Maszyna do wygładzania i czyszczenia wałków rozrządu: zintegrowana obróbka w czasie 66 sekund na 2 części przy czystości poniżej 3 mg

Przegląd

Na wałkach rozrządu występują dwa kluczowe obszary, na których mogą pozostać zadziory po obróbce: krawędzie otworów olejowych oraz profile kółek rozrządu. Obszary te wymagają różnych metod usuwania zadziory. Jako elementy pracujące w warunkach częstych ruchów cyklicznych, wałki rozrządu wymagają również skutecznego usuwania drobinków powstałych podczas obróbki oraz zanieczyszczeń z powierzchni i wewnętrznych przewodów olejowych.

Elastyczna robota przemysłowa do usuwania zadziory i czyszczenia wałków rozrządu integruje procesy usuwania zadziory, czyszczenia pod wysokim ciśnieniem oraz suszenia w jednym zautomatyzowanym cyklu. System zaprojektowano tak, aby przetwarzał dwie sztuki w ciągu 66 sekund w konfiguracji A lub 78 sekund w konfiguracjach B, C, D i E. Określona ogólna czystość wynosi poniżej 3 mg, maksymalny rozmiar cząstek to 300 μm, a końcowy stan jest całkowicie suchy.

Słowa kluczowe: maszyna do czyszczenia wałków rozrządu, usuwanie zadziory z wałków rozrządu, usuwanie zadziory z otworów olejowych, usuwanie zadziory z kółek rozrządu, czyszczenie wałków rozrządu pod wysokim ciśnieniem, czyszczenie przemysłowe, czystość, rozmiar cząstek

1. Gdzie występują zadziory na wałku rozrządu?

Walec wykorbiony kontroluje chwilę otwierania i zamykania zaworów poprzez powtarzające się kontaktowanie się jego kulek wykorbionych z odpowiadającymi im tłoczyskami lub wałkami. Dokładność profilu oraz stan powierzchni każdej kulki wykorbionej mają bezpośredni wpływ na zachowanie się obszarów styku oraz na precyzję działania zaworów.

W wałkach wykorbionych znajdują się również wewnętrzne kanały olejowe, które dostarczają smaru do łożysk i innych kluczowych obszarów. Zgrubienia lub luźne pozostałości po obróbce mechanicznej w tych kanałach mogą stać się zanieczyszczeniami systemu smarowania, jeśli nie zostaną skutecznie usunięte.

Dwa typowe miejsca występowania zgrubień wymagają szczególnej uwagi.

1.1 Zgrubienia wzdłuż krawędzi kulek wykorbionych

Podczas toczenia i szlifowania mogą pozostawać małe, wypukłe krawędzie lub zgrubienia wokół granic kulek wykorbionych. Mogą one wpływać na lokalne warunki styku i stanowić źródło luźnego zanieczyszczenia metalicznego.

Usuwane zgrubienia muszą zostać całkowicie usunięte, przy jednoczesnym zachowaniu wymaganego profilu kulki wykorbionej oraz jakości jej powierzchni.

1.2 Zgrubienia przy krawędziach otworów olejowych

Wiercenie może pozostawić metalowe wyrostki (grzbiety) wokół otworów olejowych. Jeśli te grzbiety oderwą się podczas kolejnych etapów obróbki lub pracy silnika, powstałe cząstki mogą przedostać się do obwodu smarowania i potencjalnie uszkodzić powierzchnie wałków, łożysk oraz inne komponenty.

Usuwania grzbietów z otworów olejowych jest zatem ważne nie tylko ze względu na jakość krawędzi, ale także dla kontrolowania zanieczyszczeń resztkowych w układzie smarowania.

Ponieważ krawędzie kuli wałka rozrządu i otwory olejowe różnią się geometrią oraz dostępnością, skuteczne rozwiązanie musi dobierać odpowiednią metodę usuwania grzbietów do każdej lokalizacji.

2. Zintegrowany proces: usuwanie grzbietów, czyszczenie i suszenie

Elastyczna maszyna robota do usuwania grzbietów i czyszczenia wałków rozrządu łączy wiele operacji w jednym systemie sprzętowym. Zintegrowanie tych procesów zmniejsza konieczność pośrednich manipulacji i ogranicza ryzyko dodatkowych uszkodzeń lub ponownego zanieczyszczenia między stacjami.

Typowa kolejność procesu to:

Załadowanie przez robota typu gantry → Usuwanie grzbietów → Czyszczenie pod wysokim ciśnieniem → Suszenie → Wyładowanie

Zintegrowany proces obejmuje trzy główne etapy.

