پاکیزگی در مقابل اندازه ذرات: درک دو معیار کلیدی پذیرش برای تمیزکاری صنعتی

مرور کلی

پاکیزگی و اندازه ذرات دو مورد از مهم‌ترین — و اغلب با یکدیگر اشتباه‌گرفته‌شده‌ترین — معیارهای پذیرش در پاک‌سازی قطعات صنعتی هستند.

پاکیزگی عموماً به جرم کل آلودگی باقی‌مانده اشاره دارد، در حالی که اندازه ذرات به اندازه ذرات باقی‌مانده مربوط می‌شود. این دو پارامتر جنبه‌های متفاوتی از آلودگی را اندازه‌گیری می‌کنند و بنابراین نمی‌توانند جای یکدیگر را بگیرند.

برای اجزای سیستم توان‌رسانی خودرو، به‌عنوان مثال، یک مشخصات فنی ممکن است هم سطح حداکثر آلودگی باقی‌مانده را بر حسب میلی‌گرم و هم بزرگ‌ترین اندازه مجاز ذرات را تعیین کند.

این مقاله تفاوت بین تمیزی و اندازه ذرات را توضیح می‌دهد، روش‌های رایج اندازه‌گیری و استانداردهای مرجع را بررسی می‌کند و به خریداران تجهیزات نشان می‌دهد که چه ویژگی‌هایی را هنگام بررسی مشخصات شست‌وشو باید در نظر بگیرند.

۱. تمیزی به چه معناست؟

در شست‌وشوی قطعات صنعتی، تمیزی عموماً به مقدار کل آلودگی باقی‌مانده روی سطح یا درون مسیرهای قطعه پس از شست‌وشو اشاره دارد .

این مقدار معمولاً به‌صورت یک مقدار جرمی بیان می‌شود و واحد آن میلی‌گرم (mg) است .

یک آزمون رایج تمیزی، آلودگی باقی‌مانده را از قطعه با استفاده از یک روش استخراج مشخص جدا می‌کند. بسته به نوع قطعه و روش آزمون، این کار ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• شست‌وشوی تحت فشار
• شستشو
• استخراج اولتراسونیک
• هم‌زدن یا سایر روش‌های مشخص‌شده استخراج

آلودگی استخراج‌شده سپس از طریق صافی‌گیری جمع‌آوری و تحت شرایط مشخصی وزن‌گیری می‌شود.

پاکیزگی در اصل پارامتری برای کنترل جرم است

سوال اصلی این است:

در مجموع چقدر آلودگی باقی مانده است؟

جرم کل ممکن است شامل ذراتی با ابعاد، اشکال و مواد مختلف باشد.

برای مثال، نتیجه‌ای به صورت ۵ میلی‌گرم به این معناست که جرم کل آلودگی استخراج‌شده برابر با ۵ میلی‌گرم است، بدون توجه به ابعاد جداگانه ذرات موجود در آن بقایا.

برای برخی کاربردها، پاکیزگی ممکن است به‌صورت مقداری نرمال‌شده نیز بیان شود، مانند میلی‌گرم بر متر مربع ، یعنی جرم آلودگی در هر واحد سطح.

۲. اندازه ذرات یعنی چه؟

اندازه ذرات توصیف‌کننده ابعاد فیزیکی ذرات باقی‌مانده پس از تمیزکاری است.

معمولاً برحسب میکرومتر (μm) ، اگرچه برخی از مشخصات صنعتی از میلی‌متر استفاده می‌کنند.

تحلیل ذرات ممکن است شامل فیلتر کردن و طبقه‌بندی آلودگی استخراج‌شده بر اساس محدوده‌های اندازه ذرات، شمارش ذرات در رده‌های مختلف اندازه یا اندازه‌گیری بزرگترین بعد ذره باشد.

اندازه ذرات در اصل پارامتری برای کنترل ابعاد است

سوال اصلی این است:

بزرگ‌ترین اندازه مجاز برای یک ذره باقی‌مانده چقدر می‌تواند باشد؟

این امر اهمیت دارد، زیرا حتی اگر جرم کل آلودگی کم باشد، یک ذره نسبتاً بزرگ ممکن است مسیری را مسدود کند، در تعامل دقیق بین سطوح اختلال ایجاد کند یا قطعه‌ای حساس را آسیب دهد.

به عنوان مثال:

• ≤۸۰۰ میکرومتر به این معناست که بزرگ‌ترین بعد مشخص‌شده برای ذرات ۰٫۸ میلی‌متر است.
• ≤۳۰۰ میکرومتر به این معناست که بزرگ‌ترین بعد مشخص‌شده برای ذرات ۰٫۳ میلی‌متر است.

