การขจัดเศษโลหะและทำความสะอาดเพลาลูกเบี้ยว: ใช้เวลา 66 วินาทีสำหรับชิ้นส่วน 2 ชิ้น ที่ความเข้มข้น 3 มิลลิกรัม

ภาพรวม

เพลาลูกเบี้ยวคือเพลาทรงยาวเรียวที่มีส่วนนูนหลายส่วนซึ่งผ่านกระบวนการขัดจนได้ความแม่นยำถึงร้อยละหนึ่งของมิลลิเมตร นอกจากนี้ หลังการเจาะรูแล้ว ชิ้นส่วนนี้ยังมีรูสำหรับน้ำมันที่ตัดผ่านตำแหน่งแบริ่ง และมีเศษโลหะเกิดขึ้นบริเวณรอยต่อพอดีกับเส้นทางที่น้ำมันต้องไหลผ่าน

ดังนั้น การกำจัดเศษโลหะจากเพลาลูกเบี้ยวจึงเป็นโจทย์ที่ต่างออกไปเมื่อเทียบกับการกำจัดเศษโลหะจากบล็อกหรือฝาครอบ เศษโลหะอาจมีขนาดเล็ก แต่พื้นผิวที่อยู่ติดกับเศษโลหะคือพื้นผิวที่ผ่านการขัดแต่งเรียบร้อยแล้ว ดังนั้น หากใช้แปรงหรือเครื่องตัดในการกำจัดเศษโลหะแล้วสัมผัสกับส่วนนูนโดยไม่ตั้งใจ ก็จะทำให้ชิ้นส่วนนั้นกลายเป็นของเสีย ในขณะเดียวกัน การทำความสะอาดก็เป็นโจทย์ที่ท้าทายเช่นกัน เพราะรูสำหรับน้ำมันมีขนาดเล็กมาก และไม่สามารถทำความสะอาดเพลาได้ด้วยการราดน้ำมันจากภายนอก

เซลล์ที่อธิบายไว้ที่นี่สามารถทำทั้งสองอย่างพร้อมกันในห้องเดียวกันภายในเวลา 66 วินาทีสำหรับชิ้นส่วนสองชิ้น โดยรักษาน้ำหนักของชิ้นส่วนให้อยู่ที่หรือต่ำกว่า 3 มิลลิกรัม Big Bird Industrial (ก่อนหน้านี้ชื่อ Shimada Big Bird Industrial) ได้ผลิตระบบทำความสะอาดและขจัดเศษโลหะสำหรับชิ้นส่วนระบบขับเคลื่อนยานยนต์มาตั้งแต่ปี ค.ศ. 2001 และการจัดวางระบบดังกล่าวออกแบบให้สอดคล้องกับสายการผลิตเพลาลูกเบี้ยว ไม่ใช่การจัดวางแบบห้องปฏิบัติการ

1. อะไรที่ทำให้เพลาลูกเบี้ยวแตกต่างออกไป

มีคุณสมบัติสองประการที่ทำให้เพลาลูกเบี้ยวต่างจากงานขจัดเศษโลหะประเภทอื่น คือ มีลักษณะเรียวบาง และพื้นผิวที่ใช้งานจริงเข้าถึงได้ยากโดยไม่สัมผัส

ชิ้นส่วนที่เรียวบางซึ่งเกิดการโก่งตัว

เพลาลูกเบี้ยวที่รองรับทั้งสองปลายจะเกิดการโก่งตัวภายใต้น้ำหนักตัวเองและแรงยึดจับใดๆ ซึ่งมีความสำคัญเพราะการขจัดเศษโลหะจำเป็นต้องสัมผัสพื้นผิว และการสัมผัสบนเพลาที่เรียวบางจะเปลี่ยนรูปร่างที่ถูกเจียรมาอย่างแม่นยำ ดังนั้น การรองรับเพลาที่มากกว่าสองจุด พร้อมทั้งใช้เครื่องมือที่ควบคุมแรงอย่างแม่นยำ แทนที่จะควบคุมเฉพาะตำแหน่งเพียงอย่างเดียว จึงเป็นสิ่งที่ช่วยรักษาโปรไฟล์ให้คงเดิม

