Maszyna do czyszczenia wału korbowego: czyszczenie kanałów olejowych pod ciśnieniem 50 MPa oraz kontrola czystości ukośnych otworów olejowych

Abstrakcja

Całe wyzwanie związane z czyszczeniem wałów korbowych koncentruje się na czyszczeniu głębokich, ukośnych otworów olejowych. W niniejszym artykule omawia się mechanizm osadzania się zanieczyszczeń w ukośnych otworach olejowych, analizuje się zasadę działania oraz logikę doboru ciśnienia w procesie czyszczenia pod wysokim ciśnieniem z wtryskiem, a także porównuje trzy rozwiązania do czyszczenia wałów korbowych: czyszczenie pod wysokim ciśnieniem przeznaczone dla głównych powierzchni oporowych wałów korbowych stosowanych w pojazdach ciężarowych, celowe czyszczenie pod wysokim ciśnieniem przeznaczone dla wałów korbowych stosowanych w pojazdach osobowych oraz elastyczne czyszczenie ultradźwiękowe.

Słowa kluczowe

Maszyna do czyszczenia wałów korbowych, maszyna do czyszczenia wałów korbowych pod wysokim ciśnieniem, czyszczenie ukośnych otworów olejowych, czyszczenie kanałów olejowych, czyszczenie wałów rozrządu, czystość wałów korbowych, wielkość cząstek

I. Ukośne otwory olejowe: całe wyzwanie związane z czyszczeniem wałów korbowych

Zewnętrzna struktura wału korbowego jest stosunkowo prosta. Główne powierzchnie oporowe i powierzchnie oporowe łączące są powierzchniami obrotowymi, a ich czyszczenie nie stanowi dużego wyzwania. Prawdziwym wyzwaniem są ukośne otwory olejowe: aby dostarczyć olej smarowy z głównych powierzchni oporowych do powierzchni oporowych łączących, w wałach korbowych wiercone są nachylone kanały przeznaczone do przepływu oleju. Te otwory charakteryzują się małym średnicą, dużą długością oraz zakrętami.

Ubytek metalu i ostrza powstałe podczas obróbki maszynowej mają tendencję do osadzania się na ściankach i w narożnikach ukośnych otworów olejowych, a tradycyjne czyszczenie strumieniowe w ogóle nie jest w stanie ich dotrzeć. Jeśli ubitek pozostanie w kanałach olejowych, po montażu będzie krążył w układzie smarowania, uszkadzając łożyska i powierzchnie oporowe, co może mieć poważne skutki. Dlatego kluczowym elementem czyszczenia wału korbowego jest czyszczenie ukośnych otworów olejowych.

II. Zasada czyszczenia przez wtrysk pod wysokim ciśnieniem

Wysokociśnieniowe czyszczenie przez wstrzykiwanie polega na wprowadzeniu cienkiego dyszki do przewodu olejowego i ciągłym strumieniu wysokociśnieniowej wody podczas przesuwania dyszki wzdłuż osi otworu. Siła uderzeniowa i działanie nośne strumienia wody usuwają osady z wnętrza otworu.

Proces ten jest skuteczny wyłącznie wtedy, gdy spełnione są trzy warunki: średnica zewnętrzna dyszki odpowiada średnicy otworu, zapewniając gładkie wprowadzanie dyszki oraz utrzymując pierścieniowy przepływ zwrotny podczas strumieniowania; ciśnienie jest wystarczające do odparowania osadów ze ścianki otworu, ale nie przekracza wytrzymałości otworu i jego ścianek; zakres ruchu dyszki obejmuje cały przewód olejowy, w tym zakręty i sekcje wyjściowe.