بنابراین، محدودیت کوچک‌تر اندازه ذرات عموماً نیازمند کنترل دقیق‌تر فرآیند پاک‌سازی است.

۳. چرا باید تمیزی و اندازه ذرات را همزمان ارزیابی کرد؟

تمیزی و اندازه ذرات نشان‌دهنده دو بعد متفاوت از کنترل آلودگی هستند .

دو نمونه ساده‌شده را در نظر بگیرید.

نمونهٔ ۱: جرم کلی پایین اما ذره‌ای بزرگ

ممکن است یک قطعه تنها شامل ۵ میلی‌گرم از آلودگی باقی‌ماندهٔ کلی باشد، اما اگر یک ذرهٔ فلزی نسبتاً بزرگ وارد مسیر روغن حساسی شود، همچنان می‌تواند باعث ایجاد مشکل گردد.

نمونهٔ ۲: جرم کلی بالاتر اما ذرات بسیار ریز

قطعهٔ دیگری ممکن است دارای ۳۰۰ میلی‌گرم آلودگی باقی‌مانده باشد، اما بیشتر این بقایا ممکن است از ذرات بسیار ریزتر از ۱۰ میکرومتر تشکیل شده باشند.

خطر عملکردی مرتبط با این دو وضعیت می‌تواند بسیار متفاوت باشد.

به همین دلیل، سازندگان خودرو و سایر مشتریان تولید دقیق ممکن است هر دو پارامتر را مشخص کنند.

برای مثال، الزامات نماینده می‌توانند شامل موارد زیر باشند:

• بلوک موتور: اندازه ذرات ≤۸۰۰ میکرومتر
• بدنه سر سیلندر: تمیزی ≤۲۲۰ میلی‌گرم، اندازه ذرات ≤۱٫۲ میلی‌متر
• مسیرهای آب سر سیلندر: تمیزی ≤۷۰۰ میلی‌گرم، اندازه ذرات ≤۲٫۴ میلی‌متر

این مقادیر، حدود متفاوتی را برای شرایط مجاز آلودگی تعریف می‌کنند.

روش‌های دیگر بیان تمیزی

بسته به کاربرد، مشخصات ممکن است از موارد زیر نیز استفاده کنند:

• میلی‌گرم بر متر مربع — آلودگی باقی‌مانده به ازای هر واحد سطح
• میلی گرم بر کیلوگرم — غلظت آلودگی باقی‌مانده نسبت به مقدار مشخصی از مایع یا ماده

برای نمونه، یک کاربرد رباتیک شش‌محور برای پاک‌سازی بدنه‌های شیرهای گیربکس ممکن است نیازمندی پاک‌سازی را به‌صورت ۱ میلی‌گرم بر کیلوگرم با استفاده از غلظت آلودگی باقی‌مانده به‌عنوان معیار پاکیزگی بیان کند.

بنابراین، خود واحد اندازه‌گیری باید در زمینه‌ی روش آزمون و کاربرد مربوطه درک شود.

۴. استانداردهای مرجع و روش‌های آزمون رایج

دو استانداردی که معمولاً در تحلیل پاکیزگی خودروها مورد ارجاع قرار می‌گیرند عبارتند از:

• ISO 16232
• VDA 19

این استانداردها چارچوبی برای استخراج آلودگی، صافی‌کردن، تحلیل ذرات، شرایط اندازه‌گیری و گزارش نتایج فراهم می‌کنند.

هدف از این استانداردها افزایش هماهنگی و قابلیت مقایسه‌پذیری نتایج آزمون‌های پاکیزگی بین تأمین‌کنندگان و آزمایشگاه‌های مختلف است.

روش‌های رایج استخراج آلودگی

بسته به قطعه کار و روش قابل اعمال، روش‌های استخراج ممکن است شامل موارد زیر باشند:

• شست‌وشوی تحت فشار
• شستشو
• استخراج اولتراسونیک
• استخراج با تکان دادن یا هزینه کردن

روش‌های استخراج مختلف ممکن است در حذف آلودگی از یک قطعهٔ مشابه، بازدهی متفاوتی داشته باشند.

بنابراین، یک مشخصات فنی نباید صرفاً حد عددی تمیزی یا اندازه ذرات را تعیین کند. بلکه باید روش استخراج مربوطه و پارامترهای آزمون را نیز تعریف کند روش استخراج و پارامترهای آزمون در صورت لزوم.

این امر به‌ویژه در زمان پذیرش تجهیزات اهمیت دارد، زیرا دو آزمون که با رویه‌های استخراج متفاوت انجام شوند، حتی اگر روی یک قطعهٔ یکسان باشند، ممکن است نتایج متفاوتی ایجاد کنند.

