produkt obrábění

Kovové třísky vznikají při vrtání, frézování, vyvrtávání, broušení, soustružení a dalších obráběcích operacích. Protože se obvykle vyrábějí ze stejného materiálu jako obrobek, mohou mít podobu stočených třísek, zlomených částic nebo jemného kovového prachu.

Hlavní výzvou je, že třísky se mohou mechanicky uvíznout v:

• Závitové otvory
• Křížově vrtaných průchodech
• Olejové kanály
• Průsečících se vnitřních průchodech
• Úzkých dutinách a rozích

Doporučený postup čištění

Kovové třísky se odstraňují především prostřednictvím mechanické čištění .

Typický proces může kombinovat:

Turbulentní čištění → cílené čištění vysokým tlakem → čištění vložením → filtrace a odstranění třísek

Turbulentní čištění poskytuje široké pokrytí celého komponentu, zatímco cílené čištění se zaměřuje na kritické otvory a obtížně přístupné oblasti. Čištění vložením umožňuje přímý přístup do vnitřních průchodů.

Filtrace je stejně důležitá. Pokud se odstraněné třísky zůstávají ve čisticí kapalině v suspendovaném stavu a neustále obíhají, mohou se znovu usadit na obrobku.

Proto, kapacita filtrace a odstraňování kontaminantů jsou nedílnou součástí čisticího systému, nikoli dodatečným přáním.

3. Oleje, řezné kapaliny a protikorozní oleje: silně přilnavé kontaminace

Řezné kapaliny, obráběcí oleje, hydraulické oleje a protikorozní oleje mohou zůstat na obrobku po obrábění i po skladování.

Na rozdíl od volných třísek olejová kontaminace často tvoří na kovovém povrchu nepřerušovanou vrstvu nebo emulzní vrstvu. Čistá voda proto často nestačí k úplnému odstranění.

Doporučený postup čištění

Olejová kontaminace obvykle vyžaduje kombinaci chemického účinku a mechanického čištění .

Typický vodní proces může zahrnovat:

• Řízené zahřátí za účelem snížení viskozity oleje
• Vodní čisticí chemii pro emulgaci a disperzi
• Turbulentní čištění pro odstranění kontaminace na rozsáhlých plochách
• Cílené čištění vysokým tlakem pro obtížně přístupné oblasti
• Oplachování za účelem odstranění zbytků čisticí chemikálie a suspendované kontaminace

Jedním z důvodů, proč mohou být průmyslové čistící systémy navrženy buď pro provoz za okolní teploty, nebo pro řízené ohřáté čištění, je druh obrobku, použitá chemikálie, typ kontaminace a požadavky výrobního procesu.

Přesná provozní teplota by měla být stanovena na základě čisticí chemikálie, materiálu obrobku, charakteristik kontaminace, konstrukce zařízení a požadované účinnosti čištění, nikoli na základě předpokladu, že jediná teplota je vhodná pro každou aplikaci.

Správa odpadu a oleje

Silná olejová kontaminace ovlivňuje také samotný čistící systém.

V závislosti na procesu může zařízení vyžadovat:

• Oddělení oleje a vody
• Filtration
• Vypouštění škváry nebo zbytků
• Odstraňování olejové mlhy
• Správa oběhu čisticí kapaliny

Cílem je nejen odstranit olej z obrobku, ale také zabránit tomu, aby odstraněné kontaminanty hromadily v procesním systému a vracely se na následující díly.

4. Zbytky jádrového písku: typická výzva při lití

Lité součásti, jako jsou bloky motorů, hlavy válců, skříně a nábojové skříně, mohou obsahovat zbytky písku z procesu lití.

Při lití se pro vytvoření vnitřních dutin, například chladicích plášťů a olejových komor, používají jádra. Po odstranění jader a vyklepání mohou v těchto strukturách zůstat částice zbytkového písku a zbytky povlaku.

Zbytky jádrového písku představují několik výzev:

• Tvrdé částicové kontaminanty
• Vnitřních dutin
• Malé otvory
• Omezený přístup kapaliny
• Těžko dostupné vnitřní povrchy

Doporučený postup čištění

Proces se obecně spoléhá na nucený vnitřní proud a mechanické promývání .

Například čistění uzavřením zátky dočasně uzavře vybrané otvory a nasměruje čisticí kapalinu skrz vnitřní dutinu. Tím vznikne řízený proud kapaliny skrz oblasti, kterých nedosáhnou běžné vnější postřikovací metody.

Čištění vodního pláště může rovněž vyžadovat specializovaná čisticí zařízení nebo zvláštně navržené průtokové cesty.

V některých aplikacích lze použít stlačený vzduch k vytvoření úderového nebo míchacího účinku, který pomáhá uvolnit a odvést zbytkové částice.

Základní princip je jednoduchý:

Pokud čisticí kapalina nemůže efektivně vniknout do kontaminované dutiny a protékat jí, samotné zvýšení vnějšího tlaku postřiku problém nevyřeší.

5. Ostruhy: zdroj kontaminace, nikoli pouze povrchová vada

Ostruhy jsou kovové výstupky vznikající kolem otvorů, hran, průsečíků a obráběných prvků.

