Czystość kontra wielkość cząstek: zrozumienie dwóch kluczowych kryteriów akceptacji w przemyślowym czyszczeniu

Przegląd

Czystość i wielkość cząstek to dwa najważniejsze — i najczęściej mylone — kryteria akceptacji w przemyślowym czyszczeniu części.

Czystość opisuje ogólnie całkowitą masę pozostałości zanieczyszczeń , podczas gdy wielkość cząstek określa wielkość pozostałych cząstek . Te dwa parametry mierzą różne aspekty zanieczyszczenia i dlatego nie mogą się wzajemnie zastępować.

W przypadku elementów układu napędowego pojazdów np. specyfikacja techniczna może wymagać zarówno maksymalnego poziomu zanieczyszczenia resztkowego wyrażonego w miligramach, jak i maksymalnej dopuszczalnej wielkości cząstek.

W niniejszym artykule wyjaśniono różnicę między czystością a wielkością cząstek, powszechnie stosowane metody pomiaru oraz normy odniesienia oraz co nabywcy sprzętu powinni brać pod uwagę przy analizie specyfikacji czystości.

1. Co oznacza czystość?

W przemyślowym czyszczeniu części czystość odnosi się ogólnie do całkowitej ilości zanieczyszczeń pozostających na powierzchni lub w kanałach przedmiotu po jego oczyszczeniu .

Zwykle wyraża się ją jako wartość masy w miligramach (mg) .

Typowy test czystości polega na ekstrakcji zanieczyszczeń resztkowych z komponentu za pomocą określonej metody ekstrakcji. W zależności od przedmiotu i procedury badawczej może on obejmować:

• Płukanie pod ciśnieniem
• Spuszczanie wody
• Ekstrakcję ultradźwiękową
• Wstrząsanie lub inne określone metody ekstrakcji

Wyodrębnione zanieczyszczenia są następnie zbierane za pomocą filtracji i ważone w określonych warunkach.

Czystość jest zasadniczo parametrem kontrolnym masy

Kluczowe pytanie brzmi:

Ile zanieczyszczeń pozostaje łącznie?

Całkowita masa może obejmować cząstki o różnych rozmiarach, kształtach i materiałach.

Na przykład wynik 5 mg oznacza, że całkowita masa wyodrębnionych zanieczyszczeń wynosi 5 mg, niezależnie od indywidualnych rozmiarów cząstek w tej pozostałości.

W niektórych zastosowaniach czystość może być również wyrażana jako wartość znormalizowana, np. mg/m² , oznacza masę zanieczyszczenia przypadającą na jednostkę powierzchni.

2. Co oznacza wielkość cząstek?

Wielkość cząstek opisuje wymiar fizyczny pozostałości cząstek po czyszczeniu.

Zazwyczaj wyraża się ją w mikrometrach (μm) , choć niektóre specyfikacje przemysłowe używają milimetrów.

Analiza cząstek może obejmować filtrowanie i klasyfikację wydobytych zanieczyszczeń według zakresów wielkości cząstek, zliczanie cząstek w różnych kategoriach wielkości lub pomiar maksymalnego wymiaru cząstki.

Wielkość cząstek jest zasadniczo parametrem kontrolującym wymiary

Kluczowe pytanie brzmi:

Jak duża może być pojedyncza cząstka pozostała po czyszczeniu?

Ma to znaczenie, ponieważ nawet przy niskiej całkowitej masie zanieczyszczenia stosunkowo duża cząstka może potencjalnie zablokować przewód, zakłócić precyzyjne połączenie lub uszkodzić wrażliwy element.

Na przykład:

• ≤800 μm oznacza, że określona maksymalna wielkość cząstki wynosi 0,8 mm.
• ≤300 μm oznacza, że określona maksymalna wielkość cząstki wynosi 0,3 mm.

Dlatego mniejszy limit wielkości cząstek zwykle wymaga ścisłej kontroli procesu czyszczenia.

3. Dlaczego czystość i wielkość cząstek muszą być oceniane łącznie?

Czystość i wielkość cząstek reprezentują dwa różne wymiary kontroli zanieczyszczeń .

Rozważmy dwa uproszczone przykłady.

Przykład 1: Niska całkowita masa, ale duża cząstka

Składnik może zawierać jedynie 5 mg całkowitego zanieczyszczenia resztkowego, ale jeden stosunkowo duży metalowy cząsteczkowy element nadal może stworzyć problem, jeśli dostanie się do wrażliwego kanału olejowego.

Przykład 2: Wyższa całkowita masa, ale bardzo drobne cząstki

Inny składnik może mieć 300 mg zanieczyszczenia resztkowego, ale większość osadu może składać się z bardzo drobnych cząstek o wielkości poniżej 10 μm.

Ryzyko funkcjonalne związane z tymi dwoma sytuacjami może być bardzo różne.

