Pulizia rispetto alla dimensione delle particelle: comprendere due criteri fondamentali di accettazione per la pulizia industriale

Panoramica

Pulizia e dimensioni delle particelle sono due dei criteri di accettazione più importanti — e spesso confusi — nella pulizia di componenti industriali.

La pulizia descrive in genere la massa totale di contaminazione residua , mentre le dimensioni delle particelle descrivono le dimensioni delle particelle residue . Questi due parametri misurano aspetti diversi della contaminazione e pertanto non possono sostituirsi l’un l’altro.

Per i componenti del gruppo motopropulsore automobilistico, ad esempio, una specifica tecnica può richiedere sia un livello massimo di contaminazione residua espresso in milligrammi sia una dimensione massima ammissibile delle particelle.

Questo articolo spiega la differenza tra pulizia e dimensione delle particelle, i metodi di misurazione più comuni e gli standard di riferimento, nonché le caratteristiche che gli acquirenti di attrezzature devono valutare nell’analisi delle specifiche di pulizia.

1. Che cosa significa pulizia?

Nella pulizia industriale di parti, la pulizia indica generalmente la quantità totale di contaminazione residua presente sulla superficie o all’interno dei canali di un pezzo dopo la pulizia .

Viene comunemente espressa come valore di massa in milligrammi (mg) .

Un tipico test di pulizia estrae la contaminazione residua dal componente mediante un metodo di estrazione specificato. A seconda del pezzo e della procedura di prova, ciò può includere:

• Risciacquo a pressione
• Scarico
• Estrazione a ultrasuoni
• Agitazione o altri metodi di estrazione specificati

La contaminazione estratta viene quindi raccolta mediante filtrazione e pesata in condizioni specificate.

La pulizia è essenzialmente un parametro di controllo della massa

La domanda fondamentale è:

Quanta contaminazione rimane in totale?

La massa totale può includere particelle di diverse dimensioni, forme e materiali.

Ad esempio, un risultato di 5 mg significa che la contaminazione estratta totale pesa 5 mg, indipendentemente dalle dimensioni individuali delle particelle presenti in quel residuo.

Per alcune applicazioni, la pulizia può essere espressa anche come valore normalizzato, ad esempio mg/m² , che rappresenta la massa di contaminazione per unità di superficie.

2. Che cosa significa dimensione delle particelle?

La dimensione delle particelle descrive la dimensione fisica delle particelle residue rimaste dopo la pulizia.

Viene comunemente espressa in micrometri (μm) , anche se alcune specifiche industriali utilizzano i millimetri.

L’analisi delle particelle può prevedere filtraggio e classificazione dei contaminanti estratti in base a intervalli di dimensione delle particelle, conteggio delle particelle in diverse categorie dimensionali oppure misurazione della dimensione massima di una particella.

La dimensione delle particelle è essenzialmente un parametro di controllo dimensionale

La domanda fondamentale è:

Qual è la dimensione massima consentita per una singola particella residua?

Questo è importante perché, anche quando la massa totale di contaminazione è bassa, una particella relativamente grande potrebbe potenzialmente ostruire un passaggio, interferire con un’interfaccia di precisione o danneggiare un componente sensibile.

Ad esempio:

• ≤800 μm significa che la dimensione massima specificata della particella è 0,8 mm.
• ≤300 μm significa che la dimensione massima specificata della particella è 0,3 mm.

Pertanto, un limite più piccolo per le dimensioni delle particelle richiede generalmente un controllo più rigoroso del processo di pulizia.

3. Perché pulizia e dimensione delle particelle devono essere valutate congiuntamente?

Pulizia e dimensione delle particelle rappresentano due diverse dimensioni del controllo della contaminazione .

Consideriamo due esempi semplificati.

Esempio 1: Bassa massa totale ma una particella grande

Un componente potrebbe contenere soltanto 5 mg della contaminazione residua totale, ma una singola particella metallica relativamente grande potrebbe comunque creare problemi se entrasse in un condotto dell’olio sensibile.

Esempio 2: Massa totale maggiore ma particelle molto fini

Un altro componente potrebbe avere 300 mg di contaminazione residua, ma la maggior parte del residuo potrebbe consistere in particelle molto fini inferiori a 10 μm.

Il rischio funzionale associato a queste due situazioni può essere molto diverso.

Questo è il motivo per cui i produttori automobilistici e altri clienti del settore della produzione di precisione possono specificare entrambi i parametri.

