To, co rzeczywiście znajduje się na elemencie: pięć klas zanieczyszczeń

Przegląd

Specyfikacje czyszczenia są zwykle formułowane w odniesieniu do elementu: bloku, obudowy, wału. Rzeczywisty proces czyszczenia dobiera się w oparciu o to, co znajduje się na elemencie; dwa elementy o tym samym kształcie mogą wymagać zupełnie innych maszyn, ponieważ jeden z nich jest pokryty luźnymi wiórkami po obróbce, a drugi — upieczonej smarownicą technologiczną.

Zanieczyszczenia zachowują się różnie w zależności od sposobu ich przyłączenia. Wiórek leżący w wnęce jest utrzymywany przez siłę grawitacji i geometrię, warstwa oleju przyczepia się dzięki oddziaływaniom powierzchniowym, cząstka wciskająca się w miękką powierzchnię jest utrzymywana mechanicznie, a zausznik nie stanowi zanieczyszczenia, dopóki się nie oderwie. Każde z tych czterech stanów reaguje na inny mechanizm działania, a żaden pojedynczy etap czyszczenia nie obejmuje wszystkich z nich.

Ten artykuł klasyfikuje zanieczyszczenia tak, jak inżynier procesowy musi je klasyfikować, a następnie przypisuje każdą klasę do etapu, który je usuwa. Firma Big Bird Industrial (dawniej Shimada Big Bird Industrial) buduje od 2001 roku systemy czyszczące i usuwające wykrojki z elementów napędu samochodowego, a przedstawiona tutaj klasyfikacja opiera się na specyfikacjach produkcyjnych stosowanych dla odlewów i obudów po obróbce skrawaniem.

1. Dlaczego klasyfikacja poprzedza dobór

Wybór metody czyszczenia wyłącznie na podstawie części prowadzi do maszyny nadmiernie dobranego parametru na jednej powierzchni i niedostatecznie dobranego na innej.

Sposób przyłączenia określa mechanizm

Luźny materiał usuwany jest przez przepływ cieczy w jego pobliżu. Warstwę cienką usuwa chemia zmieniająca jej przyczepność oraz uderzenie strumienia, które ją oderwa. Cząstkę wbudowaną w powierzchnię można usunąć tylko wtedy, gdy materiał powierzchniowy wokół niej zostanie przemieszczony – dlatego zanieczyszczenia wbudowane są często problemem obróbki skrawaniem, a nie czyszczenia. Wykrojkę usuwa się narzędziem, a nie strumieniem.

Jedna część, kilka klas

Obrabiana obudowa z aluminium zwykle zawiera przynajmniej trzy rodzaje zanieczyszczeń: wiórkę w otworach, chłodziwo na powierzchniach oraz pozostałości po procesie odlewania wewnątrz koszulki wodnej. Specyfikacja wymagająca usunięcia tylko jednego z tych zanieczyszczeń prowadzi do uzyskania maszyny spełniającej kryterium tylko na jednej powierzchni, ale nie spełniającej go na pozostałych.

2. Klasa pierwsza: materiały cząstkowe

Zanieczyszczenia cząstkowe są najłatwiejsze do usunięcia w teorii, ale najtrudniejsze do całkowitego usunięcia, ponieważ mogą się przenosić.

Wiórki metalowe i drobiny

Wiórki powstałe podczas wiercenia, gwintowania i frezowania gromadzą się w otworach, w korzeniach gwintów oraz na dnie wnęk. Drobinny materiał powstały podczas szlifowania i docierania pozostaje zawieszony w cieczy i osadza się tam, gdzie przepływ zwalnia. Wiórki usuwane są głównie przez przepływ objętościowy oraz przez przemywanie danej cechy; drobiny usuwane są za pomocą filtracji, a nie mycia – dlatego część pozbawiona wiórków może nadal nie spełniać kryterium cząstkowego.

Piasek i pozostałości po odlewaniu

Piasek z formy i pozostałości z rdzenia zachowują się inaczej niż metal. Piasek wypełnia narożniki i uwalnia się powoli, a osłonka, która wydaje się przezroczysta, może zawierać kieszeń, która uwalnia się po nagrzaniu odlewu. Usunięcie jej wymaga przepływu przez wnękę, a nie tylko płukania otworu wejściowego.

