Зачистка и очистка распределительного вала: 66 секунд для двух деталей при 3 мг

Обзор

Распределительный вал — это длинный тонкий вал с рядом кулачковых профилей, обработанных с точностью до сотых долей миллиметра. После сверления он также представляет собой деталь с масляными отверстиями, пересекающими шейки, и заусенцами, расположенными точно там, где должно проходить масло.

Следовательно, удаление заусенцев с распределительного вала — это иная задача по сравнению с удалением заусенцев с блока или корпуса. Заусенец мал, однако поверхность рядом с ним — это готовый кулачковый профиль, и щётка или режущий инструмент, удаляющие заусенец при контакте с кулачком, превращают деталь в брак. Очистка тоже представляет собой иную задачу, поскольку масляные отверстия малы, а вал невозможно залить жидкостью снаружи.

Ячейка, описанная здесь, выполняет обе операции в одном корпусе за 66 секунд для двух деталей, удерживая массу каждой детали на уровне не более 3 мг. Компания Big Bird Industrial (ранее — Shimada Big Bird Industrial) с 2001 года разрабатывает и производит системы очистки и зачистки компонентов автомобильных силовых агрегатов; конфигурация этой ячейки ориентирована на промышленные линии по обработке распределительных валов, а не на лабораторные установки.

1. Чем распределительный вал отличается от других деталей

Две особенности выделяют распределительный вал среди прочих деталей, подвергаемых зачистке: он имеет вытянутую форму, а его функциональную поверхность трудно обработать без физического контакта.

Вытянутая деталь, подверженная прогибу

Распределительный вал, опирающийся на оба конца, прогибается под действием собственного веса и любой силы зажима. Это важно, поскольку зачистка требует физического контакта, а контакт с вытянутым валом изменяет геометрию, достигнутую при шлифовании. Чтобы сохранить профиль, вал следует опирать более чем в двух точках и применять инструменты с контролируемой силой, а не только с позиционным управлением.

Профиль является эталоном

На блоке поверхность рядом с заусенцем обычно представляет собой общую литейную поверхность с большим допуском. На распределительном валу поверхность рядом с заусенцем — это кулачок, и именно кулачок является основной функциональной частью детали. Каждый метод зачистки заусенцев оценивается по способности удалять материал с кромки без изменения соседней поверхности.

2. Фактическое расположение заусенцев

Заусенцы на распределительных валах концентрируются в небольшом числе мест, и каждое из них требует индивидуального подхода.

Пересечения масляных отверстий

Каждое просверленное масляное отверстие выходит в шейку или на боковую поверхность кулачка, а кромка выхода несёт заусенец внутри отверстия. Этот заусенец наиболее опасен для детали, поскольку он откалывается и попадает в поток масла, достигая рабочей поверхности подшипника. Он также наиболее труднодоступен, поскольку расположен внутри отверстия диаметром всего несколько миллиметров.

Кромки кулачков и шпоночные пазы

Боковые кромки обработанного кулачка имеют тонкое заусенце от шлифования, а шпоночный паз или посадочное место звёздочки — более массивное заусенце от фрезерования. Тонкое заусенце удаляется щёткой; для удаления более массивного требуется инструмент, и этот инструмент должен подходить к кромке под таким углом, чтобы не задевать боковую поверхность.

3. Зачистка заусенцев без контакта с профилем

Метод должен удалять материал с кромки, не затрагивая прилегающую поверхность; на распределительном валу эти две поверхности находятся на расстоянии нескольких миллиметров друг от друга.

Управление по силе вместо управления по положению

Робот, перемещаемый в заданную позицию, прижмёт щётку к кулачку с силой, определяемой величиной погрешности позиционирования. Робот с управлением по силе следует по кромке с заданной контактной силой, что обеспечивает постоянное прижатие щётки к заусенцу независимо от фактического положения обработанной поверхности. На тонком элементе эта разница определяет, будет ли распределительный вал зачищен или отправлен в брак.

Влажная зачистка в той же рабочей ячейке

Зачистка внутри очистной ячейки при полном затоплении операции позволяет улавливать частицы в жидкости, а не выпускать их в воздух. Для распределительного вала это имеет большее значение, чем для блока, поскольку частицы очень мелкие, а масляные каналы расположены в непосредственной близости от зоны работы щётки.

4. Очистка масляных каналов

Отверстие в распределительном валу для подачи масла малого диаметра, часто выполнено под углом и выходит на поверхность, которую необходимо сохранять чистой. Орошение вала снаружи увлажняет его, но не промывает отверстия.

Промывка через отверстие

Эффективный подход заключается в подаче жидкости непосредственно в отверстие так, чтобы она выходила через его выходное отверстие, унося с собой фрагмент заусенца. Для этого требуется насадка, плотно прилегающая к входному отверстию, либо штанга, проникающая внутрь, а также достаточное давление, чтобы переместить фрагмент вдоль стенки узкого канала.