Etat 1: Usuwanie wykańczania

• Usuwanie wykańczania otworów olejowych

• Usuwanie wykańczania krawędzi wałka rozrządu

Etat 2: Czyszczenie

• Czyszczenie przewodów olejowych pod wysokim ciśnieniem z wtryskiem

• Kompleksowe czyszczenie elementu

• Czyszczenie powierzchni zewnętrznych pod wysokim ciśnieniem

Etat 3: Suszenie

• Oddmuch powietrzem

• Suszenie próżniowe

Kolejność działań jest istotna. Usuwanie wykańczania może generować drobne fragmenty metaliczne, które należy usunąć przed ukończeniem końcowego etapu czyszczenia. Jeśli te fragmenty pozostaną na elemencie roboczym lub przedostaną się do przewodów wewnętrznych, końcowy wynik czystości może zostać naruszony.

Łączenie usuwania zacień i czyszczenia w jednym zautomatyzowanym systemie pozwala na ustalenie kontrolowanej kolejności działań – od usuwania zacień po ostateczne usunięcie zanieczyszczeń oraz suszenie.

3. Dlaczego czyszczenie przewodów olejowych pod wysokim ciśnieniem jest ważne

Przewody olejowe wałka rozrządu mogą być wąskie, głębokie i trudno dostępne. Konwencjonalne zewnętrzne czyszczenie strumieniem może nie zapewniać wystarczającej skuteczności czyszczenia w głębszych częściach wewnętrznego przewodu.

Czyszczenie przewodów olejowych pod wysokim ciśnieniem eliminuje tę ograniczoność, wprowadzając cienki dysza do wnętrza przewodu i kierując płyn czyszczący wzdłuż jego ścieżki wewnętrznej. Strumień płynu pomaga usunąć zanieczyszczenia i wypłukać odpadki po obróbce mechanicznej z przewodu.

Ta operacja ma szczególne znaczenie po usuwaniu zacień, gdy drobinki metalu mogą pozostać wokół otworów olejowych lub w połączonych przewodach.

Ogólna czyszczenie i zewnętrzne mycie pod wysokim ciśnieniem usuwają zanieczyszczenia z łatwo dostępnych powierzchni, ale same w sobie mogą nie zapewnić wystarczającego oczyszczenia głębokich przewodów wewnętrznych.

Ostateczna konfiguracja dyszy oraz parametry czyszczenia powinny być dobrane zgodnie z średnicą, głębokością, geometrią otworów olejowych oraz wymaganym poziomem czystości.

4. Kluczowe specyfikacje techniczne

Poniższe specyfikacje opierają się na konfiguracji elastycznej robota do wykańczania kół korbowych i czyszczenia, opisanej w opublikowanych informacjach produktowych.

Podobne elastyczne rozwiązanie robota do deburringu i czyszczenia pod wysokim ciśnieniem dostarczono w 2020 r. do wałków rozrządu samochodów osobowych. Czas cyklu i kryteria akceptacji specyficzne dla modelu należy potwierdzić w oparciu o rzeczywistą konfigurację projektu.

Uwaga dotycząca czasu cyklu: Wartości powyżej podano na dwie sztuki, a nie na pojedynczą sztukę. Rzeczywista wydajność linii zależy od konfiguracji maszyny, układu uchwytów, kolejności załadunku i rozładowania oraz wymagań procesowych określonych w projekcie.

5. Zrozumienie wymagań dotyczących czystości i wielkości cząstek

Określone limity czystości i wielkości cząstek dotyczą dwóch różnych aspektów zanieczyszczeń resztkowych.

5.1 Ogólna czystość poniżej 3 mg

Ogólna czystość oznacza całkowitą masę zanieczyszczeń resztkowych zebranych i zmierzonych zgodnie z uzgodnioną metodą badania czystości.

Limit poniżej 3 mg stanowi wymagające kryterium dla komponentu z wewnętrznymi kanałami olejowymi oraz powierzchniami roboczymi w strefie kontaktu. Jego osiągnięcie zależy od wydajności całego procesu, a nie tylko od końcowej etapu mycia.

Zintegrowany proces obejmuje:

• Usuwanie ostrzy (deburring) w celu usunięcia niepożądanych wypukłości metalowych

• Czyszczenie kanałów olejowych w celu usunięcia zanieczyszczeń wewnętrznych

• Ogólne oraz zewnętrzne czyszczenie pod wysokim ciśnieniem w celu usunięcia łatwo dostępnych pozostałości

• Oddmuch powietrzem oraz suszenie próżniowe w celu kontrolowania pozostałości wilgoci

Wydajność filtracji, stan cieczy do czyszczenia, czystość uchwytów oraz praktyki konserwacyjne wpływają również na powtarzalność wyników. Należy je kontrolować w całym cyklu produkcji.