Ad esempio, requisiti rappresentativi possono includere:

• Blocco motore: dimensione delle particelle ≤800 μm
• Corpo della testata cilindri: pulizia ≤220 mg, dimensione delle particelle ≤1,2 mm
• Canali d’acqua della testata cilindri: pulizia ≤700 mg, dimensione delle particelle ≤2,4 mm

Questi valori definiscono limiti diversi per lo stato di contaminazione ammesso.

Altri modi di esprimere la pulizia

A seconda dell’applicazione, le specifiche possono prevedere anche:

• mg/m² — contaminazione residua per unità di superficie
• mg/kg — concentrazione di contaminazione residua rispetto a una quantità specificata di liquido o materiale

Ad esempio, un’applicazione di pulizia robotica a sei assi per corpi valvola del cambio può esprimere il requisito di pulizia come 1 mg/kg , utilizzando la concentrazione di contaminazione residua come parametro di riferimento per la pulizia.

L'unità stessa deve quindi essere interpretata nel contesto del metodo di prova e dell'applicazione.

4. Standard di riferimento comuni e metodi di prova

Due standard comunemente citati nell'analisi della pulizia nel settore automobilistico sono:

• ISO 16232
• VDA 19

Questi standard forniscono un quadro di riferimento per l'estrazione dei contaminanti, la filtrazione, l'analisi delle particelle, le condizioni di misurazione e la redazione dei risultati.

Lo scopo è rendere i risultati dei test di pulizia più coerenti e confrontabili tra diversi fornitori e laboratori.

Metodi comuni di estrazione dei contaminanti

A seconda del pezzo in esame e della procedura applicabile, i metodi di estrazione possono includere:

• Risciacquo a pressione
• Scarico
• Estrazione a ultrasuoni
• Estrazione mediante agitazione o scuotimento

Metodi di estrazione diversi possono avere efficienze diverse nel rimuovere contaminanti da uno stesso componente.

Pertanto, una specifica tecnica non dovrebbe indicare soltanto un limite numerico di pulizia o di dimensione delle particelle. Dovrebbe inoltre definire il metodo di estrazione pertinente e i parametri di prova ove necessario.

Ciò è particolarmente importante durante l’accettazione dell’attrezzatura, poiché due prove eseguite con procedure di estrazione diverse possono produrre risultati differenti anche su uno stesso componente.

5. Come devono interpretare le specifiche di pulizia gli acquirenti?

Nel valutare la specifica di una macchina per la pulizia, considerare esclusivamente il limite numerico di pulizia non è sufficiente.

5.1 Il requisito relativo alle particelle è globale o specifico per zona?

Diverse aree di un componente possono presentare rischi di contaminazione diversi.

Ad esempio, il principale condotto dell’olio e la giacca d’acqua di un componente motore potrebbero richiedere limiti diversi per le dimensioni delle particelle.

I requisiti specifici per zona possono quindi offrire un controllo del processo più significativo rispetto all’applicazione di un unico limite identico all’intero componente.

5.2 Il termine «dimensione delle particelle» indica la dimensione massima oppure il numero di particelle?

Questi non sono necessariamente requisiti identici.

Una specifica può definire:

• Dimensione massima consentita delle particelle
• Numero di particelle superiori a una determinata dimensione
• Distribuzione delle dimensioni delle particelle su più intervalli di dimensione

Il fornitore dell’attrezzatura deve comprendere esattamente quale misurazione è richiesta.

5.3 Il corpo del componente e i suoi condotti interni vengono valutati separatamente?

Una testata cilindri, ad esempio, potrebbe avere requisiti distinti per il suo corpo principale e per i suoi condotti dell’acqua.

Una specifica del tipo:

Corpo: ≤220 mg
Passaggi dell’acqua: ≤700 mg

non implica necessariamente che le due aree utilizzino procedure di estrazione identiche.

La posizione dell’ispezione e il metodo di estrazione devono pertanto essere definiti chiaramente.

5.4 Il metodo di estrazione è specificato in modo chiaro?

Lo stesso limite numerico può produrre risultati di prova diversi se vengono utilizzati metodi di estrazione differenti.

Il protocollo di accettazione deve pertanto definire chiaramente il metodo di estrazione, le attrezzature, i parametri, la procedura di filtrazione e le condizioni di misurazione, ove applicabile.

