Maszyna do czyszczenia główek cylindrowych: dwustanowiskowe czyszczenie płaszczy chłodniczych i kanałów olejowych

Przegląd

Głowa cylindra silnika zawiera gęstą sieć kanałów olejowych, kanałów powietrznych oraz płaszczów wodnych w stosunkowo zwartym elemencie.

W porównaniu z blokiem silnika głowa cylindra charakteryzuje się zwykle cieńszymi ściankami, wyższym zagęszczeniem otworów frezowanych oraz większą liczbą wzajemnie połączonych kanałów wewnętrznych. Sprawia to, że dostępność do czyszczenia, kontrola ciśnienia, suszenie oraz weryfikacja czystości są szczególnie istotne.

Kompletny proces czyszczenia głowy cylindra może więc wymagać kilku dedykowanych operacji czyszczących, a nie tylko ogólnego czyszczenia strumieniowego.

W niniejszym artykule omówiono cztery kluczowe jednostki procesowe czyszczenia głowy cylindra silnika wysokoprężnego, z szczególnym uwzględnieniem dwustanowowego czyszczenia płaszczy wodnych przy zablokowanym ciśnieniu oraz czyszczenia kanałów olejowych metodą wkładania .

1. Co czyni czyszczenie głowy cylindra wyjątkowym?

Głowa cylindra jest jednym z najbardziej strukturalnie zwartych elementów silnika wysokoprężnego.

Głowa cylindra sześciocylindrowego silnika wysokoprężnego może zawierać setki otworów i przewodów , z przewodami olejowymi, przewodami powietrznymi oraz płaszczami wodnymi rozłożonymi na stosunkowo ograniczonej przestrzeni.

Powstają w ten sposób trzy główne wyzwania związane z czyszczeniem.

1. Wiele wzajemnie połączonych przewodów

Przewody olejowe, powietrzne oraz chłodzącej wody są rozłożone w całym elemencie i mogą być ze sobą połączone.

Zanieczyszczenia usunięte z jednego miejsca mogą podczas czyszczenia przenieść się do innego obszaru.

Proces czyszczenia musi więc kontrolować zarówno przepływ cieczy, jak i odprowadzanie zanieczyszczeń.

2. Stosunkowo cienkie ściany

Głowice cylindrowe mają zazwyczaj cieńsze sekcje niż ciężkie bloki silników.

Dlatego ciśnienie czyszczące, punkty styku uchwytów oraz siły docisku muszą zostać starannie dobrano, aby uniknąć odkształcenia lub uszkodzenia.

3. Różne wymagania dotyczące czystości dla różnych obszarów

Czystość głowy cylindra jest często oceniana z wykorzystaniem różnych kryteriów akceptacji dla różnych obszarów.

Na przykład główna część głowy cylindra oraz kanały chłodzące mogą mieć różne wymagania dotyczące czystości i wielkości cząstek.

Urządzenie musi więc być zaprojektowane zgodnie z rzeczywistymi specyfikacjami kontroli, a nie traktować całej głowy cylindra jako jednolitego obszaru czyszczenia.

2. Cztery kluczowe jednostki procesowe do czyszczenia głowy cylindra

Typowy system czyszczenia głowy cylindra może łączyć cztery główne jednostki procesowe:

Turbulentne czyszczenie ogólne

Robot przemieszcza przedmiot roboczy przez komorę turbulencyjnego czyszczenia, zapewniając ogólną czystość powierzchni.

Ten proces usuwa zanieczyszczenia z powierzchni zewnętrznych oraz stosunkowo łatwo dostępnych otworów.

Czyszczenie z precyzyjnym pozycjonowaniem

Mały robot wyposażony w specjalny dyszowy moduł skupia się na poszczególnych otworach.

Może on dotrzeć do głębokich otworów oraz miejsc trudno dostępnych do skutecznego czyszczenia metodą ogólnego natrysku.

Czyszczenie wstawek kanałów olejowych

Wąskie dysze są wkładane bezpośrednio do kanałów olejowych.

Dysze poruszają się wzdłuż kanałów podczas rozpylania, dzięki czemu ciecz czyszcząca działa bezpośrednio na zanieczyszczenia przyczepione do ścian wewnętrznych kanałów.

Czyszczenie z zablokowaniem ciśnienia w płaszczu chłodniczym

Otwory płaszcza chłodniczego są uszczelniane za pomocą dedykowanego sprzętu, po czym ciecz czyszcząca jest wprowadzana pod ciśnieniem do jamy wewnętrznej.

Powstaje w ten sposób intensywniejsza cyrkulacja w płaszczu chłodniczym, co ułatwia usunięcie piasku odlewniczego oraz innych pozostałości.

