Nokkenas ontbramen en reinigen: 66 seconden voor twee onderdelen bij 3 mg

Overzicht

Een nokkenas is een lange, slanke as met een reeks nokprofielen die zijn geslepen tot een tolerantie van honderdsten van een millimeter. Na boren is het bovendien een onderdeel met oliegaten die de lagersassen snijden en met bramen die precies daar zitten waar de olie moet stromen.

Ontbramen is daarom een ander probleem dan het ontbramen van een blok of behuizing. De braam is klein, maar het oppervlak waaraan hij vastzit, is het afgewerkte profiel; een borstel of snijder die de braam verwijdert maar tegelijkertijd de nok aanraakt, maakt een afgekeurd onderdeel. Ook reinigen is een ander probleem, omdat de oliegaten klein zijn en de as niet van buitenaf kan worden overspoeld.

De cel die hier wordt beschreven, voert beide bewerkingen uit in één behuizing binnen 66 seconden voor twee onderdelen, waarbij het onderdeel op of onder de 3 mg wordt gehouden. Big Bird Industrial (voorheen Shimada Big Bird Industrial) bouwt sinds 2001 reinigings- en ontbramingssystemen voor automotive aandrijflijncomponenten, en de configuratie volgt productielijnen voor nokkenassen in plaats van een laboratoriumopstelling.

1. Wat maakt een nokkenas anders

Twee eigenschappen onderscheiden een nokkenas van andere ontbramingswerkzaamheden: hij is slank, en zijn functionele oppervlak is moeilijk toegankelijk zonder aanraking.

Een slank onderdeel dat buigt

Een nokkenas die aan beide uiteinden wordt gesteund, buigt onder zijn eigen gewicht en onder elke klemkracht. Dit is van belang, omdat ontbraming contact vereist, en contact met een slanke as de geometrie verandert waarop hij is geslepen. Het ondersteunen op meer dan twee punten, en het gebruik van gereedschappen met gecontroleerde kracht in plaats van uitsluitend positieregeling, zorgt ervoor dat het profiel behouden blijft.

Het profiel is de referentie

Op een blok is het oppervlak naast een spoor meestal een algemene gietvormoppervlak met ruime tolerantie. Op een nokkenas is het oppervlak naast het spoor de nok, en de nok is de reden waarom het onderdeel bestaat. Elke ontspooringsmethode moet worden beoordeeld op basis van de vraag of deze materiaal van de rand kan verwijderen zonder het aangrenzende oppervlak te veranderen.

2. Waar de sporen daadwerkelijk zitten

Sporen op een nokkenas concentreren zich op een klein aantal locaties, en elke locatie vereist een andere behandeling.

Snijoliengaten – kruispunten

Elk geboorde snijoliengat komt uit in een lagerzitting of een nokflank, en de uitgangsrand draagt een spoor aan de binnenzijde van het gat. Dat spoor is het meest schadelijke op het onderdeel, omdat het losbreekt in de olie-stroom en een lageroppervlak bereikt. Het is ook het moeilijkst toegankelijk, omdat het zich binnenin een gat bevindt dat slechts enkele millimeters doorsnede kan hebben.

Nokranden en sleutelgroeven

De zijranden van een geslepen nok dragen een fijne draad van het slijpen, en een sleuf of een tandwielregister draagt een zwaardere draad van het freesbewerken. De fijne draad kan met een borstel worden verwijderd; de zwaardere draad vereist een gereedschap, en het gereedschap moet vanuit een richting op de rand worden gebracht die de zijrand niet raakt.

3. Ontbramen zonder het profiel aan te raken

De methode moet materiaal van een rand verwijderen terwijl het aangrenzende oppervlak onaangetast blijft; op een nokkenas liggen die twee oppervlakken slechts millimeters uit elkaar.

Krachtregeling in plaats van positieregeling

Een robot die naar een positie wordt gestuurd, duwt een borstel met een willekeurige positiefout in de nok. Een robot met krachtregeling volgt de rand met een gedefinieerde contactkracht, waardoor de borstel op de bram blijft, ongeacht waar het geslepen oppervlak zich daadwerkelijk bevindt. Bij een slanke onderdelen is dat verschil het verschil tussen een ontbramde nokkenas en een afgekeurd exemplaar.

Ontbramen onder water in dezelfde cel

Ontbramen binnen de reinigingscel, met de bewerking onder water, vangt de fragmenten op in vloeistof in plaats van ze in de lucht vrij te geven. Bij een nokkenas is dat belangrijker dan bij een blok, omdat de fragmenten fijn zijn en de oliegaten dicht bij de werking van de borstel liggen.

4. De oliegaten reinigen

Een nokas-olieopening is klein, vaak schuin geplaatst en komt uit op een oppervlak dat schoon moet blijven. Het bespuiten van de as van buitenaf maakt deze nat zonder de openingen te spoelen.

Spoelen via de opening

De effectieve aanpak bestaat erin vloeistof in de opening te leiden, zodat deze via de uitgang naar buiten stroomt en daarbij het spaanderfragment meeneemt. Dat vereist een mondstuk dat afdicht tegen de ingang, of een sonde die in de opening wordt ingevoerd, en vereist dat de druk hoog genoeg is om een fragment langs de wand van een kleine boring te verplaatsen.