III. Porównanie rozwiązań dla różnych wałów korbowych

• Wał korbowy silnika wysokoprężnego o sześciu cylindrach przeznaczonego do pojazdów komercyjnych : Załadunek za pomocą robota portalowego, wstępne czyszczenie całkowite metodą natryskową, celowe czyszczenie przedmiotu obrabianego przy użyciu robota, czyszczenie kanałów olejowych pod ciśnieniem 50 MPa, płukanie, osuszanie przedmiotu obrabianego przy użyciu sprężonego powietrza (przy użyciu robota) oraz suszenie próżniowe, chłodzenie w systemie klimatyzacyjnym do temperatury nie przekraczającej ±5 °C temperatury otoczenia. Czas cyklu: 180 sekund, ogólna czystość ≤30 mg, wielkość cząstek ≤600 μm, suchość: brak pozostałości na powierzchniach wałków.

• Wał korbowy do pojazdów osobowych : Wysokociśnieniowa maszyna do czyszczenia typu lift-and-step, załadunek za pomocą robota portalowego, transport typu lift-and-step, czyszczenie całkowite oraz celowe czyszczenie pod wysokim ciśnieniem, osuszanie obrotowe strumieniem sprężonego powietrza, poziomy transfer manipulatorem, chłodzenie w systemie klimatyzacyjnym. Wymiary: 8 m × 5 m × 4 m, czas cyklu: 60 sekund/sztuka, czystość ≤8 mg, wielkość cząstek ≤500 μm, suchość: brak pozostałości na powierzchniach wałków, temperatura przedmiotu obrabianego ≤ ±5 °C temperatury otoczenia.

• Elastyczne czyszczenie wałów korbowych : Ogólna czyszczenie ultradźwiękowe w połączeniu z celowanym wysokociśnieniowym czyszczeniem wodą, płukaniem, suszeniem oraz suszeniem próżniowym, chłodzeniem klimatyzacyjnym do temperatury wyładunku przedmiotu roboczego ≤ temperatura pokojowa ±5 °C. Zgodny z wałkami korbowymi cztero- i sześciocylindrowymi, wysokociśnieniowym czyszczeniem głównych powierzchni oporowych, automatyczną wymianą dysz oraz kompatybilnością z wieloma typami części. Wymiary: 11 m × 9 m × 4,5 m, czas cyklu: 180 s/szt., ogólna czystość ≤30 mg, suchość: brak śladów wody na powierzchniach oporowych i w kanałach, rozmiar cząstek ≤600 μm.

Trzy rozwiązania odzwierciedlają różne priorytety: rozwiązanie dla pojazdów ciężarowych podkreśla ciśnienie i głębokie czyszczenie kanałów olejowych; rozwiązanie dla pojazdów osobowych podkreśla czas cyklu i wydajność transportu; rozwiązanie elastyczne podkreśla kompatybilność z różnorodnością części i automatyczną wymianę dysz.

IV. Czyszczenie i usuwanie wykańczania wałków rozrządu

Wały rozrządowe i wały korbowe to oba części w kształcie wałów, ale oprócz otworów olejowych wały rozrządowe mają również kopytka wału rozrządowego, które wymagają obróbki. Na przykład maszyna robota elastycznego do wyburzania i czyszczenia wałów rozrządowych usuwa zacieki z otworów olejowych i kopytek wału rozrządowego. Czyszczenie obejmuje czyszczenie pod wysokim ciśnieniem przez wstawianie do otworów olejowych, czyszczenie ogólne oraz czyszczenie pod wysokim ciśnieniem powierzchni zewnętrznych. Suszenie odbywa się metodą dmuchania powietrzem oraz suszenia próżniowego. Czas cyklu: model A – 66 sekund/2 sztuki, modele B, C, D, E – 78 sekund/2 sztuki. Załadunek i rozładunek za pomocą robota portalowego, ogólna czystość <3 mg, wielkość cząstek <300 μm, suchy: całkowicie suchy.

Rozwiązanie dla wałów rozrządowych ma znacznie surowsze specyfikacje niż dla wałów korbowych: czystość <3 mg, wielkość cząstek <300 μm. Powodem jest mniejszy przekrój otworów olejowych w wałach rozrządowych oraz ich większa wrażliwość na wielkość cząstek; ponadto dokładność powierzchni styku pomiędzy kopytkami wału rozrządowego a tłoczyskami jest bardzo wysoka.