5.2 Maksymalny rozmiar cząstek poniżej 300 μm

Wymóg dotyczący wielkości cząstek ogranicza wymiary cząstek resztkowych wykrywanych podczas badań czystości.

W przypadku wałków rozrządu kontrola większych cząstek ma szczególne znaczenie, ponieważ zanieczyszczenia mogą przedostać się do układu smarowania. Jednak maksymalna dopuszczalna wielkość cząstek oraz całkowita masa resztkowego zanieczyszczenia stanowią odrębne kryteria akceptacji. Spełnienie jednego z nich nie oznacza automatycznie zgodności z drugim.

Metoda inspekcji i weryfikacji czystości powinna określać miejsca pobierania próbek, procedurę ekstrakcji, metodę pomiaru cząstek oraz granice akceptacji przed zaakceptowaniem sprzętu.

5.3 W pełni suche po oczyszczaniu

Resztkowa wilgoć może powodować problemy związane z magazynowaniem i korozją, w zależności od materiału elementu, stanu jego powierzchni, czasu przechowywania oraz wymagań kolejnych etapów procesu.

Usuwanie powietrzem usuwa łatwo dostępne wodę, podczas gdy suszenie próżniowe może pomóc w usunięciu wilgoci z obszarów trudniejszych do osuszenia. Ich odpowiednie role należy zoptymalizować, aby spełnić uzgodniony końcowy wymóg suchości bez niepotrzebnego wydłużania cyklu.

Wymagane warunki suszenia należy zweryfikować za pomocą uzgodnionej metody inspekcji, a nie wyłącznie na podstawie wrażenia wzrokowego.

6. Jak wybrać maszynę do oswajania i czyszczenia wałków rozrządu

6.1 Potwierdzenie zakresu produktów i konfiguracji maszyny

Konfiguracje A oraz B/C/D/E mają różne określone czasy cyklu. Przed wybraniem maszyny należy dostarczyć pełną listę modeli wałków rozrządu, przewidywaną objętość produkcji oraz częstotliwość zmiany konfiguracji.

Te informacje pomagają określić odpowiednią konfigurację sprzętu, wyposażenie technologiczne oraz układ produkcji.

6.2 Przegląd geometrii kanałów olejowych

Średnica, głębokość, kierunek oraz geometria wewnętrzna otworów olejowych decydują o dostępności i wymaganiach ruchowych dysz do czyszczenia wewnętrznych przewodów.

Rysunki lub przykładowe przedmioty robocze należy przejrzeć, aby ustalić, czy dysza może dotrzeć do wymaganych obszarów i skutecznie usunąć zanieczyszczenia.

6.3 Identyfikacja wszystkich miejsc szlifowania krawędzi

Krawędzie otworów olejowych oraz granice wałka rozrządowego to typowe miejsca szlifowania krawędzi, jednak rzeczywiste wymagania zależą od konstrukcji elementu oraz kolejności jego obróbki.

Wszelkie dodatkowe obszary narażone na powstawanie ostrzyków należy zidentyfikować podczas oceny technicznej, aby procesy szlifowania krawędzi i czyszczenia można było zaprojektować w oparciu o pełny przedmiot roboczy.

6.4 Określenie kryteriów czystości oraz akceptowalnych rozmiarów cząstek

Określić wymaganą całkowitą masę pozostałości zanieczyszczeń, maksymalny rozmiar cząstek, miejsca pobierania próbek oraz metodę badania.

Jasne kryteria akceptacji ułatwiają określenie niezbędnych etapów czyszczenia, układu filtracji oraz procedury walidacji.

6.5 Wziąć pod uwagę dalszą obróbkę oraz ochronę przed korozją

Jeśli wałek rozrządu przechodzi do procesu nanoszenia powłoki, montażu, ochrony przed korozją lub magazynowania po czyszczeniu, wymagania te należy uwzględnić podczas planowania wyposażenia.

Ostatni etap procesu powinien zapewnić stan powierzchni, suchość oraz kontrolę zanieczyszczeń niezbędne dla kolejnego etapu produkcji.

Big Bird Industrial oferuje konfiguracje maszyn do wykrawania i czyszczenia wałków rozrządu w zakresie modeli od A do E. Ostateczny wybór powinien opierać się na rzeczywistej rodzinie detali, geometrii kanałów olejowych, taktu produkcji oraz wymagań dotyczących czystości.

Najczęściej zadawane pytania

Pytanie 1. Dlaczego wałek rozrządu wymaga zarówno wykrawania, jak i czyszczenia?

Wykrawanie i czyszczenie rozwiązują różne problemy.

Wykrawanie usuwa niepożądane metalowe występy z krawędzi otworów olejowych oraz granic kuli kameralnych. Czyszczenie usuwa luźne wióry, olej i inne zanieczyszczenia powstające podczas obróbki mechanicznej i wykrawania.