Przedstawicielski układ głowy cylindra sześciocylindrowego silnika wysokoprężnego

Przedstawicielska robota do czyszczenia głów cylindrów łączy w sobie:

Czyszczenie turbulentne za pomocą robota → Czyszczenie z precyzyjnym pozycjonowaniem → Czyszczenie wstawek kanałów olejowych → Czyszczenie z zablokowaniem ciśnienia w płaszczu chłodniczym na dwóch stanowiskach

System wykorzystuje ruchome taśmy transportowe z wałkami do załadunku i rozładunku.

Kluczowe parametry

• Czas cyklu: 209 sekund/sztuka
• Załadunek/rozładunek: Przenośny rolkowy przekładnik
• Czyszczenie: Robotyczne obsługiwane uchwyty przedmiotów
• Czyszczenie płaszcza wodnego: Dwustanowiskowe czyszczenie z zablokowaniem pod ciśnieniem
• Czyszczenie kanałów olejowych: Czyszczenie przez wkładanie
• Suszono: Celowe dmuchanie robota + wtórne mechaniczne dmuchanie + suszenie próżniowe
• Chłodzenie: Chłodzenie zimnym powietrzem przed rozładowaniem

3. Dlaczego stosować dwa stanowiska czyszczenia płaszcza wodnego?

Płaszcz wodny to duża wnęka wewnętrzna powstająca w trakcie odlewania.

Może zawierać znaczne ilości pozostałości piasku formierskiego oraz innych zanieczyszczeń pochodzących z procesu odlewania.

Pojedyncza operacja blokowania ciśnienia i przemywania nie zawsze zapewnia wystarczające pokrycie czyszczenia.

Akonfiguracja dwustanowiskowa zapewnia dwie kolejne operacje czyszczenia koszulki wodnej.

W zależności od komponentu i projektu procesu oba stanowiska można skonfigurować tak, aby:

• Wykonywały przemywanie grube i precyzyjne sekwencyjnie
• Obejmowały różne obszary koszulki wodnej
• Zwiększały czas ekspozycji podczas czyszczenia
• Poprawiały stabilność procesu dla komponentów o wysokim stopniu osadów

Tego typu nadmiarowość procesu może być szczególnie przydatna w przypadku odlewanych główek cylindrowych.

Pozostały piasek odlewniczy to nie tylko kwestia estetyczna. Jeśli cząstki pozostają w układzie chłodzenia i później odrywają się podczas pracy silnika, mogą zakłócać obieg chłodzenia.

Dokładne ciśnienie, przepływ, metodę uszczelniania oraz kolejność stacji należy określić poprzez walidację procesu dostosowaną do konkretnego komponentu.

4. Dwa różne kryteria akceptacji czystości

Reprezentatywna aplikacja czyszczenia sześciocylindrowej głowy cylindra silnika wysokoprężnego wykorzystuje dwie grupy kryteriów czystości.

Korpus głowy cylindra

Obejmuje to obszary takie jak:

• Powierzchnie wewnętrzne i zewnętrzne
• Kanały powietrzne
• Gniazda wałka rozrządu
• Otwory gwintowane
• Inne określone obszary

Czystość: ≤220 mg

Wielkość cząstek: ≤1,2 mm

Kanały wodne

Czystość: ≤700 mg

Wielkość cząstek: ≤2,4 mm

Różnica między tymi dwoma specyfikacjami odzwierciedla różne cechy funkcjonalne oraz objętości wewnętrzne obu obszarów.

Korpus głowy cylindra obejmuje powierzchnie związane z precyzją oraz kanały funkcyjne, w których pozostała zanieczyszczenia mogą wywierać bardziej bezpośredni wpływ.

Obudowa chłodnicy (water jacket) ma większą objętość wewnętrzną i może zawierać większą początkową ilość pozostałości po odlewaniu.

W przypadku zakupu sprzętu umowa techniczna powinna jednoznacznie określać:

• Granice poszczególnych obszarów kontroli
• Metoda pobierania próbek
• Metoda ekstrakcji
• Pomiary czystości
• Pomiary wielkości cząstek
• Kryteria akceptacji

5. Główki cylindrów do samochodów osobowych mają różne wymagania

Wymagania dotyczące główek cylindrowych do pojazdów osobowych mogą być znacznie surowsze ze względu na wyższe tempo produkcji oraz bardziej rygorystyczne specyfikacje czystości.

