Inspecția alezajului capului de cilindru: scaunele supapelor, galeriile de ulei și problema rezoluției de 0,01 mm

Prezentare generală

Un cap de cilindru este inspectat din exterior în fiecare zi, dar tot eșuează din interior. Suprafețele care determină dacă un motor funcționează corect sunt cele pe care nimeni nu le vede: alezajele locașurilor supapelor, alezajele ghidurilor, găurile galeriilor de ulei și zona de tranziție unde o gaurire transversală se intersectează cu o galerie principală.

Big Bird Industrial (înainte Shimada Big Bird Industrial) a construit sisteme de curățare și inspecție pentru chiulase începând cu începutul anilor 2000, iar lecția repetată este aceeași în fiecare proiect: dacă alezajul nu este inspectat, procesul de curățare nu are nicio retroinformare. Acest articol acoperă ce trebuie inspectat în interiorul unei chiulase, de ce un endoscop nu poate suporta volumul de producție, care configurație optică se potrivește fiecărui alezaj și cum se formulează un criteriu de acceptare semnificativ.

1. Ce trebuie inspectat în interiorul unei chiulase

Domendiul de inspecție internă este mai restrâns decât piesa și mult mai dificil decât cel exterior. Patru caracteristici implică cea mai mare parte a riscului.

Orificiile pentru scaunele supapelor și gâtul de sub ele acumulează așchii și compus de lefuire în timpul prelucrării scaunelor. O așchiță apăsată pe fața scaunului devine o scurgere la compresie care apare doar în timpul testului la temperatură ridicată. Orificiile pentru ghidaje sunt adânci, mici și, de obicei, sunt verificate prin simț, nu prin măsurare. Găurile pentru galeriile de ulei transportă deșeuri provenite atât din operațiunile de prelucrare, cât și din cele de deburare, iar o singură gaură înfundată determină lipsa de ulei la un rulou al arborelui cu came. Intersecțiile găurilor transversale reprezintă cazul cel mai grav: burlanele se formează pe peretele opus, acolo unde niciun instrument nu ajunge, iar geometria le ascunde de orice vedere în linie dreaptă.

Aceste patru caracteristici au diametre diferite, adâncimi diferite și priorități diferite privind defectele, motiv pentru care o singură cameră montată pe un singur braț rareori acoperă întreaga chiulasă.

2. De ce un endoscop nu poate gestiona volumul de producție

Un endoscop este un instrument excelent pentru inginerie, dar un instrument slab pentru producție. Trei motive.

Primul este acoperirea. Un operator decide unde să caute. Doi operatori care folosesc aceeași piesă nu vor inspecta aceleași suprafețe, iar niciunul nu poate dovedi ulterior ce zone au fost acoperite.

Al doilea este judecata. O zgârietură, o gaură de nisip și o pată de reziduu arată similar pe un ecran mic. Fără un etalon de referință și fără o privire antrenată, decizia este subiectivă, iar rezultatul înregistrat este un cuvânt, nu o imagine.

Al treilea este debitul. Introducerea manuală, focalizarea și rotirea durează zeci de secunde pe fiecare orificiu, iar o piesă are multe orificii. Eșantionarea devine singura strategie economic viabilă, dar eșantionarea nu poate detecta o derivare a procesului care afectează o singură piesă din cincizeci.

3. Trei configurații optice și domeniile lor de aplicare

Inspecia inline a orificiilor este o familie de sisteme optice, nu un singur produs. Alegerea se bazează pe diametrul orificiului, adâncimea acestuia și dimensiunea defectelor care trebuie detectate.

Raportul dintre adâncime și diametru este numărul care determină fezabilitatea. O sondă care trebuie să atingă o adâncime egală cu diametrul său este un instrument diferit de cel care trebuie să atingă o adâncime de trei ori mai mare decât diametrul său. În practică, este raportul, nu diametrul, cel care limitează adâncimea maximă la care poate fi inspectată o galerie de ulei.

Iluminarea este la fel de importantă ca și obiectivul. Un perete al unui alezaj prelucrat este specular; un perete al unei galerii turnate este difuz. Primul necesită o iluminare controlată, care să nu provoace suprasaturație, iar al doilea necesită suficientă lumină pentru a evidenția textura. O sondă cu laser este atrăgătoare în primul caz, deoarece este în mare parte imună la lumina ambientală și la interferența LED-urilor, motiv pentru care apare în inspecția galeriilor, unde o reflexie puternică ar ascunde altfel un defect.

4. Clasele de defecțiuni și costurile lor ulterioare

Defectele care contează în interiorul unui cap sunt puține și specifice, iar acestea nu împart un singur număr de acceptare, deoarece consecințele lor diferă. Tratarea lor ca pe o singură categorie este motivul cel mai frecvent pentru care o specificație de inspecție devine fie prea strictă pentru a fi aplicată, fie prea laxă pentru a detecta ceva.

Microfisuri și obiecte străine

Cea mai frecventă constatare și cea mai ușor de înțeles. O microfisură pe fața unui scaun de supapă devine o scurgere de compresie care apare doar la testul la temperatură ridicată; o microfisură într-un canal blochează curgerea și duce la lipsa de lubrifiere a unui lagăr. Pragul de detectare este de obicei o dimensiune conturului în intervalul 0,25–0,5 milimetri, iar materialul este adesea de aceeași culoare cu peretele, motiv pentru care proiectarea iluminării este mai importantă decât mărirea.

