پردازش و پاک‌سازی شافت کام: ۶۶ ثانیه برای دو قطعه با غلظت ۳ میلی‌گرم

مرور کلی

شافت کام، محوری بلند و نازک است که مجموعه‌ای از نواحی برجسته را حمل می‌کند؛ این نواحی با دقتی در حد صدم‌میلی‌متر زنی شده‌اند. همچنین، پس از عملیات سوراخ‌کاری، این قطعه دارای سوراخ‌های روغنی است که به سطوح اصلی (جرنال‌ها) متصل شده و لبه‌های اضافی دقیقاً در جایی تشکیل می‌شوند که روغن باید از آنجا عبور کند.

بنابراین، برداشتن لبه‌های اضافی از این قطعه مسئله‌ای متفاوت از برداشتن لبه‌های اضافی از یک بلاک یا پوسته است. لبه‌های اضافی کوچک هستند، اما سطحی که به آن متصل‌اند، سطح نهایی و آماده‌شده‌ی ناحیه‌ی برجسته است؛ و هر نوع مسواک یا ابزار برشی که لبه‌ی اضافی را حذف کند اما در عین حال به ناحیه‌ی برجسته تماس پیدا کند، قطعه را غیرقابل‌استفاده می‌سازد. پاک‌سازی نیز مسئله‌ای متفاوت است، چرا که سوراخ‌های روغن بسیار ریز هستند و نمی‌توان شافت را از بیرون با جریان روغن یا مایع پر کرد.

سلول توصیف‌شده در اینجا هر دو عملیات را در یک محفظه و در عرض ۶۶ ثانیه برای دو قطعه انجام می‌دهد و وزن قطعه را در حد ۳ میلی‌گرم یا کمتر نگه می‌دارد. شرکت بیگ برد اینداستریال (پیش‌تر شیمادا بیگ برد اینداستریال) از سال ۲۰۰۱ سیستم‌های پاک‌سازی و لبه‌برداری قطعات سیستم‌های توان‌محرک خودرو را طراحی و ساخته است و این پیکربندی بر اساس خطوط تولید شافت‌های کام، نه آرایش آزمایشگاهی، طراحی شده است.

۱. چه چیزی شافت کام را متفاوت می‌کند؟

دو ویژگی شافت کام را از سایر قطعات مورد لبه‌برداری متمایز می‌کند: اولاً باریک است و ثانیاً سطح کارکردی آن بدون تماس با سطوح دیگر به‌سختی قابل دسترسی است.

قطعه‌ای باریک که خم می‌شود

شافت کامی که در دو انتهایش تکیه‌دار است، تحت وزن خود و هر نیروی بستنی که به آن وارد شود، خم می‌شود. این امر اهمیت دارد زیرا لبه‌برداری نیازمند تماس فیزیکی است و هر تماسی روی شافتی باریک، هندسه‌ای که قبلاً با سنباده‌زنی به‌دست آمده را تغییر می‌دهد. تکیه‌گاهی در بیش از دو نقطه و به‌کارگیری ابزارها با نیروی کنترل‌شده (نه صرفاً کنترل موقعیت) این امر را ممکن می‌سازد که پروفیل اصلی حفظ شود.

پروفیل، مبنای مرجع است

روی یک قطعهٔ ریخته‌گری، سطح مجاور براده در اغلب موارد یک سطح ریخته‌گری عمومی با تلرانس زیاد است. اما روی یک شافت کام، سطح مجاور براده، لوب است و وجود لوب دلیل اصلی ساخت این قطعه است. هر روشی برای حذف براده باید از نظر اینکه آیا قادر است ماده را از لبه بردارد بدون اینکه سطح مجاور را تغییر دهد، ارزیابی شود.

۲. محل دقیق قرارگیری براده‌ها

براده‌های شافت کام در تعداد کمی نقطه متمرکز می‌شوند و هر کدام نیازمند روش درمانی متفاوتی است.

تقاطع سوراخ‌های روغنی

هر سوراخ روغنی تعبیه‌شده، به یک ژورنال یا سطح جانبی لوب منتهی می‌شود و لبهٔ خروجی آن براده‌ای در داخل سوراخ ایجاد می‌کند. این براده خطرناک‌ترین براده روی قطعه است، زیرا از جای خود جدا شده و وارد جریان روغن شده و به سطح یاتاقان می‌رسد. همچنین دسترسی به آن سخت‌ترین است، چرا که درون سوراخی قرار دارد که شاید تنها چند میلی‌متر قطر داشته باشد.

لبه‌های لوب و شیارهای کلیدی

لبه‌های کناری یک لوب ساییده‌شده حاشیه‌ای بسیار نازک از فرآیند سایش به‌جا می‌گذارند، و یک شیار کلیدی یا یک سطح هم‌ترازکنندهٔ چرخ دنده حاشیه‌ای ضخیم‌تری از فرآیند فرزکاری ایجاد می‌کند. حاشیهٔ نازک را می‌توان با قلم‌مو برداشت؛ اما حاشیهٔ ضخیم‌تر نیازمند ابزار است و آن ابزار باید از جهتی به لبه نزدیک شود که با سطح کناری تماس نگیرد.