Mohou být ihned po obrábění pevně připojeny, avšak vibrace, manipulace nebo následné montážní operace mohou způsobit jejich oddělení a vznik volných částic.

U přesných součástí to znamená, že ořezy je třeba považovat nejen za problém rozměrové nebo povrchové kvality, ale také za potenciální zdroj sekundární kontaminace částicemi .

Doporučený postup: Ořezávání + čištění

U součástí s výrazným tvorbou ořezů lze ořezávání a čištění integrovat do jednoho výrobního systému.

Typické metody zahrnují:

• Ořezávání kartáčkem pro pružné a nepravidelné oblasti
• Ořezávání nástroji pro definované otvory a hrany
• Ořezávání roboty pro složité geometrie
• Čištění vysokotlakou kapalinou po ořezávání
• Konečné oplachování a sušení

Pořadí kroků procesu je kritické:

Odstranění oštěpů → Čištění → Oplachování → Sušení

Čištění před odstraňováním oštěpů může být kontraproduktivní, protože následná operace odstraňování oštěpů vytváří nové kovové částice. Tyto částice mohou okamžitě znečistit jinak čistý povrch.

Proto by mělo být odstraňování oštěpů vždy dokončeno před konečným čištěním .

6. Škála a rez: obtížné kontaminace z tepelného zpracování a skladování

Kované a tepelně zpracované součásti mohou na svých površích vyvinout oxidovou škálu. Nesprávné skladování nebo podmínky vysoké vlhkosti mohou rovněž vést k vzniku rzi.

Ve srovnání s volnými třískami nebo olejovými vrstvami může být škála a korozní produkty pevně spojeny se základním materiálem a jejich odstranění může vyžadovat výrazně agresivnější postup.

Doporučený postup

V závislosti na materiálu a stavu kontaminace jsou možné následující přístupy:

• Mechanické čištění vyšším tlakem
• Cílené čištění vysokým tlakem
• Chemická úprava za účelem oslabení vazby
• Mechanické odstranění po chemické úpravě
• Specializované procesy odstraňování rzi
• Následná ochrana proti korozi

Vhodný proces závisí výrazně na stavu podkladu.

U zrezivělých součástí by čištění nemělo být považováno odděleně od následného protikorozního procesu. Odstranění korozních produktů bez vhodného následného ošetření může ponechat součást zranitelnou vůči rychlému opětovnému koroznímu poškození.

7. Jak uspořádat proces v případě existence více nečistot

Skutečné průmyslové součásti zřídka obsahují pouze jeden typ nečistot.

Blokový motor například může současně obsahovat kovové třísky, řezné kapaliny, obrušeniny a litinové zbytky.

V těchto situacích, pořadí procesů může být stejně důležité jako jednotlivé parametry čištění.

Princip 1: Nejprve odstraňte snadno rozptýlitelné kontaminanty

U nádob nebo komponent obsahujících zbytkovou kapalinu by měla být tato kapalina před hlavním čisticím procesem odstraněna nebo ovládána.

Například:

Obrácení / vypouštění → čištění → oplachování → sušení

Tím se zabrání šíření kontaminace zbytkovou kapalinou po celém čisticím systému.

Princip 2: Odstranění hran před konečným čištěním

Protože odstraňování hran může generovat nové částice:

Odstranění hran → čištění

je obvykle vhodnější než nejprve čištění a následně odstraňování hran.

Princip 3: Nejprve provedete globální čištění, poté zaměříte kritické oblasti

Praktická posloupnost je:

Celkové čištění → cílené čištění → čištění vnitřních průchodů

Čištění na velké ploše odstraní většinu kontaminace ještě před tím, než se intenzivní čištění zaměří na obtížně přístupná místa.

Princip 4: Opláchnutí po čištění

Opláchnutí odstraňuje z povrchu součásti zbytky čisticího prostředku a ve vodě suspendované částice.

U přesných součástí je opláchnutí zvláště důležité, pokud jsou následné požadavky na čistotu přísné.

Princip 5: Sušení na závěr

Sušení by mělo být obvykle posledním krokem procesu.

Zbytková voda může přenášet rozpuštěné nebo suspendované kontaminanty do jiných částí součásti. Vnitřní průchody, slepé otvory a dutiny proto vyžadují během sušení zvláštní pozornost.

V závislosti na typu součásti a požadavcích lze k sušení použít:

• Stlačený vzduch
• Ohřátý vzduch
• Sušení ve vakuu
• Sušení pomocí ventilátoru
• Kombinované metody sušení

8. Od analýzy kontaminace po výběr čisticího stroje

Jakmile je kontaminace identifikována, výběr zařízení se stává mnohem systematictějším.