โปรไฟล์คือเกณฑ์อ้างอิง

บนบล็อก ผิวที่อยู่ติดกับร่องหยาบมักเป็นผิวหล่อทั่วไปที่มีค่าความคลาดเคลื่อนยอมรับได้สูง แต่บนเพลาลูกเบี้ยว ผิวที่อยู่ติดกับร่องหยาบคือส่วนลูกเบี้ยว (lobe) ซึ่งก็คือเหตุผลหลักที่ชิ้นส่วนนี้มีอยู่ ดังนั้น วิธีการขจัดร่องหยาบทุกวิธีจึงต้องประเมินจากความสามารถในการกำจัดวัสดุบริเวณขอบโดยไม่เปลี่ยนแปลงลักษณะของผิวที่อยู่ติดกัน

2. ตำแหน่งที่ร่องหยาบเกิดขึ้นจริง

ร่องหยาบบนเพลาลูกเบี้ยวมักสะสมอยู่ที่ตำแหน่งจำนวนน้อย และแต่ละตำแหน่งจำเป็นต้องใช้วิธีจัดการที่ต่างกัน

จุดตัดของรูหล่อลื่น

รูหล่อลื่นทุกรูที่เจาะจะเปิดออกสู่พื้นผิวของ journal หรือด้านข้างของ lobe โดยขอบปลายรูที่เปิดออกนั้นจะมีร่องหยาบอยู่ภายในรู ร่องหยาบชนิดนี้ถือว่าเป็นอันตรายที่สุดต่อชิ้นส่วน เนื่องจากอาจหลุดลอกเข้าสู่กระแสไหลของน้ำมันและไปตกกระทบพื้นผิวแบริ่ง นอกจากนี้ยังเป็นร่องหยาบที่เข้าถึงได้ยากที่สุด เพราะตั้งอยู่ภายในรูที่อาจมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียงไม่กี่มิลลิเมตร

ขอบของ lobe และร่องใส่กุญแจ

ขอบข้างของลูกเบี้ยวที่ผ่านการกลึงมีเศษโลหะบางๆ ติดอยู่จากกระบวนการขัดเงา และร่องใส่กุญแจหรือร่องจับเฟืองมีเศษโลหะหนากว่าจากกระบวนการกัด เศษโลหะบางๆ สามารถกำจัดออกได้ด้วยแปรง ส่วนเศษโลหะที่หนากว่านั้นจำเป็นต้องใช้เครื่องมือ และเครื่องมือต้องเข้าใกล้ขอบในทิศทางที่ไม่สัมผัสกับพื้นผิวข้าง

3. การกำจัดเศษโลหะโดยไม่สัมผัสกับรูปร่างชิ้นงาน

วิธีการนี้ต้องตัดวัสดุออกจากขอบชิ้นงานโดยไม่กระทบผิวที่อยู่ติดกัน และบนเพลาลูกเบี้ยว ผิวทั้งสองผิวนี้อยู่ห่างกันเพียงไม่กี่มิลลิเมตร

การควบคุมแรงแทนการควบคุมตำแหน่ง

หุ่นยนต์ที่ขับเคลื่อนไปยังตำแหน่งหนึ่งจะดันแปรงเข้าไปยังส่วนนูนของเพลาลูกเบี้ยวตามความคลาดเคลื่อนของตำแหน่งที่เกิดขึ้นจริง ในขณะที่หุ่นยนต์ที่ใช้การควบคุมแรงจะติดตามขอบชิ้นงานด้วยแรงสัมผัสที่กำหนดไว้ ซึ่งทำให้แปรงคงอยู่บนเศษโลหะเสมอ ไม่ว่าผิวที่ถูกเจียรจริงจะอยู่ที่ใด สำหรับชิ้นงานที่บางมาก ความแตกต่างนี้คือความแตกต่างระหว่างเพลาลูกเบี้ยวที่ผ่านการกำจัดเศษโลหะแล้วกับเพลาลูกเบี้ยวที่ต้องทิ้ง