Waarom de volgorde belangrijk is

Spoelen vóór ontbramen is verspilde arbeid, omdat het ontbramen pas de fragmenten creëert. Spoelen na het ontbramen maar vóór het spoelen met spoelvloeistof laat de fragmenten in de olieopening achter totdat het spoelen ze verdunt. De werkzame volgorde is: ontbramen, spoelen, spoelen met spoelvloeistof, drogen; waarbij het spoelen wordt uitgevoerd met afzonderlijk gefilterde vloeistof, zodat vuil van het vorige onderdeel niet terugkeert.

5. De tweedelige cyclus van 66 seconden

De cel voert twee nokkenassen per cyclus uit in 66 seconden, waarbij het onderdeel op of onder de 3 mg wordt gehouden. Twee onderdelen per cyclus is geen toevallig gevolg van de machineafmeting: het balanceert de ontbramingstijd tegen de reinigingstijd, zodat geen van beide stadia op de ander hoeft te wachten.

Waarom koppeling werkt bij een slank onderdeel

Een nokkenas neemt weinig volume in ten opzichte van zijn lengte, dus een ruimte die voor één as is ontworpen, is grotendeels leeg. Het laden van twee assen, ondersteund aan hun uiteinden en gescheiden van elkaar, maakt optimaal gebruik van dat volume zonder de ruimte te vergroten, wat de doorvoer per eenheid behuizing verbetert in plaats van per eenheid energie.

Wat de 66 seconden bepaalt

De cyclus wordt bepaald door de ontbramingbeweging, niet door het spoelen. Een borstel die meerdere nokken en meerdere oliegaatjes op twee assen volgt, vereist een lang programma, en de spoelstappen zijn korter dan de ontbramingstap. Deze verdeling verklaart waarom een nokkenascel er anders uitziet dan een behuizingscel, waarbij het spoelen overheerst.

6. Verificatie

De controle van een nokenas bestaat uit twee onderdelen die vaak met elkaar worden verward: de speling en de reinheid. Een onderdeel kan vrij zijn van speling, maar toch de massa-limiet niet halen, omdat de ontspelingsfragmenten nog steeds in het oliegat zitten. Een onderdeel kan de massa-limiet wel halen, maar toch nog een speling bevatten die later afbreekt.

De praktische controle bestaat uit een visuele inspectie van de gespecificeerde randen onder vergroting, gecombineerd met een meting van het interieur van het oliegat om te bevestigen dat het ‘flush’ is doorgelopen. Alleen het buitenoppervlak van de as controleren, betekent dat je het oppervlak test waar de klant nooit naar kijkt. Bij een nokenas worden deze twee controles bovendien op verschillende momenten uitgevoerd: de randcontrole kan op het eerste onderdeel van een partij worden uitgevoerd, terwijl de flush-controle een steekproef is uit het midden en het einde van de partij, omdat een borstel die tijdens de partij slijt, beïnvloedt wat er in de gaten terechtkomt.

Veelgestelde vragen

Kunnen nokassen in dezelfde machine worden ontspeld als blokken?

Zelden in dezelfde cyclus. Een blokcel gebruikt hoge druk en grote stroming op een zwaar onderdeel, terwijl een nokkenas krachtgestuurde gereedschappen nodig heeft voor een slank onderdeel. Ze kunnen wel hetzelfde gebouw en dezelfde filosofie voor filtratie delen, maar niet dezelfde kamer.

Hoe wordt de nok beschermd tegen de borstel?

Door de contactkracht in plaats van de positie te regelen, en door een borstel te kiezen waarvan de stijfheid laag genoeg is om bij die kracht geen sporen op een geslepen oppervlak te achterlaten. Deze twee instellingen worden gezamenlijk gekozen.

Is 3 mg realistisch voor een onderdeel van deze lengte?

Dat is realistisch wanneer de oliegaten worden doorgespoeld in plaats van bespoten, en wanneer de spoelcircuits gescheiden blijven. De meeste storingen bij nokkenassen ontstaan via de gaten, niet via het buitenoppervlak.

Wat beperkt de cyclusduur?

Het ontbramingprogramma. Het volgen van meerdere nokken en meerdere gatuitgangen met een gecontroleerd gereedschap duurt langer dan het wassen van hetzelfde onderdeel, wat het tegenovergestelde is van een behuizinglijn.

Conclusie

Een nokkenas wordt ontbramd tegen een afgewerkte oppervlakte in plaats van tegen een ruwe, en dat is wat de methode beperkt. Krachtgestuurde gereedschappen, bewerking onder koelvloeistof en spoeling via elk oliegat zijn de drie beslissingen die een gecombineerde cel doen werken.

De specificatie moet de randen noemen die ontbramd moeten worden, de oliegaten die gespoeld moeten worden, de schoonmaaklimiet en de cyclus-eenheid. Een nokkenascel die wordt aangegeven als twee onderdelen per cyclus bij 66 seconden is alleen vergelijkbaar wanneer het tweede cijfer erbij wordt vermeld. Dat geldt ook voor een cel die wordt aangegeven als drie milligram, omdat het gebied waarop dat cijfer betrekking heeft even belangrijk is als de waarde zelf. Een meting aan de buitenkant van de as beschrijft een ander onderdeel dan een meting binnenin de oliegaten.