Przykładowe wymagania dotyczące czyszczenia główek cylindrowych do pojazdów osobowych określają:

• Czystość układu olejowego: ≤16 mg
• Czystość płaszcza chłodzącego: ≤10 mg
• Wielkość cząstek w otworze olejowym VCT: ≤300 μm
• Suszono: Stosunkowo sucha zewnętrzna powierzchnia
• Kanały olejowe: Brak wody lub cieczy myjącej w postaci pozostałości
• Temperatura: Temperatura powierzchni przedmiotu obrabianego w zakresie ±2°C w stosunku do temperatury otoczenia

To ilustruje ważny aspekt przy wyborze sprzętu do czyszczenia:

Nie istnieje uniwersalna specyfikacja czyszczenia główek cylindrowych.

Konfigurację maszyny należy opracować zgodnie z rzeczywistym komponentem, objętością produkcji, umową dotyczącą czystości oraz metodą kontroli.

6. Jak wybrać maszynę do czyszczenia główek cylindrowych

1. Zaczynaj od specyfikacji czystości

Najpierw ustal, czy klient ocenia osobno korpus główki cylindrowej oraz kanały chłodzące.

Jeśli różne obszary wymagają różnej czystości, mogą być konieczne dedykowane procesy, takie jak czyszczenie przez wkładanie lub czyszczenie pod zablokowanym ciśnieniem.

Metodę inspekcji należy określić przed ostatecznym dobraniem konfiguracji maszyny.

2. Oceń wymagany czas cyklu

Takt produkcji ma istotny wpływ na architekturę urządzenia.

Dla główek cylindrowych do samochodów osobowych typowy czas cyklu może wynosić 46 sekund/szt. .

Taka wysoka wydajność może wymagać działania wielu robotów równolegle.

Dla komercyjnej głowy cylindra zasilanej olejem napędowym typowym czasem cyklu jest 209 sekund/sztuka , umożliwiając inną konfigurację łączącą manipulację przedmiotami roboczymi przez roboty z mniejszymi robotami przeznaczonymi do celowego czyszczenia.

Odpowiednia konfiguracja zależy od rzeczywistych wymagań produkcyjnych, a nie wyłącznie od dążenia do najkrótszego możliwego cyklu.

3. Kontrola odkształceń

Głowy cylindrów mogą zawierać stosunkowo cienkie przekroje.

Projekt uchwytu powinien zapewniać odpowiednie podparcie i unikać nadmiernych, lokalizowanych sił docisku.

Ciśnienie czyszczące również powinno być dopasowane do struktury komponentu.

Kontrola temperatury stanowi kolejny aspekt do rozważenia, ponieważ duże różnice temperatur mogą przyczyniać się do odkształceń termicznych.

4. Rozważ liczbę i rozmieszczenie otworów

Głowa cylindra może zawierać setki otworów oraz połączone ze sobą kanały.

Liczba i położenie tych cech mają bezpośredni wpływ na:

• Programowanie robotów
• Ilość dysz
• Wymagania dotyczące wymiany narzędzi
• Czas cyklu czyszczenia
• Projektowanie uchwytów

Te czynniki należy obliczyć w trakcie planowania procesu, a nie po ustaleniu architektury maszyny.

5. Ocena systemu suszenia

Suszenie ma szczególne znaczenie, gdy specyfikacja czystości wymaga, aby wewnętrzne kanały nie zawierały żadnej pozostałości wody ani cieczy do czyszczenia.

Kombinacja:

Skierowane odpowietrzanie + mechaniczne odpowietrzanie + suszenie próżniowe

może obejmować zarówno powierzchnie zewnętrzne, jak i trudno dostępne kanały wewnętrzne.

Suszenie próżniowe jest szczególnie przydatne tam, gdzie pozostałą ciecz trudno usunąć wyłącznie za pomocą konwencjonalnego odpowietrzania powietrzem.

7. W jaki sposób czyszczenie kanałów olejowych w głowicy cylindra różni się od czyszczenia bloku silnika?

Podstawowa zasada jest podobna:

Wprowadza się dyszę do kanału i bezpośrednio czyści ściany wewnętrzne.

Jednak konfiguracja sprzętu nie musi być taka sama.

Kanały olejowe w głowicy cylindra są często krótsze i mają więcej gałęzi.

Główne kanały olejowe w bloku silnika mogą być dłuższe i bardziej ciągłe.

Dlatego następujące parametry należy zaprojektować zgodnie z rzeczywistym kształtem danego elementu:

• Średnica dyszy
• Głębokość wstawienia
• Ścieżka ruchu dyszy
• Liczba dysz
• Ciśnienie czyszczenia
• Wskaźnik przepływu
• Kolejność czyszczenia kanałów

Zasadnicza zasada jest taka sama, ale tor ruchu dyszy oraz konfiguracja sprzętu muszą uwzględniać rzeczywisty kształt kanałów.

