Độ sạch so với kích thước hạt: Hiểu rõ hai tiêu chí chấp nhận quan trọng trong làm sạch công nghiệp

Tổng Quan

Độ sạch và kích thước hạt là hai trong số các tiêu chí chấp nhận quan trọng nhất — và thường bị nhầm lẫn nhất — trong việc làm sạch chi tiết công nghiệp.

Độ sạch thường mô tả tổng khối lượng chất gây nhiễm bẩn còn sót lại , trong khi kích thước hạt mô tả kích thước của các hạt nhiễm bẩn còn sót lại . Hai thông số này đo lường những khía cạnh khác nhau của nhiễm bẩn, do đó không thể thay thế cho nhau.

Đối với các bộ phận hệ truyền động ô tô, ví dụ như, một đặc tả kỹ thuật có thể yêu cầu cả mức độ nhiễm bẩn dư tối đa tính theo miligam và kích thước hạt tối đa cho phép.

Bài viết này giải thích sự khác biệt giữa độ sạch và kích thước hạt, các phương pháp đo lường phổ biến và tiêu chuẩn tham chiếu, cũng như những yếu tố mà người mua thiết bị nên xem xét khi đánh giá các đặc tả làm sạch.

1. Độ sạch nghĩa là gì?

Trong việc làm sạch các chi tiết công nghiệp, độ sạch thường đề cập đến tổng lượng chất nhiễm bẩn còn sót lại trên bề mặt hoặc bên trong các đường dẫn của một chi tiết sau khi làm sạch .

Giá trị này thường được biểu thị dưới dạng khối lượng tính bằng miligam (mg) .

Một phép thử độ sạch điển hình sẽ chiết xuất chất nhiễm bẩn dư ra khỏi chi tiết bằng một phương pháp chiết đã được quy định. Tùy thuộc vào chi tiết và quy trình thử nghiệm, việc này có thể bao gồm:

• Rửa phun áp lực
• Xả nước
• Chiết bằng sóng siêu âm
• Khuấy trộn hoặc các phương pháp chiết xuất khác được chỉ định

Chất gây nhiễm được chiết xuất sau đó được thu thập thông qua lọc và cân dưới các điều kiện được quy định.

Độ sạch về cơ bản là một thông số kiểm soát khối lượng

Câu hỏi then chốt là:

Tổng cộng còn bao nhiêu chất gây nhiễm?

Khối lượng tổng có thể bao gồm các hạt có kích thước, hình dạng và vật liệu khác nhau.

Ví dụ, một kết quả là 5 mg có nghĩa là tổng khối lượng chất gây nhiễm được chiết xuất là 5 mg, bất kể kích thước riêng lẻ của các hạt trong cặn đó.

Đối với một số ứng dụng, độ sạch cũng có thể được biểu thị dưới dạng giá trị chuẩn hóa như mg/m² , biểu thị khối lượng chất gây nhiễm bẩn trên mỗi đơn vị diện tích bề mặt.

2. Kích thước hạt có nghĩa là gì?

Kích thước hạt mô tả kích thước vật lý của các hạt còn sót lại sau khi làm sạch.

Thông thường, kích thước này được biểu thị bằng micromet (μm) , mặc dù một số đặc tả công nghiệp sử dụng milimét.

Phân tích hạt có thể bao gồm việc lọc và phân loại chất gây nhiễm đã được chiết xuất theo các dải kích thước hạt, đếm số hạt trong các nhóm kích thước khác nhau hoặc đo kích thước lớn nhất của hạt.

Kích thước hạt về cơ bản là một thông số kiểm soát kích thước

Câu hỏi then chốt là:

Kích thước tối đa của một hạt dư thừa cá thể là bao nhiêu?

Điều này quan trọng vì ngay cả khi tổng khối lượng nhiễm bẩn thấp, một hạt tương đối lớn vẫn có khả năng làm tắc nghẽn một đường dẫn, gây nhiễu một giao diện độ chính xác cao hoặc làm hỏng một bộ phận nhạy cảm.