5.5 Quali sono la frequenza delle ispezioni e i requisiti di campionamento?

Il processo di accettazione può includere:

• Ispezione del primo pezzo
• Campionamento del processo
• Verifica periodica della pulizia
• Test finale di accettazione

Questi requisiti possono influenzare sia la configurazione dell’attrezzatura sia il tempo del ciclo produttivo.

6. I requisiti di pulizia devono essere presi in considerazione durante la progettazione dell’attrezzatura

I requisiti di pulizia e di dimensione delle particelle devono essere definiti prima della progettazione della macchina per la pulizia.

Essi influenzano direttamente:

• Pressione di pulizia
• Configurazione ugelli
• Sequenza di pulizia
• Pulizia mirata dei passaggi interni
• Requisiti di risciacquo
• Configurazione dell’essiccazione
• Sistema di filtrazione
• Posizionamento del pezzo in lavorazione
• Ispezione e convalida della pulizia

Ad esempio, un componente che richiede dimensione delle particelle ≤300 μm potrebbe richiedere una strategia di pulizia e filtrazione diversa rispetto a uno con una ≤ 1,2 mm - il requisito.

Allo stesso modo, un requisito rigoroso di pulizia per un condotto interno dell’olio potrebbe richiedere una pulizia dedicata per inserimento, anziché fare affidamento esclusivamente su una pulizia generale a spruzzo.

Questo è il motivo per cui le attrezzature per la pulizia devono essere progettate in base ai criteri di accettazione effettivi del cliente, piuttosto che essere scelte esclusivamente in base alle dimensioni del pezzo o alla capacità produttiva.

7. FAQ

Perché la pulizia viene misurata in mg?

La pulizia rappresenta generalmente la massa totale di contaminanti residui estratti dal pezzo.

Dopo che i contaminanti sono stati estratti mediante la procedura specificata, vengono filtrati e preparati per la misurazione. La massa risultante dei contaminanti può quindi essere espressa in milligrammi.

Per superfici più grandi, il risultato può essere normalizzato anche a mg/m² confronto tra componenti o aree di prova.

Come devo interpretare un limite di dimensione delle particelle in μm?

Un micrometro (μm) equivale a un milionesimo di metro.

1 mm = 1.000 μm.

Pertanto:

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

Un limite di dimensione delle particelle più piccolo indica generalmente che il processo di pulizia deve garantire un controllo più rigoroso sulle particelle residue.

Qual è la differenza tra ISO 16232 e VDA 19?

Entrambi sono ampiamente citati nei test di pulizia nel settore automobilistico e forniscono quadri di riferimento per l’estrazione dei contaminanti e l’analisi delle particelle.

Tuttavia, le loro procedure e gli approcci alla redazione dei rapporti non sono necessariamente identici. Un costruttore di veicoli (OEM) o un cliente possono specificare quale norma debba essere utilizzata.

Pertanto, al momento dell’acquisto di attrezzature per la pulizia, la norma applicabile e la procedura di prova devono essere confermate nelle specifiche tecniche, anziché assumere che i risultati ottenuti con procedure diverse siano direttamente interscambiabili.

Se la pulizia rientra nei limiti di specifica, ciò significa anche che le dimensioni delle particelle rientrano nei limiti di specifica?

Non necessariamente.

I due parametri misurano aspetti diversi della contaminazione.

Un componente può soddisfare il requisito relativo alla massa totale di contaminazione pur contenendo una singola particella di dimensioni superiori al limite specificato.

Viceversa, un componente può contenere una massa totale relativamente elevata di particelle molto fini, pur non presentando alcuna particella di dimensioni superiori al massimo consentito.

Pertanto, pulizia e dimensione delle particelle devono essere misurate separatamente e valutate separatamente qualora entrambi i parametri siano inclusi nei criteri di accettazione.

Conclusione

La pulizia e le dimensioni delle particelle sono indicatori complementari, non misure intercambiabili.

La pulizia controlla principalmente la quantità di contaminazione residua, mentre le dimensioni delle particelle determinano quanto grandi possono essere le singole particelle residue.

Per i componenti del powertrain automobilistico e altre parti prodotte con precisione, entrambi i parametri possono influenzare direttamente la progettazione dell’equipaggiamento, la scelta del processo di pulizia, la filtrazione, la pulizia dei passaggi interni e i test finali di accettazione.

Big Bird Industrial collabora con i clienti per definire i requisiti di pulizia e di dimensione delle particelle durante lo sviluppo del processo di pulizia e la validazione dell’equipaggiamento, supportando il corrispondente processo di accettazione e verifica.