Dlatego producenci samochodów oraz inni klienci z branży precyzyjnej produkcji mogą określać oba parametry.

Na przykład reprezentatywne wymagania mogą obejmować:

• Blok silnika: rozmiar cząstek ≤800 μm
• Korpus głowy cylindra: czystość ≤220 mg, rozmiar cząstek ≤1,2 mm
• Kanały wody w głowie cylindra: czystość ≤700 mg, rozmiar cząstek ≤2,4 mm

Te wartości określają różne granice dopuszczalnego zanieczyszczenia.

Inne sposoby wyrażania czystości

W zależności od zastosowania specyfikacje mogą również zawierać:

• mg/m² — pozostałą ilość zanieczyszczeń przypadającą na jednostkę powierzchni
• mg/kg — stężenie pozostałych zanieczyszczeń względem określonej ilości cieczy lub materiału

Na przykład sześciopozycyjna aplikacja robota do czyszczenia korpusów zaworów przekładni może określać wymaganie czystości jako 1 mg/kg , przy użyciu stężenia zanieczyszczeń resztkowych jako miary czystości.

Jednostka ta musi więc być rozumiana w kontekście metody badawczej i zastosowania.

4. Powszechne normy odniesienia i metody badań

Dwie powszechnie cytowane normy w analizie czystości w przemyśle motocyklowym to:

• ISO 16232
• VDA 19

Te normy zapewniają ramy dla ekstrakcji zanieczyszczeń, filtracji, analizy cząstek, warunków pomiaru oraz raportowania wyników.

Celem jest zapewnienie większej spójności i porównywalności wyników badań czystości między różnymi dostawcami i laboratoriami.

Powszechne metody ekstrakcji zanieczyszczeń

W zależności od przedmiotu badań i stosowanej procedury metody ekstrakcji mogą obejmować:

• Płukanie pod ciśnieniem
• Spuszczanie wody
• Ekstrakcję ultradźwiękową
• Ekstrakcję przez mieszanie lub wstrząsanie

Różne metody ekstrakcji mogą charakteryzować się różną skutecznością usuwania zanieczyszczeń z tego samego elementu.

Dlatego specyfikacja techniczna nie powinna określać wyłącznie liczbowego limitu czystości lub wielkości cząstek. Powinna również definiować odpowiednią metodę ekstrakcji oraz parametry testu w razie konieczności.

Jest to szczególnie istotne podczas akceptacji sprzętu, ponieważ dwa testy przeprowadzone przy użyciu różnych procedur ekstrakcji mogą dać różne wyniki, nawet jeśli wykonano je na tym samym elemencie.

5. Jak nabywcy powinni interpretować specyfikacje czystości?

Przy analizie specyfikacji maszyny do czyszczenia wystarczy spojrzeć wyłącznie na liczbowy limit czystości.

5.1 Wymóg dotyczący cząstek ma charakter ogólny czy dotyczy określonych stref?

Różne obszary komponentu mogą być narażone na różne ryzyko zanieczyszczenia.

Na przykład główna przewodnica oleju i płaszcz chłodzenia silnika w komponencie mogą wymagać różnych limitów wielkości cząstek.

Wymagania określone dla poszczególnych stref mogą więc zapewnić bardziej istotną kontrolę procesu niż stosowanie jednego, identycznego limitu dla całego komponentu.

5.2 Czy termin „wielkość cząstki” oznacza maksymalną wielkość czy liczbę cząstek?

Nie są to koniecznie te same wymagania.

Specyfikacja może określać:

• Maksymalna dopuszczalna wielkość cząstki
• Liczba cząstek przekraczających określoną wielkość
• Rozkład wielkości cząstek w wielu zakresach wielkości

Dostawca sprzętu musi dokładnie zrozumieć, który pomiar jest wymagany.

5.3 Czy korpus komponentu i jego wewnętrzne przewodniki są oceniane osobno?

Głowa cylindra może na przykład mieć osobne wymagania dotyczące jej głównej części i kanałów chłodzenia.

Specyfikacja taka jak:

Część główna: ≤220 mg
Kanały chłodzenia: ≤700 mg

nie oznacza koniecznie, że oba obszary są badane przy użyciu identycznych procedur ekstrakcji.

Lokalizacja kontroli oraz metoda ekstrakcji powinny być zatem wyraźnie określone.

5.4 Czy metoda ekstrakcji została jednoznacznie określona?

Ta sama liczbowo określona granica dopuszczalna może dawać różne wyniki badań przy zastosowaniu różnych metod ekstrakcji.

Protokół akceptacji powinien zatem jednoznacznie określać metodę ekstrakcji, sprzęt, parametry, procedurę filtracji oraz warunki pomiaru – tam, gdzie to stosowne.