Ví dụ:

• ≤800 μm có nghĩa là kích thước tối đa được quy định của hạt là 0,8 mm.
• ≤300 μm có nghĩa là kích thước tối đa được quy định của hạt là 0,3 mm.

Do đó, giới hạn kích thước hạt nhỏ hơn thường đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ hơn đối với quy trình làm sạch.

3. Vì sao Độ sạch và Kích thước hạt phải được đánh giá đồng thời?

Độ sạch và kích thước hạt biểu thị hai khía cạnh khác nhau của việc kiểm soát nhiễm bẩn .

Hãy xem xét hai ví dụ đơn giản.

Ví dụ 1: Tổng khối lượng thấp nhưng có một hạt lớn

Một bộ phận có thể chỉ chứa 5 mg lượng nhiễm bẩn dư thừa tổng cộng, nhưng một hạt kim loại tương đối lớn vẫn có thể gây ra vấn đề nếu lọt vào đường dẫn dầu nhạy cảm.

Ví dụ 2: Tổng khối lượng cao hơn nhưng các hạt rất mịn

Một bộ phận khác có thể có 300 mg nhiễm bẩn dư thừa, nhưng phần lớn cặn bẩn có thể gồm các hạt rất mịn dưới 10 μm.

Rủi ro chức năng liên quan đến hai tình huống này có thể rất khác nhau.

Đây là lý do vì sao các nhà sản xuất ô tô và khách hàng khác trong lĩnh vực chế tạo chính xác có thể quy định cả hai thông số này.

Ví dụ, các yêu cầu tiêu biểu có thể bao gồm:

• Khối động cơ: kích thước hạt ≤800 μm
• Thân nắp xy-lanh: độ sạch ≤220 mg, kích thước hạt ≤1,2 mm
• Các đường dẫn nước trên nắp xy-lanh: độ sạch ≤700 mg, kích thước hạt ≤2,4 mm

Các giá trị này xác định các giới hạn khác nhau cho điều kiện nhiễm bẩn được phép.

Các cách biểu thị độ sạch khác

Tùy theo ứng dụng, đặc tả cũng có thể sử dụng:

• mg/m² — lượng nhiễm bẩn còn lại trên mỗi đơn vị diện tích bề mặt
• mg\/kg — nồng độ nhiễm bẩn còn lại so với một lượng chất lỏng hoặc vật liệu nhất định

Ví dụ, một ứng dụng làm sạch bằng robot sáu trục cho thân van hộp số có thể biểu thị yêu cầu làm sạch dưới dạng 1 mg/kg , sử dụng nồng độ chất gây nhiễm còn sót lại làm chỉ số đo độ sạch.

Do đó, bản thân đơn vị này cần được hiểu trong bối cảnh phương pháp thử nghiệm và ứng dụng cụ thể.

4. Các tiêu chuẩn tham chiếu và phương pháp thử nghiệm phổ biến

Hai tiêu chuẩn thường được viện dẫn trong phân tích độ sạch trong ngành ô tô là:

• ISO 16232
• VDA 19

Các tiêu chuẩn này cung cấp khung tham chiếu cho việc chiết xuất chất gây nhiễm, lọc, phân tích hạt, điều kiện đo lường và báo cáo kết quả.

Mục đích là để kết quả thử nghiệm độ sạch trở nên nhất quán và có thể so sánh được hơn giữa các nhà cung cấp và phòng thí nghiệm khác nhau.

Các phương pháp chiết xuất chất gây nhiễm phổ biến

Tùy thuộc vào phôi và quy trình áp dụng, các phương pháp chiết xuất có thể bao gồm:

• Rửa phun áp lực
• Xả nước
• Chiết bằng sóng siêu âm
• Chiết xuất bằng cách khuấy hoặc lắc

Các phương pháp chiết xuất khác nhau có thể đạt hiệu quả khác nhau khi loại bỏ tạp chất khỏi cùng một bộ phận.

Do đó, một đặc tả kỹ thuật không chỉ nên nêu giới hạn số về độ sạch hoặc kích thước hạt. Nó cũng cần xác định rõ phương pháp chiết xuất và các thông số thử nghiệm khi cần thiết.