Często zadawane pytania

Dlaczego kanał chłodzący w głowicy cylindra wymaga czyszczenia z zastosowaniem zablokowania ciśnienia?

Kanał chłodzący to odlewana wnęka wewnętrzna o stosunkowo ograniczonych otworach.

Konwencjonalne zewnętrzne czyszczenie strumieniowe może nie zapewnić wystarczającej cyrkulacji cieczy w całej wnęce.

Czyszczenie z zastosowaniem zablokowania ciśnienia uszczelnia odpowiednie otwory i zmusza płyn czyszczący do przepływu przez kanał chłodzący, co ułatwia usunięcie piasku odlewniczego oraz innych pozostałości z wnęki.

Dlaczego dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń mogą się różnić dla głowicy cylindra jako całości i dla jej kanału chłodzącego?

Oba te obszary pełnią różne funkcje, mają różną geometrię oraz różną objętość wewnętrzną.

Głowica cylindra zawiera obszary funkcyjne i precyzyjne, takie jak kanały powietrzne, kanały olejowe, otwory wałka rozrządu oraz powierzchnie frezowane.

Kanał chłodzący to większa wnęka odlewana, która może początkowo zawierać wyższy poziom pozostałości odlewniczych.

Dlatego różne kryteria akceptacji mogą być uzasadnione.

Ostateczne wartości zawsze należy ustalać zgodnie ze specyfikacją czystości klienta.

W jaki sposób można kontrolować odkształcenie głowy cylindra podczas czyszczenia?

Należy zwrócić szczególną uwagę na trzy obszary:

1. Projektowanie uchwytów — stosować odpowiednie wielopunktowe podparcie i unikać nadmiernego lokalnego docisku.
2. Ciśnienie czyszczenia — ustalać ciśnienie zgodnie z grubością ścianki i konstrukcją elementu.
3. Kontrola temperatury — unikać nadmiernych różnic temperatur, które mogą prowadzić do odkształceń termicznych.

Dla typowego zastosowania głowy cylindra w pojeździe osobowym wymagana temperatura powierzchni wynosi w zakresie maksymalnie 2 °C od temperatury otoczenia .

Czy czyszczenie kanałów olejowych w głowie cylindra jest takie samo jak czyszczenie kanałów olejowych w bloku silnika?

Podstawowa zasada czyszczenia przez wkładanie jest taka sama, ale konfiguracja sprzętu różni się.

Kanały olejowe w głowie cylindra mogą być krótsze i posiadać więcej gałęzi, podczas gdy główne kanały olejowe w bloku silnika mogą być dłuższe i bardziej ciągłe.

Projekt dysz i torów ich ruchu należy więc opracować na podstawie rzeczywistych rysunków komponentu.

Dlaczego do główek cylindrowych stosuje się suszenie pod próżnią?

Zewnętrzne powierzchnie można często osuszać za pomocą konwencjonalnego dmuchania powietrzem, ale woda i płyn czyszczący mogą pozostawać w głębokich lub zamkniętych kanałach.

Suszenie pod próżnią pomaga usunąć pozostałą ciecz z trudno dostępnych obszarów wewnętrznych.

Jest szczególnie przydatne, gdy specyfikacja czystości wymaga, aby kanały olejowe lub inne otwory wewnętrzne nie zawierały żadnej pozostałości wody ani płynu czyszczącego.

Wniosek

Czyszczenie głowy cylindra wymaga bardziej skierowanej architektury procesu niż proste czyszczenie przez rozpylanie.

Reprezentatywny system czyszczenia sześciocylindrowej głowy cylindra silnika wysokoprężnego łączy turbulentne czyszczenie ogólne, czyszczenie z precyzyjnym pozycjonowaniem, czyszczenie kanałów olejowych za pomocą wkładanych narzędzi oraz czyszczenie przestrzeni wody chłodzącej przy zablokowaniu ciśnienia na dwóch stanowiskach , a następnie wielostopniowe dmuchanie, suszenie pod próżnią i chłodzenie.

Kluczem do wyboru odpowiedniego urządzenia nie jest jedynie ciśnienie czyszczenia ani czas cyklu.

Urządzenie powinno być zaprojektowane wokół geometria przepływu, struktura otoczki wodnej, grubość przedmiotu obrabianego, kryteria akceptacji czystości, ograniczenia wielkości cząstek, takt produkcji oraz wymagania suszenia .

Big Bird Industrial opracowuje systemy czyszczenia główek cylindrowych na podstawie konkretnych rysunków komponentów i specyfikacji czystości, w tym konfiguracji przeznaczonych do zastosowań w silnikach wysokoprężnych stosowanych w pojazdach ciężarowych oraz silnikach do pojazdów osobowych.