5.5 Jak często przeprowadza się inspekcje i jakie są wymagania co do pobierania próbek?

Proces akceptacji może obejmować:

• Inspekcja pierwszego egzemplarza
• Pobieranie próbek w trakcie procesu
• Okresowa weryfikacja czystości
• Ostateczne testy akceptacyjne

Te wymagania mogą wpływać zarówno na konfigurację sprzętu, jak i na czas cyklu produkcyjnego.

6. Wymagania dotyczące czystości należy uwzględnić podczas projektowania sprzętu

Wymagania dotyczące czystości oraz wielkości cząstek należy określić przed zaprojektowaniem maszyny do czyszczenia.

Bezpośrednio wpływają one na:

• Ciśnienie czyszczenia
• Konfiguracja dysz
• Kolejność czyszczenia
• Celowe czyszczenie przewodów wewnętrznych
• Wymagania dotyczące przepłukiwania
• Konfiguracja suszenia
• System filtracji
• Pozycjonowanie przedmiotu obrabianego
• Inspekcja i walidacja czystości

Na przykład komponent wymagający rozmiaru cząstek ≤300 μm może wymagać innej strategii czyszczenia i filtracji niż komponent z ≤1,2 mm wymaganie.

Podobnie surowe wymagania dotyczące czystości wewnętrznej kanału olejowego mogą wymagać dedykowanego czyszczenia przez wkładanie, a nie tylko ogólnego czyszczenia strumieniowego.

Dlatego wyposażenie do czyszczenia powinno być projektowane zgodnie z rzeczywistymi kryteriami akceptacji klienta, a nie wybierane wyłącznie na podstawie wymiarów przedmiotu obrabianego lub wydajności produkcyjnej.

7. Najczęściej zadawane pytania (FAQ)

Dlaczego czystość mierzy się w mg?

Czystość reprezentuje ogólną masę pozostałości zanieczyszczeń wyodrębnionych z przedmiotu obrabianego.

Po usunięciu zanieczyszczenia zgodnie ze wskazaną procedurą, przepuszcza się je przez filtr i przygotowuje do pomiaru. Uzyskaną masę zanieczyszczenia można wyrazić w miligramach.

Dla większych powierzchni wynik może być również znormalizowany do mg/m² w celu porównania między komponentami lub obszarami testowymi.

Jak należy rozumieć limit wielkości cząstek w μm?

Mikrometr (μm) to jedna milionowa metra.

1 mm = 1000 μm.

Zatem:

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

Mniejszy limit wielkości cząstek oznacza zazwyczaj, że proces czyszczenia musi zapewniać ścisłej kontrolę nad pozostałościowymi cząstkami.

Jaka jest różnica między normą ISO 16232 a VDA 19?

Oba standardy są powszechnie stosowane w testowaniu czystości w przemyśle motocyklowym i samochodowym oraz zapewniają ramy do ekstrakcji zanieczyszczeń i analizy cząstek.

Jednak ich procedury i metody raportowania nie są koniecznie identyczne. Producent sprzętu lub klient może określić, który standard należy zastosować.

Dlatego przy zakupie sprzętu do czyszczenia należy potwierdzić odpowiedni standard i procedurę testową w specyfikacji technicznej, zamiast zakładać, że wyniki uzyskane według różnych procedur można bezpośrednio wzajemnie zamieniać.

Jeśli czystość mieści się w granicach specyfikacji, czy oznacza to również, że rozmiar cząstek mieści się w granicach specyfikacji?

Niekoniecznie.

Oba parametry mierzą różne aspekty zanieczyszczenia.

Element może spełniać wymóg dotyczący całkowitej masy zanieczyszczeń, a mimo to zawierać pojedynczą cząstkę o rozmiarze przekraczającym określony limit.

Z kolei element może zawierać stosunkowo dużą całkowitą masę bardzo drobnych cząstek, nie posiadając żadnej cząstki o rozmiarze przekraczającym określony maksymalny rozmiar.

Dlatego czystość i wielkość cząstek powinny być mierzone osobno i oceniane osobno jeśli oba parametry są uwzględnione w kryteriach akceptacji.

Wniosek

Czystość i wielkość cząstek to wskaźniki uzupełniające się, a nie wymienne pomiary.

Czystość określa przede wszystkim ilość pozostałości zanieczyszczeń, podczas gdy wielkość cząstek określa maksymalny rozmiar poszczególnych pozostałych cząstek.

W przypadku elementów układów napędowych pojazdów samochodowych oraz innych części produkowanych z wysoką precyzją oba parametry mogą bezpośrednio wpływać na projektowanie urządzeń, dobór procesu czyszczenia, filtrację, czyszczenie kanałów wewnętrznych oraz końcowe testy akceptacyjne.

Big Bird Industrial współpracuje z klientami przy definiowaniu wymagań dotyczących czystości i wielkości cząstek w trakcie opracowywania procesu czyszczenia i walidacji sprzętu, wspierając odpowiadające im procesy akceptacji i weryfikacji.