การกำจัดเศษโลหะแบบเปียกภายในเซลล์เดียวกัน

การกำจัดเศษโลหะภายในห้องทำความสะอาด โดยมีของเหลวไหลท่วมบริเวณดำเนินการ จะช่วยกักเก็บเศษชิ้นส่วนไว้ในของเหลวแทนที่จะปล่อยให้ลอยกระจายในอากาศ สำหรับเพลาลูกเบี้ยว สิ่งนี้สำคัญยิ่งกว่ากรณีของบล็อกเครื่องยนต์ เนื่องจากเศษชิ้นส่วนมีขนาดเล็กมาก และรูหล่อลื่นอยู่ใกล้บริเวณที่แปรงทำงาน

4. การทำความสะอาดรูหล่อลื่น

รูน้ำมันบนเพลาลูกเบี้ยวมีขนาดเล็ก มักเอียง และเปิดออกสู่พื้นผิวที่ต้องคงความสะอาดอยู่เสมอ การฉีดน้ำมันจากภายนอกเพลาจะทำให้เพลาเปียก แต่ไม่สามารถล้างเศษวัสดุออกจากภายในรูได้

การล้างผ่านรู

วิธีที่มีประสิทธิภาพคือ การส่งของเหลวเข้าไปในรู เพื่อให้ของเหลวนั้นไหลออกมาทางปลายรูพร้อมพานำเศษวัสดุออกไปด้วย ซึ่งจำเป็นต้องใช้หัวฉีดที่สามารถปิดผนึกบริเวณปากทางเข้ารู หรือใช้แท่งฉีดที่สอดเข้าไปในรูได้ รวมทั้งต้องใช้แรงดันสูงพอที่จะดันเศษวัสดุให้เคลื่อนที่ไปตามผนังรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเล็ก

เหตุใดลำดับขั้นตอนจึงสำคัญ

การล้างก่อนขั้นตอนการกำจัดเศษวัสดุถือเป็นงานที่สูญเปล่า เพราะเศษวัสดุเกิดขึ้นจากการกำจัดเศษวัสดุนั้นเอง การล้างหลังขั้นตอนการกำจัดเศษวัสดุแต่ก่อนล้างด้วยน้ำเปล่า จะทำให้เศษวัสดุยังคงค้างอยู่ในรูน้ำมันจนกระทั่งขั้นตอนการล้างด้วยน้ำเปล่ามาเจือจางมันออกไป ลำดับขั้นตอนที่ให้ผลคือ กำจัดเศษวัสดุ → ล้าง → ล้างด้วยน้ำเปล่า → ทำให้แห้ง โดยของเหลวที่ใช้ในการล้างต้องผ่านการกรองแยกต่างหาก เพื่อไม่ให้เศษสิ่งสกปรกจากชิ้นส่วนก่อนหน้ากลับเข้าสู่กระบวนการอีก

5. รอบการทำงานสองขั้นตอนที่ใช้เวลา 66 วินาที

เซลล์ทำงานกับเพลาลูกเบี้ยวสองตัวต่อรอบในเวลา 66 วินาที โดยรักษาน้ำหนักชิ้นส่วนให้อยู่ที่หรือต่ำกว่า 3 มิลลิกรัม จำนวนสองชิ้นต่อรอบนั้นไม่ใช่เรื่องบังเอิญจากขนาดของเครื่องจักร: แต่เป็นการสมดุลระหว่างระยะเวลาการขจัดเศษโลหะกับระยะเวลาการทำความสะอาด เพื่อไม่ให้ขั้นตอนใดขั้นตอนหนึ่งต้องรออีกขั้นตอน