Почему последовательность имеет значение

Промывка до удаления заусенцев — это потраченная впустую работа, поскольку именно процесс зачистки создаёт фрагменты. Промывка после зачистки, но до ополаскивания оставляет фрагменты внутри масляного отверстия до тех пор, пока ополаскивание не разбавит их. Рабочая последовательность: зачистка, промывка, ополаскивание, сушка; при этом промывка выполняется отдельной, предварительно отфильтрованной жидкостью, чтобы предотвратить попадание загрязнений с предыдущей детали.

5. Двухэтапный цикл продолжительностью 66 секунд

Ячейка обрабатывает два распределительных вала за цикл за 66 секунд, удерживая массу заготовки на уровне 3 мг или ниже. Обработка двух деталей за цикл — не случайное следствие габаритов станка: это обеспечивает баланс между временем зачистки и временем очистки, чтобы ни одна из стадий не ожидала завершения другой.

Почему комплектование эффективно для тонких деталей

Распределительный вал занимает небольшой объём по сравнению со своей длиной, поэтому камера, рассчитанная на один вал, в основном пуста. Загрузка двух валов, опирающихся на свои концы и размещённых с зазором между ними, позволяет полностью использовать этот объём без увеличения размеров камеры, что повышает производительность на единицу объёма герметичного корпуса, а не на единицу затраченной энергии.

Что определяет значение 66 секунд

Продолжительность цикла задаётся операцией зачистки, а не промывкой. Программа движения щётки, охватывающей несколько кулачков и выходных отверстий масляных каналов на двух валах, достаточно длительна; при этом стадии промывки короче стадии зачистки. Именно такое распределение времени объясняет, почему ячейка для распределительных валов выглядит иначе, чем ячейка для картеров, где доминирует промывка.

6. Подтверждение

Проверка распределительного вала состоит из двух этапов, которые часто путают: удаление заусенцев и обеспечение чистоты. Деталь может не иметь заусенцев, но не соответствовать предельно допустимой массе загрязнений, поскольку частицы, образовавшиеся при зачистке, остаются внутри масляного отверстия. Деталь может соответствовать предельно допустимой массе, но при этом всё ещё иметь заусенец, который оторвётся позже.

Практическая проверка включает визуальный осмотр указанных кромок под увеличением в сочетании с измерением внутренней поверхности масляного отверстия для подтверждения прохождения промывки «заподлицо». Проверка только внешней поверхности вала контролирует ту часть поверхности, которую заказчик никогда не увидит. На распределительном валу эти два вида проверки также выполняются в разное время: осмотр кромок можно провести на первой детали партии, а проверку промывки — на выборочных образцах из середины и конца партии, поскольку щётка изнашивается в процессе обработки партии, и это влияет на то, что попадает в отверстия.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли зачищать заусенцы с распределительных валов на том же станке, что и с блоков?

Редко в одном и том же цикле. Блок-ячейка использует высокое давление и большой расход на массивной части, тогда как распределительный вал требует инструментов с контролем силы для тонкой части. Они могут делить одно здание и философию фильтрации, но не одну камеру.

Как кулачок защищается от щётки?

Путём контроля силы контакта вместо позиции и выбора щётки с достаточной мягкостью, чтобы не оставить следов на шлифованной поверхности при этой силе. Эти два параметра подбираются совместно.

Является ли показатель 3 мг реалистичным для детали такой длины?

Да, если масляные отверстия промываются, а не распыляются, и если контур промывки сохраняется отдельным. Большинство отказов распределительных валов связаны с отверстиями, а не с внешней поверхностью.

Что ограничивает время цикла?

Программа заусенецоудаления. Обработка нескольких кулачков и выходов отверстий управляемым инструментом занимает больше времени, чем мойка той же детали — это противоположно линии обработки картеров.

Заключение

Расходование кулачкового вала производится по готовой поверхности, а не по шероховатой, и именно это ограничивает метод. Три решения, обеспечивающие работоспособность комбинированной ячейки: инструмент с контролем силы, работа в смазочной среде и промывка каждого масляного отверстия.

В техническом задании должны быть указаны: кромки, подлежащие зачистке; масляные отверстия, подлежащие промывке; предельный уровень чистоты и единица цикла. Ячейка для обработки кулачковых валов, заявленная как «две детали за цикл при длительности 66 секунд», сопоставима только при одновременном указании второго параметра. То же относится к ячейке, заявленной как «три миллиграмма», поскольку область, к которой относится это значение, столь же важна, как и само значение. Показатель, полученный на внешней поверхности вала, описывает иную часть, чем показатель, полученный внутри масляных отверстий.