Siisteyden ja hiukkaskoon vertailu: kaksi keskeistä hyväksyntäkriteeriä teolliseen puhdistukseen

Yleiskatsaus

Siisteys ja hiukkaskoko ovat kaksi tärkeintä – ja usein sekoitettua – hyväksyntäkriteeriä teollisessa osien puhdistuksessa.

Siisteys kuvaa yleensä kokonaismäistä jäännössäppäilyn massaa , kun taas hiukkaskoko kuvaa jäännöshiukkasten kokoa . Nämä kaksi parametria mittaavat eri näkökulmasta saastumista, eikä niitä voida siksi korvata toisillaan.

Esimerkiksi automaali- ja voimansiirtojärjestelmien komponenteille tekninen eritelmä voi vaatia sekä enimmäissallittua jäännössuolapitoisuutta milligrammoissa että enimmäissallittua hiukkaskokoa.

Tässä artikkelissa selitetään ero puhdistuslaatujen ja hiukkaskokojen välillä, yleisesti käytetyt mittausmenetelmät ja viitestandardit sekä mitä laitteiden ostajien tulisi tarkistaa tarkistaessaan puhdistuseritelmiä.

1. Mitä puhdistuslaatu tarkoittaa?

Teollisessa osien puhdistuksessa puhdistuslaatu viittaa yleensä kokonaismäärään jäljelle jäänyttä saastumista työkappaleen pinnalle tai sen sisäisiin kulkutieihin puhdistuksen jälkeen .

Sitä ilmoitetaan yleensä massana milligrammoina (mg) .

Tyypillinen puhdistuslaatutesti erottaa jäännössuolapitoisuuden komponentista määritellyllä erottamismenetelmällä. Työkappaleen ja testimenetelmän mukaan tämä voi sisältää:

• Painepesun
• Virtaus
• Ulträäni-erottamisen
• Seostaaminen tai muu määritelty erottamismenetelmä

Erotettu saastuminen kerätään sitten suodattamalla ja punnitaan määritellyissä olosuhteissa.

Puhtaus on periaatteessa massan hallintaparametri

Keskustelun avainkysymys on:

Kuinka paljon saastumista jää yhteensä?

Kokonaismassa voi sisältää eri kokoisia, muotoisia ja materiaalisia hiukkasia.

Esimerkiksi tulos 5 mg tarkoittaa, että erotettu saastuminen painaa yhteensä 5 mg, riippumatta siitä, mitä kokoja yksittäiset hiukkaset ovat kyseisessä jäännöksessä.

Joihinkin sovelluksiin puhtaus voidaan ilmoittaa myös normalisoituna arvona, kuten mg/m² , joka kuvaa saastumismassaa yksikköpintaa kohden.

2. Mitä hiukkaskoko tarkoittaa?

Hiukkaskoko kuvaa jäljelle jäävien hiukkasten fyysistä mittoja puhdistuksen jälkeen.

Sitä ilmoitetaan yleensä mikrometreinä (μm) , vaikka joissakin teollisuusmäärittelyissä käytetäänkin millimetrejä.

Hiukkasanalyysi voi sisältää saastumisen suodattamisen ja luokittelun hiukkaskokoluokkiin, eri kokoisten hiukkasten laskemisen tai suurimman hiukkasmitan mittaamisen.

Hiukkaskoko on olennaisesti mittasuuruuden säätöparametri

Keskustelun avainkysymys on:

Kuinka suuri yksittäinen jäännöshiukkainen voi olla?

Tämä on tärkeää, koska vaikka kokonaissaastumismäärä olisi pieni, suhteellisen suuri hiukkasen voi mahdollisesti tukkia kulkutietä, häiritä tarkkuusliitosta tai vahingoittaa herkkää komponenttia.

Esimerkiksi:

• ≤800 μm tarkoittaa, että määritetty suurin hiukkasen mittojen raja on 0,8 mm.
• ≤300 μm tarkoittaa, että määritetty suurin hiukkasen mittojen raja on 0,3 mm.