Điều này đặc biệt quan trọng trong giai đoạn nghiệm thu thiết bị vì hai phép thử sử dụng các quy trình chiết xuất khác nhau có thể cho kết quả khác nhau ngay cả khi được thực hiện trên cùng một bộ phận.

5. Người mua nên diễn giải các đặc tả về độ sạch như thế nào?

Khi xem xét đặc tả của máy làm sạch, việc chỉ nhìn vào giới hạn số về độ sạch là chưa đủ.

5.1 Yêu cầu về hạt là mang tính toàn cục hay chỉ áp dụng cho từng vùng?

Các khu vực khác nhau trên một bộ phận có thể có mức độ rủi ro nhiễm bẩn khác nhau.

Ví dụ, đường dẫn dầu chính và áo nước của một bộ phận động cơ có thể yêu cầu các giới hạn kích thước hạt khác nhau.

Do đó, các yêu cầu theo từng vùng có thể mang lại khả năng kiểm soát quy trình hiệu quả hơn so với việc áp dụng cùng một giới hạn duy nhất cho toàn bộ bộ phận.

5.2 Thuật ngữ “Kích thước hạt” có nghĩa là kích thước tối đa hay số lượng hạt không?

Đây không nhất thiết là cùng một yêu cầu.

Một đặc tả có thể quy định:

• Kích thước hạt tối đa được phép
• Số lượng hạt có kích thước vượt quá một ngưỡng xác định
• Phân bố kích thước hạt trên nhiều dải kích thước

Nhà cung cấp thiết bị cần hiểu rõ chính xác phép đo nào được yêu cầu.

5.3 Thân bộ phận và các đường dẫn bên trong có được đánh giá riêng biệt không?

Ví dụ, một nắp xy-lanh có thể có các yêu cầu riêng biệt đối với thân chính và các đường dẫn nước.

Một thông số kỹ thuật như:

Thân chính: ≤220 mg
Đường dẫn nước: ≤700 mg

không nhất thiết có nghĩa là hai khu vực này sử dụng cùng một quy trình chiết xuất.

Do đó, vị trí kiểm tra và phương pháp chiết xuất cần được xác định rõ ràng.

5.4 Phương pháp chiết xuất đã được quy định rõ ràng chưa?

Cùng một giới hạn số học có thể cho ra các kết quả thử nghiệm khác nhau khi áp dụng các phương pháp chiết xuất khác nhau.

Do đó, quy trình chấp nhận cần xác định rõ phương pháp chiết xuất, thiết bị, thông số kỹ thuật, quy trình lọc và điều kiện đo lường (nếu có).

5.5 Tần suất kiểm tra và yêu cầu lấy mẫu là gì?

Quy trình chấp nhận có thể bao gồm:

• Kiểm tra sản phẩm đầu tiên
• Lấy mẫu quy trình
• Xác minh độ sạch định kỳ
• Kiểm tra chấp nhận cuối cùng

Những yêu cầu này có thể ảnh hưởng đến cả cấu hình thiết bị và thời gian chu kỳ sản xuất.

6. Các yêu cầu về độ sạch cần được xem xét trong giai đoạn thiết kế thiết bị

Các yêu cầu về độ sạch và kích thước hạt cần được xác định trước khi thiết kế máy làm sạch.

Chúng ảnh hưởng trực tiếp đến:

• Áp lực làm sạch
• Cấu hình đầu phun
• Trình tự làm sạch
• Làm sạch có mục tiêu các đường dẫn bên trong
• Yêu cầu xả rửa
• Cấu hình sấy khô
• Hệ thống lọc
• Định vị phôi
• Kiểm tra và xác nhận độ sạch

Ví dụ, một bộ phận yêu cầu kích thước hạt ≤300 μm có thể cần chiến lược làm sạch và lọc khác với bộ phận có ≤1,2 mm requirement.

Tương tự, yêu cầu độ sạch nghiêm ngặt đối với đường dẫn dầu bên trong có thể đòi hỏi làm sạch bằng cách chèn chuyên dụng thay vì chỉ dựa vào làm sạch phun chung.