3. Klasa druga: warstwy cienkie

Warstwa cienka jest ciągła, cienka i przyczepiona oraz zakrywa wszystko, co znajduje się pod nią.

Płyn cięciowy i smar do tłoczenia

Płyn cięciowy został zaprojektowany tak, aby przyczepiać się do metalu – właśnie ta właściwość utrudnia jego usunięcie. Część wyprodukowana metodą zimnego kształtowania jest pokryta smarem do tłoczenia, który częściowo mógł zostać upieczony w wyniku ciepła generowanego podczas procesu kształtowania. Oba te materiały wymagają odpowiedniej chemii i temperatury, zanim działanie strumienia będzie skuteczne – dlatego zimne płukanie w środowisku o niskiej temperaturze przy użyciu agresywnego strumienia często pozostawia warstwę cienką, którą można usunąć cieplejszym płukaniem przy umiarkowanym ciśnieniu.

Pasta polerska i olej ochronny

Środek do polerowania zawiera cząstki ścierne w spoiwie, więc łączy problem warstwy z problemem cząstek: spoiwo musi zostać rozpuszczone, zanim cząstki można usunąć przepłukaniem.

4. Klasa trzecia: produkty reakcji

Niektóre zanieczyszczenia powstają w trakcie samego procesu, w tym także podczas czyszczenia.

Nakładka, utlenianie i przebarwienia

Woda twarda pozostawia nakładkę na rich wymiennikach ciepła oraz na częściach, a aluminium utlenia się, tworząc warstwę powierzchniową, która może uwięzić zanieczyszczenia pod nią. Oba zjawiska usuwa się za pomocą środków chemicznych, a nie ciśnienia, a oba powracają, jeśli woda do płukania nie jest odpowiednio kontrolowana.

Resztki detergentu

Część, która wysycha z detergentem na powierzchni, przenosi rozpuszczone substancje stałe, które po odparowaniu wody pozostawiają białe lub plamiste ślady. Jest to awaria, którą najczęściej błędnie przypisuje się etapowi mycia, podczas gdy prawdziwą przyczyną jest płukanie: woda do płukania pobierana z zbiornika do mycia zawiera dokładnie te same składniki, co sama ciecz w zbiorniku.

5. Klasa czwarta: materiał jeszcze nie luźny

Ostrze (burr) to przytwierdzony metal, który w późniejszym czasie – zwykle po zaakceptowaniu części – staje się zanieczyszczeniem w postaci cząstek.

Dlaczego ostrze znajduje się na tej liście

Część oczyszczona bez usunięcia ostrzy może zostać uznana za czystą podczas kontroli, ale zawiedzie w użytkowaniu, gdy odłamek oderwie się i dostanie do obwodu olejowego. Traktowanie usuwania ostrzy jako osobnej operacji wykańczającej, a nie jako elementu kontroli zanieczyszczeń, umożliwia właśnie taką sekwencję zdarzeń.

Zagięte ostrza są gorsze niż ostre

Zużyta szczotka lub frez tworzy załam, zamiast go usunąć, pozostawiając fragment przytwierdzony cienką zawiasową częścią. Ten fragment przechodzi wizualną kontrolę, ale odłącza się później, przez co trwałość narzędzia staje się parametrem kontroli zanieczyszczeń, a nie szczegółem konserwacji.

6. Mapowanie klasy na proces

Gdy klasy są już oddzielone, lista etapów tworzy się sama, ponieważ każda klasa ma jeden działający mechanizm i kilka niewłaściwych.

7. Gdzie klasyfikacja zawodzi

Dwa sytuacje uniemożliwiają przyporządkowanie. Pierwsza to klasa, której nie można zidentyfikować bez laboratorium, np. warstwa, która może być smarem do rysowania lub inhibitory korozji naniesionym przez dostawcę. Druga to zanieczyszczenie zmieniające klasę w trakcie procesu, np. olej, który polimeryzuje się pod wpływem ciepła i staje się warstwą, której nie da się usunąć wyłącznie za pomocą środków chemicznych.