Siksi pienempi hiukkaskokoraja vaatii yleensä tiukempaa puhdistusprosessin valvontaa.

3. Miksi puhtaus ja hiukkaskoko on arvioitava yhdessä?

Puhtaus ja hiukkaskoko edustavat kahta eri ulottuvuutta saastumisen hallinnassa .

Tarkastellaan kahta yksinkertaistettua esimerkkiä.

Esimerkki 1: Pieni kokonaismassa, mutta suuri hiukkanen

Komponentti saa sisältää vain 5 mg kokonaissuodattamattoman saastumisen määrästä, mutta yksittäinen suurempi metallihiukkainen voi silti aiheuttaa ongelmia, jos se pääsee herkkään öljykanavaan.

Esimerkki 2: Korkeampi kokonaismassa, mutta erinomaisen hienojakoiset hiukkaset

Toisessa komponentissa saastumisen määrä voi olla 300 mg , mutta suurin osa saastumisesta voi koostua erinomaisen hienoista hiukkasista, joiden koko on alle 10 μm.

Näiden kahden tilanteen toiminnallinen riski voi olla hyvin erilainen.

Siksi autoteollisuuden valmistajat ja muut tarkkuusvalmistukseen erikoistuneet asiakkaat voivat määritellä molemmat parametrit.

Esimerkiksi edustavat vaatimukset voivat sisältää:

• Moottorilohko: hiukkaskoko ≤ 800 μm
• Sylinteripään runko: puhtaus ≤ 220 mg, hiukkaskoko ≤ 1,2 mm
• Sylinteripään vesikuljetuskanavat: puhtaus ≤ 700 mg, hiukkaskoko ≤ 2,4 mm

Nämä arvot määrittelevät eri rajoja sallitulle kontaminaatiolle.

Muut puhtaustasoa ilmaisevat muodot

Sovelluksesta riippuen määrittelyt voivat käyttää myös:

• mg/m² — jäljelle jäänyttä kontaminaatiota yksikköpintaa kohden
• mg/kg — jäljelle jäänyttä kontaminaatiokonsentraatiota verrattuna tiettyyn nestemäiseen tai materiaalimäiseen määrään

Esimerkiksi kuusiaakselisen robottipuhdistussovelluksen käyttö vaihteiston venttiilikunnossa voi ilmaista puhdistusvaatimuksen muodossa 1 mg/kg , jolloin saastumisen määrä jäljellä olevana kontaminaationa toimii puhtausmittarina.

Yksikkö itsessään on siksi ymmärrettävä testimenetelmän ja sovelluksen yhteydessä.

4. Yleisesti käytetyt viitestandardit ja testimenetelmät

Kahdella autoteollisuuden puhtaustutkimuksissa usein viitattavalla standardilla on seuraavat nimet:

• ISO 16232
• VDA 19

Nämä standardit tarjoavat kehykset saastumisen poistolle, suodatukselle, hiukkasanalyysille, mittausolosuhteille ja tulosten raportoinnille.

Tarkoituksena on tehdä puhtaustestien tuloksesta yhtenäisempiä ja vertailukelpoisempia eri toimittajien ja laboratorioiden välillä.

Yleisimmät saastumisen poistomenetelmät

Työkappaleen ja sovellettavan menettelyn mukaan poistomenetelmiin voi kuulua:

• Painepesun
• Virtaus
• Ulträäni-erottamisen
• Agitaatio- tai ravistuspoisto

Eri poistomenetelmillä voi olla erilainen tehokkuus saman komponentin saastumisen poistossa.

Siksi teknisessä eritelmässä ei pitäisi määritellä ainoastaan numeerista puhdistustasoa tai hiukkaskokorajaa. Sen tulee myös määritellä asiaankuuluvat poistomenetelmä ja testiparametrit tarvittaessa.