Đây là lý do thiết bị làm sạch nên được thiết kế dựa trên tiêu chí chấp nhận thực tế của khách hàng thay vì chỉ chọn theo kích thước chi tiết hoặc năng lực sản xuất.

7. Câu hỏi thường gặp

Tại sao độ sạch được đo bằng mg?

Độ sạch thường biểu thị tổng khối lượng chất gây nhiễm bẩn còn sót lại được chiết xuất từ chi tiết.

Sau khi làm sạch theo quy trình đã nêu, chất gây nhiễm được lọc và chuẩn bị để đo lường. Khối lượng chất gây nhiễm thu được sau đó có thể được biểu thị bằng miligam.

Đối với các bề mặt lớn hơn, kết quả cũng có thể được chuẩn hóa theo mg/m² để so sánh giữa các bộ phận hoặc các vùng thử nghiệm.

Làm thế nào để hiểu giới hạn kích thước hạt tính bằng micromet (μm)?

Một micromet (μm) bằng một phần triệu mét.

1 mm = 1.000 μm.

Do đó:

• ≤800 μm = ≤0,8 mm
• ≤300 μm = ≤0,3 mm

Giới hạn kích thước hạt nhỏ hơn thường có nghĩa là quy trình làm sạch phải kiểm soát chặt chẽ hơn các hạt còn sót lại.

Sự khác biệt giữa ISO 16232 và VDA 19 là gì?

Cả hai tiêu chuẩn đều được tham chiếu rộng rãi trong kiểm tra độ sạch của ô tô và cung cấp các khuôn khổ để chiết xuất chất gây nhiễm bẩn cũng như phân tích các hạt.

Tuy nhiên, quy trình và cách thức báo cáo của chúng không nhất thiết giống nhau. Một nhà sản xuất thiết bị gốc (OEM) hoặc khách hàng có thể quy định tiêu chuẩn nào cần được áp dụng.

Do đó, khi mua thiết bị làm sạch, tiêu chuẩn áp dụng và quy trình thử nghiệm tương ứng cần được xác nhận rõ trong đặc tả kỹ thuật, thay vì giả định rằng kết quả thu được theo các quy trình khác nhau có thể hoán đổi cho nhau một cách trực tiếp.

Nếu độ sạch nằm trong giới hạn quy định, điều đó có nghĩa là kích thước hạt cũng nằm trong giới hạn quy định hay không?

Chưa chắc.

Hai thông số này đo lường những khía cạnh khác nhau của sự nhiễm bẩn.

Một chi tiết có thể đáp ứng yêu cầu về tổng khối lượng chất gây nhiễm bẩn nhưng vẫn chứa ít nhất một hạt có kích thước vượt quá giới hạn quy định.

Ngược lại, một chi tiết có thể chứa tổng khối lượng lớn các hạt rất mịn nhưng lại không có bất kỳ hạt nào vượt quá kích thước tối đa quy định.

Do đó, độ sạch và kích thước hạt cần được đo riêng biệt và đánh giá riêng biệt khi cả hai tiêu chí này đều được đưa vào các yêu cầu chấp nhận.

Kết luận

Độ sạch và kích thước hạt là các chỉ số bổ sung lẫn nhau chứ không thể thay thế cho nhau.

Độ sạch chủ yếu kiểm soát lượng chất gây nhiễm còn sót lại, trong khi kích thước hạt kiểm soát kích thước tối đa của từng hạt dư thừa còn lại.

Đối với các bộ phận truyền động ô tô và các chi tiết chế tạo chính xác khác, cả hai thông số này đều có thể ảnh hưởng trực tiếp đến thiết kế thiết bị, lựa chọn quy trình làm sạch, lọc, làm sạch các đường dẫn bên trong và kiểm tra chấp nhận cuối cùng.

Big Bird Industrial hợp tác với khách hàng để xác định các yêu cầu về độ sạch và kích thước hạt trong quá trình phát triển quy trình làm sạch và hiệu chuẩn thiết bị, đồng thời hỗ trợ quy trình chấp nhận và xác minh tương ứng.