Obie sytuacje rozwiązuje testowanie na rzeczywistych częściach, a nie na czystych: zanieczyszczenie próbki rzeczywistym płynem procesowym i przepuszczenie jej przez maszynę to jedyny sposób ustalenia, z jaką klasą rzeczywiście ma do czynienia maszyna.

8. Klasa zmieniająca się w trakcie cyklu

Najbardziej kłopotliwy przypadek to zanieczyszczenie, które przy wejściu należy do jednej klasy, a przy wyjściu — do innej. Płyn cięciowy, który na etapie mycia tworzy warstwę cienką, może stać się wysuszoną pozostałością na etapie suszenia, jeśli płukanie go nie usunie; taka pozostałość zachowuje się wtedy jak produkt reakcji, a nie jak warstwa cienka. Objawem jest element, który nie spełnia limitu liczby cząstek, a nie limitu masy — co prowadzi dochodzenie w niewłaściwym kierunku.

Dlaczego liczy się suchy element

Pomiar wykonany na wilgotnym elemencie dotyczy właśnie wilgotnego elementu. Klient otrzymuje element suchy, a proces suszenia skupia wszystko, co zostało po płukaniu, w postaci stałej, z którą musi sobie poradzić kolejna operacja. Dlatego próbkę akceptacyjną pobiera się zwykle po suszeniu, a proces, który przechodzi test na wilgotnym elemencie, może nie przejść go na suchym — bez jakichkolwiek zmian na etapie mycia.

Praktyczną metodą ochrony jest pomiar obu stanów przy pierwszym elemencie: wynik mokry wskazuje, czego dokonał myjnik, a wynik suchy pokazuje, z jakim stanem będzie miał do czynienia kolejny etap procesu. Gdy oba wyniki się różnią, różnica stanowi etap płukania.

Najczęściej zadawane pytania

Czy jedna maszyna może obsługiwać wszystkie pięć klas?

Można ją zaprojektować tak, aby to robiła, i większość komórek produkcyjnych faktycznie tak działa: etap turbulencyjny, etap celowy, etap spłukiwania, etap płukania oraz etap suszenia. Nie jest jednak w stanie obsługiwać wszystkich tych etapów w jednym stopniu.

Którą klasę najczęściej pomija się?

Zawieszone drobiny. Wióry są widoczne, a warstwy cienkie łatwo wyczuć dotykiem, ale drobiny krążą w kąpieli i osadzają się na częściach, które były już czyste – dlatego klasa filtracji ma takie samo znaczenie jak etap mycia.

Czy zanieczyszczenia wbudowane w materiał są problemem czyszczenia?

Zazwyczaj nie. Cząstka wciskająca się w miękką powierzchnię nie wyjdzie bez usunięcia części tej powierzchni, co oznacza, że rozwiązanie leży w procesie obróbki skrawaniem, a nie w myjniku.

Dlaczego element uznany za poprawny ulega awarii po przekroczeniu kontroli?

Najczęściej jest to ostrze, które się oderwało, lub stałe składniki detergentu, które pojawiły się po odparowaniu wody. Oba te typy zanieczyszczeń są niewidoczne w chwili pomiaru.

Wniosek

Zanieczyszczenia klasyfikuje się według sposobu ich przyczepienia, ponieważ sposób przyczepienia określa mechanizm ich usuwania. Cząstki poruszają się razem z cieczą, warstwy cienkie reagują na działanie chemii, produkty reakcji wymagają płukania niezasilanego przez proces mycia, a ostrza wymagają użycia narzędzia.

Specyfikacja, która wymienia klasy zanieczyszczeń występujące na elemencie oraz określa dla każdej z nich maksymalny dopuszczalny poziom, daje dostawcy wytyczne do projektowania. Specyfikacja podająca jedynie pojedynczą wartość masy pozostawia bez odpowiedzi pytanie, które klasy zanieczyszczeń nie spełniają wymagań.