เหตุใดการจับคู่จึงเหมาะสมกับชิ้นส่วนที่บาง

เพลาลูกเบี้ยวมีปริมาตรเล็กเมื่อเทียบกับความยาวโดยรวม ดังนั้นห้องที่ออกแบบมาสำหรับเพลาลูกเบี้ยวหนึ่งตัวจึงมักว่างเปล่าเป็นส่วนใหญ่ การโหลดเพลาลูกเบี้ยวสองตัวพร้อมกัน โดยรองรับที่ปลายทั้งสองข้างและเว้นระยะห่างระหว่างกัน จะใช้ปริมาตรภายในห้องนั้นอย่างมีประสิทธิภาพโดยไม่จำเป็นต้องเพิ่มขนาดห้อง ซึ่งส่งผลให้อัตราการผลิตต่อหน่วยพื้นที่ห้องเพิ่มขึ้น แทนที่จะเพิ่มขึ้นต่อหน่วยพลังงาน

อะไรเป็นตัวกำหนดเวลา 66 วินาที

รอบการทำงานถูกกำหนดโดยการเคลื่อนที่ในการขจัดเศษโลหะ ไม่ใช่โดยขั้นตอนการล้าง แปรงที่เคลื่อนตามลูกเบี้ยวหลายแฉกและรูปล่อยน้ำมันหลายตำแหน่งบนเพลาลูกเบี้ยวสองตัวนั้นต้องใช้โปรแกรมที่ยาวนาน ในขณะที่ขั้นตอนการล้างสั้นกว่าขั้นตอนการขจัดเศษโลหะ การกระจายเวลาเช่นนี้จึงเป็นเหตุผลที่เซลล์สำหรับเพลาลูกเบี้ยวมีลักษณะต่างจากเซลล์สำหรับโครงสร้างหลัก (housing) ซึ่งขั้นตอนการล้างมีบทบาทโดดเด่น

6. การยืนยัน

การตรวจสอบเพลาลูกเบี้ยวมีสองส่วนที่มักถูกเข้าใจผิดกันบ่อย ได้แก่ การมีเศษโลหะยื่น (burr) และความสะอาด ชิ้นส่วนหนึ่งอาจไม่มีเศษโลหะยื่นแต่กลับไม่ผ่านเกณฑ์มวลสูงสุด เนื่องจากเศษที่เกิดจากการขจัดเศษโลหะยังคงค้างอยู่ภายในรูน้ำมัน หรืออีกกรณี ชิ้นส่วนอาจผ่านเกณฑ์มวลสูงสุดแต่ยังคงมีเศษโลหะยื่นที่อาจหลุดออกในภายหลัง

การตรวจสอบเชิงปฏิบัติจริงประกอบด้วยการตรวจด้วยตาเปล่าบริเวณขอบที่ระบุไว้ภายใต้กล้องขยาย ควบคู่ไปกับการวัดภายในรูน้ำมันเพื่อยืนยันว่าของไหลผ่านได้อย่างราบรื่น (flush passed through) การตรวจสอบเพียงด้านนอกของเพลาเท่านั้นจะเป็นการทดสอบพื้นผิวที่ลูกค้าจะไม่เคยเห็นเลย สำหรับเพลาลูกเบี้ยว การตรวจสอบทั้งสองแบบนี้ยังดำเนินการในช่วงเวลาที่ต่างกันอีกด้วย: การตรวจสอบขอบสามารถทำได้กับชิ้นแรกของแต่ละล็อต ส่วนการตรวจสอบการไหลผ่าน (flush check) จะทำกับตัวอย่างจากกลางและปลายล็อต เพราะแปรงที่ใช้ในการขจัดเศษโลหะจะสึกกร่อนระหว่างการผลิตล็อต ส่งผลให้สิ่งสกปรกที่เข้าไปถึงรูน้ำมันเปลี่ยนแปลงไป