Typický průmyslový čistící projekt by měl vyhodnotit alespoň:

Faktor	Otázky k určení
Typ nečistoty	Třísky, olej, písek, oštěpy, šupiny, rez nebo smíšená kontaminace?
Umístění kontaminace	Povrch, otvory, olejové kanály, vodní pláště, slepé dutiny?
Lehkost nahlodávání	Uvolněný, mechanicky zachycený, mastný, chemicky vázaný nebo oxidovaný?
Mechanismus čištění	Turbulentní, cílený, vkládací, zátkové těsnění, chemický nebo kombinovaný?
Tlak	Jaký tlak je nutný k odtržení a transportu kontaminace?
Teplota	Postačuje čištění za okolní teploty nebo je vyžadováno řízené zahřívání?
Čisticí chemie	Jaká chemie je kompatibilní s obrobkem a kontaminací?
Filtration	Jak budou odstraněny třísky, částice, škvára a jiné zbytky?
Sušení	Jaká úroveň zbytkové vlhkosti je přijatelná?
Takt výroby	Jaký čas cyklu a jaký výrobní objem jsou požadovány?
Konečná čistota	Jaké limity čistoty, hmotnosti a velikosti částic je třeba dosáhnout?

Tento přístup umožňuje vyhnout se výběru zařízení pouhým porovnáním jmenovitého tlaku, výkonu čerpadla nebo rozměrů stroje.

9. Často kladené otázky

Otázka: Jak mohu zjistit, jaký druh kontaminace je na mé součásti?

Začněte s třemi náznaky:

1. Prohlédněte si předchozí výrobní proces.
Obrábění obvykle vytváří kovové třísky a obráběcí kapaliny. Lití může zanechat zbytky jádrového písku. Kalení může způsobit vznik oxidové vrstvy.

2. Prozkoumejte, jak je kontaminace přichycena.
Volné částice lze relativně snadno odstranit proudem vzduchu nebo kapaliny, zatímco olejové filmy, oxidové vrstvy a pevně vázané zbytky vyžadují specializovanější ošetření.

3. Určete umístění kontaminace.
Částice uvnitř slepých otvorů, olejových kanálků a uzavřených dutin často vyžadují cílené nebo vnitřní proudění čisticí kapaliny místo konvenčního vnějšího postřiku.

Otázka: Jak se čištění kovových třísek liší od čištění jádrového písku?

Kovové třísky jsou často mechanicky uvězněny v dírách a průchodech. K jejich uvolnění lze použít turbulentní čištění, cílené čištění vysokým tlakem a čištění vložením; filtrace a odvod zbytků pak brání jejich opětovnému usazení.

Jádrový písek je jiný, protože může zůstat uvnitř uzavřených litinových dutin, kam nedosáhne běžný postřikový tok. Proto mohou být vyžadovány metody nuceného vnitřního toku, například čištění uzávěrem.

Otázka: Proč by mělo být odstraňování ohrubů obvykle provedeno před konečným čištěním?

Odstraňování ohrubů může generovat kovové částice.

Pokud je součást nejprve vyčištěna a teprve poté zbavena ohrubů, mohou se nově vzniklé částice usadit na již vyčištěném povrchu. To může vyžadovat další krok čištění a zvyšuje jak celkovou dobu procesu, tak riziko kontaminace.

Z tohoto důvodu je typická posloupnost následující:

Odstranění oštěpů → Čištění → Oplachování → Sušení

Otázka: Vyžaduje silně olejové znečištění vždy tepelné čištění?

Ne nutně.

Zahřívání může snížit viskozitu oleje a zlepšit účinnost vodních čisticích chemikálií, což ho činí užitečným pro mnoho součástí kontaminovaných olejem.

Příslušná teplota však závisí na materiálu obrobku, typu kontaminace, čisticí chemii, požadované míře čistoty, době cyklu a konfiguraci zařízení.

V projektech, kde se úroveň olejové kontaminace může měnit, poskytnutí řízeného zahřívání umožňuje čisticímu systému větší flexibilitu procesu.

Závěr

Správný průmyslový čisticí stroj je určen typem kontaminace – nikoli pouze názvem obrobku.

Kovové třísky, olej, formovací písek, oštěpy, šupiny a rez vyžadují různé kombinace mechanické energie, chemického účinku, vnitřního proudění, filtrace a sušení.

U součástí s kombinovanou kontaminací je stejně důležité i pořadí jednotlivých kroků procesu. Odstraňování oštěpů by mělo obvykle předcházet konečnému čištění, čištění velkých ploch by mělo předcházet cílenému ošetření, oplachování by mělo následovat po čištění a sušení by mělo proces dokončit.

Pro průmyslový projekt čištění poskytnutí výkresu součásti, materiálu, výrobního procesu, typu kontaminace, místa kontaminace, požadované čistoty a taktu výroby umožňuje navrhnout proces čištění na základě skutečných výrobních požadavků, nikoli na základě obecných specifikací zařízení.

Big Bird Industrial, dříve Harbin Shimada Big Bird Industrial, vyvíjí přizpůsobené průmyslové systémy čištění pro automobilové komponenty, díly pohonných jednotek, komponenty vozidel s novými zdroji energie a další přesně vyrobené díly. V závislosti na konkrétním použití mohou řešení kombinovat turbulentní čištění, cílené čištění vysokým tlakem, čištění vložením, čištění uzavřením zátkou, odstraňování ohrubů, filtraci, oplachování a sušení.