Tämä on erityisen tärkeää laitteiston hyväksyntävaiheessa, koska kahdella eri poistomenetelmällä suoritetuista testeistä saadaan erilaiset tulokset, vaikka ne tehtäisiinkin samasta komponentista.

5. Kuinka ostajien tulisi tulkita puhdistuseritelmiä?

Puhdistuskoneen eritelmää tarkasteltaessa pelkkä numeerinen puhdistusraja ei riitä.

5.1 Onko hiukkaspäästövaatimus maailmanlaajuinen vai aluekohtainen?

Komponentin eri alueilla saattaa olla erilaiset saastumisriskit.

Esimerkiksi moottorikomponentin pääöljykanava ja vesikansi voivat vaatia erilaisia hiukkaskokorajoituksia.

Aluekohtaiset vaatimukset voivat siksi tarjota merkityksellisempää prosessin valvontaa kuin yhden saman rajoituksen käyttäminen koko komponentissa.

5.2 Tarkoittaako ”hiukkaskoko” suurinta sallittua kokoa vai hiukkasmäärää?

Nämä eivät välttämättä ole sama vaatimus.

Määrittely voi määritellä:

• Suurin sallittu hiukkasmita
• Hiukkasmäärä, joka ylittää määritellyn koon
• Hiukkaskokojausten jakautuminen useisiin kookategorioihin

Laitetoimittajan on ymmärrettävä tarkasti, mitä mittausmenetelmää vaaditaan.

5.3 Arvioiko tarkastus komponentin rungon ja sisäiset kulkutiet erikseen?

Esimerkiksi sylinteripää voi vaatia erillisiä vaatimuksia sekä päärunkolleen että vesikulkuun.

Määritelmä, kuten:

Runko: ≤ 220 mg
Vesikulku: ≤ 700 mg

ei välttämättä tarkoita, että molemmat alueet käyttävät identtisiä erottamismenettelyjä.

Tarkastuspaikka ja erottamismenettely on siksi määriteltävä selkeästi.

5.4 Onko erottamismenettely selkeästi määritelty?

Sama numeerinen raja-arvo voi tuottaa erilaisia testituloksia, kun käytetään eri erottamismenettelyjä.

Hyväksyntäprotokollan on siksi selkeästi määriteltävä erottamismenettely, laitteisto, parametrit, suodatusmenettely ja mittausolosuhteet, mikäli sovellettavissa.

5.5 Mikä on tarkastusten taajuus ja otantavaatimukset?

Hyväksyntäprosessi voi sisältää:

• Ensimmäisen osan tarkastus
• Prosessin otanta
• Ajoittainen puhdistustason varmistus
• Lopullinen hyväksyntätestaus

Nämä vaatimukset voivat vaikuttaa sekä laitteiston konfiguraatioon että tuotantokierroksen kestoon.

6. Puhdistusvaatimukset tulisi ottaa huomioon laitteiston suunnitteluvaiheessa

Puhdistustaso ja hiukkaskokovaatimukset tulisi määritellä ennen puhdistuskoneen suunnittelua.

Ne vaikuttavat suoraan:

• Puhdistuspaine
• Pään konfiguraatio
• Puhdistusjärjestykseen
• Kohdennettu sisäisten kulkureittien puhdistus
• Huuhtelun vaatimukset
• Kuivatusasettelu
• Suodatusjärjestelmä
• Työkappaleen sijoittaminen
• Puhtauden tarkastus ja validointi

Esimerkiksi komponentti, jolle vaaditaan hiukkaskoko ≤300 μm saattaa vaatia erilaista puhdistus- ja suodatusstrategiaa kuin komponentti, jolle vaaditaan ≤ 1,2 mm vaatimus.

Vastaavasti tiukat puhtaustasovaatimukset sisäiselle öljykuljetuskanavalle saattavat vaatia erityistä työntöpuhdistusta eikä pelkkää yleistä ruiskupuhdistusta.