คำถามที่พบบ่อย

สามารถขจัดเศษโลหะยื่น (deburr) เพลาลูกเบี้ยวในเครื่องเดียวกันกับบล็อกได้หรือไม่

เกิดขึ้นน้อยมากในรอบเดียวกัน ชิ้นส่วนบล็อกใช้แรงดันสูงและอัตราการไหลมากกับบริเวณที่มีน้ำหนักมาก ในขณะที่เพลาลูกเบี้ยวต้องใช้อุปกรณ์ที่ควบคุมแรงกับบริเวณที่เรียวบาง ทั้งสองอย่างสามารถแบ่งปันอาคารเดียวกันและแนวคิดการกรองเดียวกัน แต่ไม่สามารถใช้ห้องเดียวกันได้

จะปกป้องส่วนลูกเบี้ยวจากการสัมผัสกับแปรงได้อย่างไร

โดยการควบคุมแรงสัมผัสแทนที่จะเป็นตำแหน่ง และโดยการเลือกแปรงที่มีความแข็งพอสมควรเพื่อไม่ให้ทิ้งรอยบนพื้นผิวที่ผ่านการขัดแล้วภายใต้แรงนั้น ทั้งสองค่าตั้งค่านี้จะถูกเลือกร่วมกัน

ค่า 3 มิลลิกรัมสมเหตุสมผลสำหรับชิ้นส่วนที่ยาวขนาดนี้หรือไม่

ค่าดังกล่าวสมเหตุสมผลเมื่อรูรับน้ำมันถูกล้างด้วยการไหลผ่านแทนที่จะเป็นการฉีดพ่น และเมื่อวงจรล้างถูกแยกออกจากส่วนอื่นอย่างชัดเจน ปัญหาส่วนใหญ่ที่เกิดกับเพลาลูกเบี้ยวมักมาจากรูรับน้ำมัน มากกว่าจากพื้นผิวด้านนอก

อะไรเป็นตัวจำกัดระยะเวลาของแต่ละรอบ

โปรแกรมกำจัดเศษโลหะ การตามรอยลูกเบี้ยวหลายจุดและทางออกของรูหลายรูด้วยเครื่องมือที่ควบคุมแรงนั้นใช้เวลานานกว่าการล้างชิ้นส่วนชิ้นเดียวกัน ซึ่งตรงข้ามกับสายการผลิตฝาครอบ

สรุป

เพลาลูกเบี้ยวจะถูกขจัดเศษโลหะออกโดยใช้พื้นผิวที่ผ่านการขัดเรียบร้อยแล้ว แทนที่จะใช้พื้นผิวหยาบ และนั่นคือสิ่งที่จำกัดวิธีการนี้ ทั้งสามปัจจัยที่ทำให้เซลล์รวมสามารถทำงานได้ คือ อุปกรณ์ควบคุมแรง การทำงานแบบเปียก และการล้างสารหล่อเย็นผ่านรูน้ำมันแต่ละรู

ข้อกำหนดควรระบุขอบที่ต้องขจัดเศษโลหะออก รูน้ำมันที่ต้องล้าง ขีดจำกัดความสะอาด และหน่วยรอบการทำงาน เซลล์สำหรับเพลาลูกเบี้ยวที่ระบุว่าผลิตชิ้นงานได้สองชิ้นต่อหนึ่งรอบภายใน 66 วินาที จะสามารถเปรียบเทียบได้ก็ต่อเมื่อระบุเวลา 66 วินาทีไว้ด้วยเช่นกัน เช่นเดียวกับเซลล์ที่ระบุค่าความสะอาดไว้ที่สามมิลลิกรัม เพราะบริเวณที่ค่าดังกล่าววัดได้มีความสำคัญไม่แพ้ตัวเลขค่าเอง ค่าที่วัดจากภายนอกเพลาจะอธิบายชิ้นส่วนที่ต่างออกไปจากค่าที่วัดภายในรูน้ำมัน