۵. خریداران چگونه باید مشخصات تمیزکاری را تفسیر کنند؟

هنگام بررسی مشخصات دستگاه تمیزکاری، تنها نگاه کردن به حد عددی تمیزی کافی نیست.

۵.۱ آیا الزام ذرات جهانی است یا وابسته به منطقه‌ی خاصی؟

مناطق مختلف یک قطعه ممکن است خطرات آلودگی متفاوتی داشته باشند.

برای نمونه، مسیر اصلی روغن و جعبه‌ی آب در یک قطعه‌ی موتور ممکن است محدودیت‌های مربوط به اندازه‌ی ذرات متفاوتی را نیاز داشته باشند.

بنابراین، الزامات وابسته به منطقه می‌توانند کنترل فرآیند معنادارتری نسبت به اعمال یک محدودیت یکسان بر کل قطعه فراهم کنند.

۵.۲ آیا «اندازه‌ی ذره» به معنای بزرگ‌ترین اندازه یا تعداد ذرات است؟

این دو لزوماً یک الزام مشابه نیستند.

مشخصات ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• بزرگ‌ترین اندازه‌ی مجاز ذره
• تعداد ذرات بزرگ‌تر از اندازه‌ی مشخص‌شده
• توزیع اندازه‌ی ذرات در محدوده‌های متعدد اندازه

تأمین‌کننده‌ی تجهیزات باید دقیقاً بداند که کدام اندازه‌گیری مورد نیاز است.

۵.۳ آیا بدنه قطعه و مسیرهای داخلی به‌صورت جداگانه ارزیابی می‌شوند؟

برای نمونه، سر سیلندر ممکن است الزامات جداگانه‌ای برای بدنه اصلی و مسیرهای آب داشته باشد.

مشخصاتی از قبیل:

بدنه: ≤۲۲۰ میلی‌گرم
مسیرهای آب: ≤۷۰۰ میلی‌گرم

لازم نیست به این معنا باشد که دو ناحیه از روش‌های عصاره‌گیری یکسانی استفاده می‌کنند.

بنابراین محل بازرسی و روش عصاره‌گیری باید به‌وضوح تعریف شوند.

۵.۴ آیا روش عصاره‌گیری به‌وضوح مشخص شده است؟

استفاده از روش‌های عصاره‌گیری متفاوت می‌تواند با وجود یک حد عددی یکسان، نتایج آزمون متفاوتی ایجاد کند.

در نتیجه، پروتکل پذیرش باید روش عصاره‌گیری، تجهیزات، پارامترها، فرآیند صاف‌سازی و شرایط اندازه‌گیری (در صورت اعمال‌پذیری) را به‌وضوح تعریف کند.

۵٫۵ فراوانی بازرسی و نیازمندی‌های نمونه‌برداری چیست؟

فرآیند پذیرش ممکن است شامل موارد زیر باشد:

• بازرسی قطعه اولیه
• نمونه‌برداری از فرآیند
• تأیید دوره‌ای پاکی
• آزمون نهایی پذیرش

این نیازمندی‌ها می‌توانند هم بر پیکربندی تجهیزات و هم بر زمان چرخه تولید تأثیر بگذارند.

۶٫ نیازمندی‌های پاکی باید در طول طراحی تجهیزات در نظر گرفته شوند

نیازمندی‌های پاکی و اندازه ذرات باید پیش از طراحی دستگاه شست‌و‌شو تعیین شوند.

این‌ها مستقیماً بر موارد زیر تأثیر می‌گذارند:

• فشار تمیزکاری
• پیکربندی نازل
• ترتیب شست‌و‌شو
• پاک‌سازی هدفمند مسیرهای داخلی
• شرایط شست‌وشو
• پیکربندی خشک‌کردن
• سیستم فیلتراسیون
• موقعیت‌یابی قطعهٔ کار
• بازرسی و تأیید سطح پاکی

برای نمونه، قطعه‌ای که نیاز دارد اندازه ذرات ≤۳۰۰ میکرومتر ممکن است استراتژی پاک‌سازی و فیلتراسیون متفاوتی نسبت به قطعه‌ای با کمتر یا مساوی ۱٫۲ میلی‌متر نیازمندی ها

به‌طور مشابه، الزام سخت‌گیرانه‌ای برای پاکی مسیر روغن داخلی ممکن است نیازمند پاک‌سازی اختصاصی با ورودی مستقیم باشد، نه اینکه تنها به پاک‌سازی عمومی با پاشش متکی باشد.

به همین دلیل است که تجهیزات پاک‌سازی باید بر اساس معیارهای پذیرش واقعی مشتری طراحی شوند، نه اینکه صرفاً بر اساس ابعاد قطعه یا ظرفیت تولید انتخاب گردند.