Operacje muszą być przeprowadzane w odpowiedniej kolejności: usuwanie wykańczania (deburring) powinno być natychmiast followed przez skuteczne czyszczenie, aby pozostałe po usunięciu wykańczania fragmenty nie pozostawały na gotowym elemencie.

Pytanie 2. Dlaczego do kanałów olejowych wałka rozrządu stosuje się czyszczenie wstawkowe?

Kanały olejowe mogą być zbyt wąskie lub głębokie, aby tradycyjne zewnętrzne czyszczenie strumieniowe zapewniło wystarczające działanie czyszczące w całym wewnętrznym przebiegu.

Czyszczenie wstawkowe polega na wprowadzeniu dyszy do kanału i kierowaniu płynu czyszczącego w stronę powierzchni wewnętrznych. Dzięki temu ułatwia się odprowadzenie i usunięcie osadów, które w przeciwnym razie mogłyby pozostawać w niedostępnych obszarach.

Konstrukcja dyszy oraz parametry czyszczenia muszą być dopasowane do rzeczywistej geometrii kanału oraz wymagań dotyczących akceptacji.

Pytanie 3. Jaki jest czas cyklu całego procesu?

Podany czas cyklu wynosi 66 sekund na dwie części dla konfiguracji A oraz 78 sekund na dwie części dla konfiguracji B, C, D i E.

Te dane opierają się na dwuczęściowym układzie przetwarzania. Nie należy ich mylić z czasem cyklu jednocyklowego. Ostateczna zdolność produkcyjna zależy od wybranej konfiguracji, załadunku i rozładowania, narzędzi oraz specyficznych dla projektu warunków procesowych.

Pytanie 4. Jak osiągnąć czystość poniżej 3 mg?

Cel zależy od zintegrowanego procesu usuwania wykańczania, czyszczenia i suszenia.

Czyszczenie wstawek kanałów olejowych eliminuje zanieczyszczenia wewnętrzne, podczas gdy ogólne oraz zewnętrzne czyszczenie wysokociśnieniowe obejmuje dostępne powierzchnie. Usuwanie resztek wilgoci odbywa się za pomocą dmuchawy powietrznej i suszenia próżniowego. Filtracja, zarządzanie cieczami oraz konserwacja uchwytów wspomagają stabilność procesu w czasie.

Wynik należy zweryfikować przy użyciu uzgodnionej metody ekstrakcji i pomiaru czystości na reprezentatywnych częściach produkcyjnych.

Pytanie 5. Czy jedna maszyna może obsługiwać różne modele wałków rozrządu?

Elastyczny system robotyczny można skonfigurować dla wielu modeli przedmiotów obrabianych, w granicach zakresu mechanicznego maszyny, wyposażenia, dostępu dyszy oraz możliwości sterowania.

Zakres wymaganych modeli, częstotliwość zmiany konfiguracji oraz objętość produkcji powinny zostać przeanalizowane w trakcie planowania projektu. Ocena poszczególnych modeli pozwala ustalić, czy jedna konfiguracja jest wystarczająca, czy też konieczne są różne wyposażenie lub konfiguracje urządzeń.

Wniosek

Wytwarzanie wałków rozrządu wymaga skutecznego usuwania ostrzy i zanieczyszczeń resztkowych zarówno na krawędziach otworów olejowych, jak i na granicach kikutów wałka. Zintegrowanie procesów usuwania ostrzy, czyszczenia pod wysokim ciśnieniem, czyszczenia wewnętrznych przewodów olejowych oraz suszenia w jednym zautomatyzowanym systemie pozwala zmniejszyć liczbę pośrednich operacji manipulacyjnych i zapewnić bardziej spójną jakość komponentów.

Maszyna robota elastyczna do wykańczania wałków rozrządu i czyszczenia zapewnia deklarowany czas cyklu wynoszący 66 sekund na dwie sztuki w konfiguracji A oraz 78 sekund na dwie sztuki w konfiguracjach B/C/D/E, przy ogólnej czystości poniżej 3 mg i maksymalnym rozmiarze cząstek poniżej 300 μm.

Big Bird Industrial, dawniej Harbin Shimada Big Bird Industrial Co., Ltd., dostarcza rozwiązań przemysłowych do czyszczenia i procesów dla produkcji motocyklowej i samochodowej. W projektach dotyczących wałków rozrządu dobór sprzętu powinien opierać się na geometrii przedmiotu obrabianego, lokalizacji miejsc wykańczania, wymaganiach dotyczących kanałów olejowych, zdolności produkcyjnej oraz zweryfikowanych kryteriach czystości.