۳. برداشتن لبه‌ی برآمده بدون تماس با نمای سطح

روش باید ماده را از لبه حذف کند، درحالی‌که سطح مجاور را دست‌نخورده بگذارد؛ و در یک شافت کام، فاصله‌ی این دو سطح تنها چند میلی‌متر است.

کنترل نیرو به‌جای کنترل موقعیت

رباتی که به یک موقعیت مشخص هدایت می‌شود، مسواک را با هر خطایی که در موقعیت‌یابی رخ دهد، به سمت تاج (لوب) هل می‌دهد. اما رباتی که از کنترل نیرو بهره می‌برد، با نیروی تماسی تعریف‌شده‌ای لبه را دنبال می‌کند؛ بنابراین مسواک همواره روی لبه‌ی برآمده باقی می‌ماند، صرف‌نظر از اینکه سطح پرداخت‌شده در واقعیت دقیقاً کجاست. در قطعات نازک، این تفاوت، تفاوت میان یک شافت کامِ پرداخت‌شده و یک شافت کامِ دورریختنی است.

برداشتن لبه‌ی برآمده در همان سلول

برداشتن لبه‌ی برآمده درون سلول شست‌وشو و با غرق‌کردن عملیات، ذرات حاصل را در مایع به‌دام می‌اندازد تا اینکه آزادانه در هوا پخش شوند. در مورد شافت کام این امر اهمیت بیشتری نسبت به بلاک دارد، زیرا ذرات بسیار ریز هستند و سوراخ‌های روغن در نزدیکی محل کار مسواک قرار دارند.

۴. پاک‌سازی سوراخ‌های روغن

سوراخ روغن میله‌ی کام‌شاфт کوچک است، اغلب زاویه‌دار و به سطحی باز می‌شود که باید تمیز باقی بماند. پاشیدن مایع از بیرون بر روی میله، آن را مرطوب می‌کند اما سوراخ‌ها را شستشو نمی‌دهد.

شستشو از طریق سوراخ

روش مؤثر این است که مایع را به داخل سوراخ تزریق کنیم تا از خروجی آن جریان یابد و قطعه‌ی براده را همراه خود خارج کند. این کار نیازمند نازلی است که در ورودی سوراخ آب‌بندی شود یا یک سوزن بلند که به داخل سوراخ نفوذ کند، و همچنین فشاری کافی برای جابه‌جایی قطعه‌ی براده در برابر دیواره‌ی سوراخ باریک.

دلیل اهمیت ترتیب عملیات

شستشو قبل از برداشتن براده اتلاف زمان است، زیرا براده‌ها در همین مرحله ایجاد می‌شوند. شستشو پس از برداشتن براده اما قبل از شستشوی نهایی، قطعه‌های براده را تا زمان رقیق‌شدن توسط آب شستشو در سوراخ روغن نگه می‌دارد. ترتیب صحیح عبارت است از: برداشتن براده، شستشو، شستشوی نهایی، خشک‌کردن؛ و برای شستشو از مایعی جداگانه‌ی فیلترشده استفاده می‌شود تا آلودگی قطعه‌ی قبلی به داخل سیستم بازگردانده نشود.

۵. چرخه‌ی دو مرحله‌ای ۶۶ ثانیه‌ای

سلول در هر چرخه دو شافت کام به مدت ۶۶ ثانیه به کار می‌اندازد و قطعه را در سطح ۳ میلی‌گرم یا پایین‌تر نگه می‌دارد. تولید دو قطعه در هر چرخه ناشی از اندازه ماشین نیست: بلکه زمان برداشتن لبه‌های اضافی را با زمان تمیزکردن متعادل می‌کند تا هیچ یک از این دو مرحله منتظر دیگری نماند.

چرا جفت‌کردن برای قطعات باریک مؤثر است

شافت کام حجم کمی نسبت به طولش اشغال می‌کند، بنابراین اتاقکی که برای یک شافت طراحی شده عمدتاً خالی است. بارگذاری دو شافت—که در انتهایشان تکیه‌دار هستند و از هم جدا شده‌اند—از این حجم بدون افزایش اندازه اتاقک استفاده می‌کند؛ این امر بازده را در هر واحد حجم پوشش (نه در هر واحد انرژی) بهبود می‌بخشد.

چه چیزی زمان ۶۶ ثانیه‌ای را تعیین می‌کند

زمان چرخه توسط حرکت برداشتن لبه‌های اضافی، نه توسط شستشو تعیین می‌شود. حرکت مس brush روی چندین لوب و چندین خروجی سوراخ روغن در دو شافت، برنامه‌ای طولانی است و مراحل شستشو کوتاه‌تر از مرحله برداشتن لبه‌های اضافی هستند. این توزیع زمانی است که باعث می‌شود سلول شافت کام از سلول پوسته متفاوت به نظر برسد، جایی که شستشو غالب است.