Siksi puhdistuslaitteiston tulisi olla suunniteltu asiakkaan todellisten hyväksyntäkriteerien mukaan eikä sitä tulisi valita ainoastaan työkappaleen mittojen tai tuotantokapasiteetin perusteella.

7. Usein kysytyt kysymykset

Miksi puhtauteen käytetään mittayksikkönä milligrammaa?

Siisteyden yleinen määritelmä on kappaleesta poistetun saastumisen kokonaismäärä.

Kun saastuminen on poistettu määritellyllä menetelmällä, se suodatetaan ja valmistellaan mittaukseen. Saastumisen massa voidaan sen jälkeen ilmoittaa milligrammoina.

Suuremmille pintoille tulos voidaan myös normalisoida mg/m² komponenttien tai testialueiden väliseen vertailuun.

Miten tulisi ymmärtää hiukkaskokoraja mikrometreinä (μm)?

Mikrometri (μm) on yksi miljoonasosa metristä.

1 mm = 1 000 μm.

Siten:

• ≤800 μm = ≤0,8 mm
• ≤300 μm = ≤0,3 mm

Pienempi hiukkaskokoraja tarkoittaa yleensä, että puhdistusprosessin on varmistettava tarkempi kontrolli jäljelle jäävistä hiukkasista.

Mikä on ero ISO 16232:n ja VDA 19:n välillä?

Molemmat ovat laajalti viitattuja automaali-alan puhdistustestausstandardien viitekehyksiä ja tarjoavat kehykset saastumisen poistolle ja hiukkasanalyysille.

Niiden menettelytavat ja raportointitavat eivät kuitenkaan välttämättä ole identtisiä. Valmistaja (OEM) tai asiakas voi määrittää, kumpaa standardia tulee käyttää.

Siksi puhdistuslaitteita ostettaessa sovellettava standardi ja testimenettely tulee vahvistaa teknisessä eritelmässä eikä voida olettaa, että eri menettelyjen mukaisesti saadut tulokset olisivat suoraan vaihdettavissa keskenään.

Jos puhdistusaste on eritelmän mukainen, tarkoittaako se myös sitä, että hiukkaskoko on eritelmän mukainen?

Ei välttämättä.

Nämä kaksi parametria mittaavat eri näkökohtia saastumisesta.

Komponentti voi täyttää kokonaissaastumismassan vaatimukset, vaikka siinä olisi yksittäinen hiukkanen, jonka koko ylittää määritellyn koon rajan.

Toisaalta komponentti voi sisältää suhteellisen suuren kokonaismäärän erinomaisen hienojakoisia hiukkasia, vaikka siinä ei olisi yhtään hiukkasta, joka ylittäisi määritellyn enimmäiskoon.

Siksi puhdistusaste ja hiukkaskoko tulisi mitata erikseen ja arvioida erikseen jos molemmat sisältyvät hyväksyntäkriteereihin.

Yhteenveto

Puhdistusaste ja hiukkaskoko ovat toisiaan täydentäviä indikaattoreita eivätkä vaihtoehtoisia mittauksia.

Puhdistusaste ohjaa lähinnä sitä, kuinka paljon kontaminaatiota jää jäljelle, kun taas hiukkaskoko ohjaa sitä, kuinka suuria yksittäiset jäljelle jääneet hiukkaset voivat olla.

Autojen voimansiirto-osille ja muille tarkkuusvalmistettuille osille molemmat parametrit voivat vaikuttaa suoraan laitteiston suunnitteluun, puhdistusprosessin valintaan, suodatukseen, sisäisten kulkureittien puhdistamiseen ja lopulliseen hyväksyntätestaukseen.

Big Bird Industrial työskentelee asiakkaan määrittelemien puhdistusaste- ja hiukkaskokovaatimusten kanssa puhdistusprosessin kehityksen ja laitteiston validoinnin aikana ja tukee vastaavaa hyväksyntä- ja varmistusprosessia.