Bavuri la intersecțiile găurilor transversale

Bururile se formează pe peretele îndepărtat al unei intersecții, unde niciun instrument nu ajunge și nici o vedere în linie dreaptă nu le poate observa. Acestea reprezintă un defect de fabricație, nu un defect de curățare, astfel încât îmbunătățirea sistemului de spălare nu va elimina bururile. Dacă procesul de deturare nu este sub control, sistemul de inspecție va raporta pur și simplu aceeași constatare pentru fiecare piesă până când se modifică procesul amonte.

Rănițuri și urme de zgârieturi pe pereții alezajelor

Acestea indică deteriorarea cauzată de manipulare sau o problemă legată de unelte, iar importanța lor depinde de poziție. O zgârietură care traversează o suprafață de rulare constituie un defect funcțional; aceeași zgârietură situată pe un perete al unei galerii nefuncționale poate fi doar cosmetică. Clasificarea ținând cont de poziție este, așadar, la fel de importantă ca și detectarea.

Găuri de nisip și porozitate

O problemă de turnare evidențiată prin prelucrare. Nici o modificare a curățării sau a deburării nu va remedia această problemă, iar decizia de rebut depinde de grosimea pereților și de faptul dacă defectul intersectează un circuit de presiune sau de ulei. Raportarea acestor defecțiuni separat de resturile de material liber permite începerea discuției cu turnătoria pe baza datelor, nu pe baza probelor.

Acesta este argumentul în favoarea clasificării defecțiunilor, nu doar a detectării lor. Un sistem care raportează separat obiecte străine, buruieni, zgârieturi, deformări și porozități oferă inginerului de proces elemente concrete pentru acțiune. Un sistem care raportează doar „acceptat” sau „respins” îi oferă doar o rată de respingere și un subiect de dezbatere.

5. Inspectia funcționează doar atunci când curățarea este controlată

Inspecia alezajului identifică ceea ce rămâne după curățare, astfel încât cele două procese trebuie proiectate împreună. O chiulasă curățată până la un prag de reziduuri de câțiva miligrama și apoi inspectată va evidenția un model stabil de defecțiuni. O chiulasă curățată fără a acorda atenție galeriilor de ulei va produce o explozie de constatări la prima inspecție, iar ulterior va părea acceptabilă, deoarece galeria deja a evacuat debris-ul său în baia de curățare.

Partea de curățare a aceleiași probleme este bine înțeleasă: curățarea cu etanșare prin dopuri forțează fluxul prin galerii, nu în jurul lor, iar curățarea direcționată sub presiune ridicată ajunge la peretele opus al unei găuri transversale. Când curățarea și inspecția sunt amplasate pe aceeași linie, rezultatul inspecției devine înregistrarea procesului de curățare, iar o derivă a reziduurilor se manifestă ca o modificare a constatărilor, nu ca o plângere din partea clientului.

6. Stabilirea criteriilor de acceptare

O specificație de inspecție pentru o chiulasă trebuie să răspundă la patru întrebări: ce se inspectează, la ce rezoluție, cu ce rată de nerecunoaștere și în ce timp. Orice variantă mai puțin completă face imposibilă acceptarea sau respingerea obiectivă a sistemului.

Un obiectiv realist de rezoluție pentru pereții galeriilor este un contur de defect în intervalul de la 0,25 la 0,5 milimetri, iar rezoluția optică fiind cu un ordin de mărime mai fină, astfel încât clasificarea să aibă ceva concret pe baza căruia să lucreze. Ratele de nerecunoaștere sub o zecime de procent sunt realizabile pe un set definit de defecte, dar acest set trebuie convenit înainte de testul de acceptare, nu după acesta.

Întrebări frecvente

Poate un singur palpator inspecta atât scaunele supapelor, cât și galeriile de ulei?

Rareori. Găurile pentru scaune sunt scurte și largi, iar galeriile sunt lungi și înguste, iar raportul cerut adâncime-pe-diametru diferă. Majoritatea capetelor sunt servite de două configurații pe o singură platformă, cu o schimbare de instrument între ele.

Reprezintă radiografia sau tomografia computerizată (CT) o alternativă?

Acestea răspund unei întrebări diferite. CT identifică porozitatea internă și golurile din material; inspecția optică a orificiilor detectează starea suprafeței și eventualele resturi mobile din interiorul canalelor. Pentru riscul de asamblare, vizualizarea suprafeței este, de obicei, cea directă.

Cum gestionează sistemul o galerie blocată?

O trecere blocată nu are nicio perete vizibil de inspectat, deci este de obicei detectată prin testarea debitului sau a presiunii, nu prin metode optice. Combinarea verificării debitului cu inspecția optică acoperă atât cazul blocării, cât și cel al reziduurilor.

Ce se întâmplă cu imaginile?

Acestea sunt stocate în legătură cu seria piesei, astfel încât o descoperire să poată fi revizuită ulterior. Aceasta este diferența practică dintre viziunea în linie și un endoscop: dovezi există și după încheierea schimbului.

Concluzie

Calitatea chiulaselor este evaluată în zonele cele mai dificil de observat. Alezajele pentru scaunele supapelor, alezajele pentru ghiduri și galeriile de ulei conțin deșeurile care provoacă scurgeri de compresie, lipsă de ulei și uzură a lagărelor arborelui cu came, iar acestea sunt exact suprafețele pe care inspecția manuală le acoperă cel mai puțin fiabil.

Secvența practică constă în definirea orificiilor, alegerea opticelor care le acoperă, stabilirea setului de defecțiuni și a ratei de nereușite înainte de instalare și plasarea sistemului în avalul unui proces de curățare care este, la rândul său, supus controlului. Dacă se execută în această ordine, inspecția orificiilor încetează să fie o barieră de calitate și devine o retroinformare privind procesul.