۶. تأیید

تأیید صحت شافت کام‌شاфт دو بخش دارد که اغلب با یکدیگر اشتباه گرفته می‌شوند: براده‌ها و پاکیزگی. یک قطعه ممکن است فاقد براده باشد اما حد جرم تعیین‌شده را نداشته باشد، زیرا قطعات حاصل از عملیات براده‌زدایی هنوز در داخل سوراخ روغن باقی مانده‌اند. یک قطعه ممکن است حد جرم تعیین‌شده را رعایت کند اما همچنان براده‌ای داشته باشد که در آینده جدا خواهد شد.

تأیید عملی به‌صورت بازرسی بصری لبه‌های مشخص‌شده تحت ذره‌بین، همراه با اندازه‌گیری داخل سوراخ روغن برای تأیید عبور بدون مانع است. بازرسی تنها سطح خارجی شافت، سطحی را آزمایش می‌کند که مشتری هرگز آن را نخواهد دید. در شافت کام‌شاфт این دو بازرسی نیز در زمان‌های متفاوتی انجام می‌شوند: بازرسی لبه‌ها می‌تواند روی اولین قطعه از یک دسته انجام شود، درحالی‌که بازرسی عبور بدون مانع نمونه‌ای از وسط و انتهای دسته است، زیرا قلم‌مویی که در طول تولید دسته ساییده می‌شود، تأثیر آن بر محتوای سوراخ‌ها را تغییر می‌دهد.

پرسش‌های رایج

آیا شافت‌های کام‌شاфт را می‌توان در ماشینی یکسان با بلاک‌ها براده‌زدایی کرد؟

به‌ندرت در یک چرخهٔ واحد انجام می‌شوند. سلول بلوک تحت فشار بالا و جریان زیاد بر بخش‌های سنگین کار می‌کند، درحالی‌که برای شافت کام، ابزارهای کنترل‌شده از نظر نیرو روی بخش‌های نازک‌تر لازم است. این دو فرآیند می‌توانند یک ساختمان و یک فلسفهٔ فیلتراسیون مشترک داشته باشند، اما یک محفظهٔ مشترک ندارند.

چگونه لوب در برابر قلم‌مو محافظت می‌شود؟

با کنترل نیروی تماس به‌جای کنترل موقعیت، و با انتخاب قلم‌مویی که سفتی آن به‌قدری کم باشد که در آن نیرو سطح ساییده‌شده را علامت نزند. این دو تنظیم همزمان انتخاب می‌شوند.

آیا ۳ میلی‌گرم برای قطعه‌ای با این طول واقع‌بینانه است؟

این مقدار واقع‌بینانه است، مشروط‌بر اینکه سوراخ‌های روغنی شسته شوند نه پاشیده شوند، و مدار شستشوی نهایی جداگانه نگه داشته شود. بیشتر خرابی‌های شافت کام از سوراخ‌ها نه از سطح خارجی ناشی می‌شوند.

چه چیزی زمان چرخه را محدود می‌کند؟

برنامهٔ حذف لبه‌های تیز. پیگیری چندین لوب و چندین خروجی سوراخ با ابزار کنترل‌شده زمان بیشتری می‌برد تا شست‌وشوی همین قطعه، که برعکس خط تولید محفظه‌ها رفتار می‌کند.

نتیجه‌گیری

شافت کام به جای سطح خشن، روی سطحی که از قبل پرداخت شده است، لبه‌برداری می‌شود و همین موضوع روش را محدود می‌کند. سه تصمیمی که باعث کارکرد یک سلول ترکیبی می‌شوند عبارتند از: ابزارهای کنترل‌شده بر اساس نیرو، انجام عملیات در حالت مرطوب و شست‌وشوی هر سوراخ روغنی.

مشخصات باید لبه‌هایی را که باید لبه‌برداری شوند، سوراخ‌های روغنی که باید شسته شوند، حد مجاز آلودگی و واحد چرخه را مشخص کند. سلولی که برای شافت کام با ظرفیت دو قطعه در هر چرخه و زمان ۶۶ ثانیه ارائه شده است، تنها زمانی قابل مقایسه است که عدد دوم (زمان) همراه آن ذکر شده باشد. همین‌طور سلولی که با مقدار سه میلی‌گرم ارائه شده است نیز چنین است، زیرا ناحیه‌ای که این عدد برای آن تعیین شده، از خود مقدار به اندازه‌ای مهم است. عددی که روی سطح خارجی شافت اندازه‌گیری شده است، درباره قطعه‌ای متفاوت از عددی است که درون سوراخ‌های روغنی اندازه‌گیری شده است.