V. Kluczowe punkty przy wyborze sprzętu do czyszczenia wałów korbowych

• Typ wału korbowego czterocylindrowy lub sześciocylindrowy, pojazd osobowy lub pojazd komercyjny – określa specyfikację wyposażenia i czas cyklu.

• Parametry kanału olejowego średnica otworu, długość oraz liczba zakrętów określają typ dyszy wstawianej i ciśnienie czyszczenia.

• Cele specyfikacji czystość mieści się w zakresie od ≤3 mg do ≤30 mg, rozmiar cząstek – od 300 μm do 600 μm; parametry te decydują bezpośrednio o długości łańcucha procesowego.

• Zgodność z różnorodnością modeli w przypadku produkcji mieszanej należy uwzględnić możliwość automatycznej wymiany dysz oraz przełączania programów.

• Kontrola temperatury części wałkowe są wrażliwe na temperaturę i zwykle wymagają schłodzenia do zakresu temperatury pokojowej ±5 °C.

Często zadawane pytania

Dlaczego czyszczenie kanałów olejowych wału korbowego wymaga tak wysokiego ciśnienia jak 50 MPa?

A: Ukośne otwory olejowe mają małe średnice, długie trasy i zakręty, a osadzające się zanieczyszczenia przyczepiają się mocno. Niskie ciśnienie nie generuje wystarczającej siły uderzeniowej wewnątrz otworu, aby oderwać i wypchnąć te zanieczyszczenia. 50 MPa to typowa konfiguracja dla wałów korbowych sześciocylindrowych silników wysokoprężnych stosowanych w pojazdach komercyjnych. Rzeczywiste ciśnienie musi być dopasowane do średnicy, głębokości i materiału otworu; nadmierne ciśnienie może uszkodzić otwór.

Q: Jaka jest różnica między czystością wału korbowego ≤8 mg a ≤30 mg?

A: Wartość ≤8 mg dotyczy wałów korbowych stosowanych w pojazdach osobowych, natomiast ≤30 mg – w pojazdach komercyjnych. Różnica wynika głównie ze struktury części oraz wymagań producentów OEM. Wały korbowe do pojazdów osobowych są mniejsze, mają krótsze kanały olejowe i niższy poziom pozostałości podstawowych, co umożliwia surowsze limity. Wały korbowe do pojazdów komercyjnych są większe i mają większą objętość kanałów olejowych, dlatego wartości bezwzględne są stosunkowo luźniejsze. Oba typy muszą jednocześnie spełniać odpowiednie specyfikacje dotyczące wielkości cząstek.

P: Dlaczego kontroluje się temperaturę przedmiotu po czyszczeniu wału korbowego?

O: Wały korbowe to precyzyjne części w kształcie wałów. Odchylenie temperatury od temperatury pokojowej wpływa na wyniki kolejnych pomiarów wymiarowych oraz na dopasowanie podczas montażu. Ponadto wysoka temperatura przyspiesza nieregularne parowanie pozostałości wilgoci na powierzchni, co może prowadzić do powstania śladów wodnych. Dlatego wyposażenie do czyszczenia wałów korbowych zwykle zawiera proces chłodzenia za pomocą klimatyzacji, aby przywrócić temperaturę przedmiotu do zakresu ±5 °C w stosunku do temperatury pokojowej.

P: Czy wały rozrządowe i wały korbowe można czyścić na tej samej maszynie?

O: Oba te elementy to części w kształcie wałów i działają na podobnych zasadach, jednak wały rozrządowe mają tzw. kuleczki rozrządowe oraz wymagają usuwania wykańczania (deburring), podczas gdy wały korbowe wymagają szczególnie dokładnego czyszczenia głębokich, ukośnych otworów olejowych. Konfiguracje procesów nie są więc całkowicie identyczne. W rzeczywistych projektach zaprojektowano je najczęściej osobno dla każdej z tych części albo zastosowano elastyczny model, który umożliwia kompatybilność poprzez przełączanie programów i automatyczną wymianę dysz.