7. سوالات متداول

چرا پاکی بر حسب میلی‌گرم اندازه‌گیری می‌شود؟

پاکیزگی به‌طور کلی نشان‌دهندهٔ جرم کل آلودگی باقی‌مانده‌ای است که از قطعهٔ کار استخراج شده است.

پس از استخراج آلودگی با روش مشخص‌شده، این آلودگی فیلتر می‌شود و برای اندازه‌گیری آماده می‌گردد. سپس جرم آلودگی حاصل را می‌توان بر حسب میلی‌گرم بیان کرد.

برای سطوح بزرگ‌تر، نتیجه را می‌توان نیز نرمال‌سازی کرد به میلی‌گرم بر متر مربع برای مقایسهٔ بین اجزا یا نواحی آزمایشی.

محدودیت اندازهٔ ذرات بر حسب میکرومتر (μm) را چگونه باید تفسیر کنم؟

یک میکرومتر (μm) یک‌میلیونیوم متر است.

۱ میلی‌متر = ۱۰۰۰ میکرومتر.

بنابراین:

• ≤۸۰۰ میکرومتر = ≤۰٫۸ میلی‌متر
• ≤۳۰۰ میکرومتر = ≤۰٫۳ میلی‌متر

محدودیت کوچک‌تر اندازهٔ ذرات عموماً به این معناست که فرآیند پاک‌سازی باید کنترل دقیق‌تری بر ذرات باقی‌مانده داشته باشد.

تفاوت بین استانداردهای ISO ۱۶۲۳۲ و VDA ۱۹ چیست؟

هر دو استاندارد به‌طور گسترده‌ای در آزمون‌های پاکیزگی خودرو مورد ارجاع قرار می‌گیرند و چارچوب‌هایی برای استخراج آلاینده‌ها و تحلیل ذرات فراهم می‌کنند.

با این حال، رویه‌ها و روش‌های گزارش‌دهی آن‌ها لزوماً یکسان نیستند. یک سازنده تجهیزات اصلی (OEM) یا مشتری ممکن است استاندارد خاصی را برای استفاده تعیین کند.

بنابراین، هنگام خرید تجهیزات پاک‌کننده، استاندارد قابل اعمال و رویه آزمون باید در مشخصات فنی تأیید شوند، نه اینکه فرض شود نتایج حاصل از رویه‌های مختلف به‌طور مستقیم قابل تبادل هستند.

اگر پاکیزگی در محدوده مشخصات باشد، آیا این بدان معناست که اندازه ذرات نیز در محدوده مشخصات است؟

لازم نیست.

این دو پارامتر جنبه‌های متفاوتی از آلودگی را اندازه‌گیری می‌کنند.

یک قطعه می‌تواند نیازمندی جرم کلی آلودگی را برآورده کند، درحالی‌که همچنان حاوی یک ذرهٔ منفرد با اندازه‌ای بیش از حد مجاز تعیین‌شده باشد.

در مقابل، یک قطعه می‌تواند جرم کل نسبتاً زیادی از ذرات بسیار ریز را در بر داشته باشد، در حالی که هیچ ذره‌ای بزرگ‌تر از حداکثر اندازه مشخص‌شده وجود ندارد.

بنابراین، پاکیزگی و اندازه ذرات باید به‌صورت جداگانه اندازه‌گیری و به‌صورت جداگانه ارزیابی شوند زمانی که هر دو در معیارهای پذیرش گنجانده شده‌اند.

نتیجه‌گیری

پاکیزگی و اندازه ذرات شاخص‌های مکمل یکدیگر هستند، نه اندازه‌گیری‌های قابل جایگزینی.

پاکیزگی عمدتاً میزان آلودگی باقی‌مانده را کنترل می‌کند، در حالی که اندازه ذرات حداکثر اندازه ذرات باقی‌مانده تک‌تک را تعیین می‌کند.

برای قطعات سیستم‌های توان‌محرک خودرو و سایر قطعات ساخته‌شده با دقت بالا، هر دو پارامتر می‌توانند مستقیماً بر طراحی تجهیزات، انتخاب فرآیند شست‌وشو، فیلتراسیون، شست‌وشوی مسیرهای داخلی و آزمون نهایی پذیرش تأثیر بگذارند.

شرکت بیگ برد اینداستریال در طول توسعه فرآیند شست‌وشو و اعتبارسنجی تجهیزات، با الزامات تعریف‌شده توسط مشتری در زمینه پاکیزگی و اندازه ذرات همکاری می‌کند و فرآیندهای مربوط به پذیرش و تأیید را پشتیبانی می‌نماید.