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在曲軸的實際生產(chǎn)加工過程中，除了要保證曲軸切削加工的幾何精度尺寸公差和形位公差精度要求之外，還有一項重要的指標(biāo)要求就是曲軸產(chǎn)品經(jīng)過曲軸清洗機清洗后的清潔度要求。清潔度是曲軸一項嚴(yán)格的清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，而清洗是保證曲軸清潔度符合要求的一個重要環(huán)節(jié)。本文就詳細(xì)講述了曲軸清潔度的檢測方法及提升手段。
發(fā)動機的清潔度是指發(fā)動機中被檢件被檢部位的清潔程度，用規(guī)定方法從規(guī)定部位采集到的雜質(zhì)微粒的大小和重量來表示。發(fā)動機的可靠性是指在規(guī)定的使用條件和壽命期間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。隨著對產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性要求的不斷提高，清潔度已成為發(fā)動機行業(yè)產(chǎn)品的主要質(zhì)量指標(biāo)。
曲軸是發(fā)動機最重要的機件之一。就曲軸的清潔度而言，其清洗質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)極為嚴(yán)格。要提高曲軸的清潔度，必須對曲軸的清洗過程進(jìn)行分析，即要了解何種因素使曲軸的清潔度受到影響，又全面了解問題產(chǎn)生的原因，并制定相應(yīng)的提升手段。 
曲軸清潔度的檢查方法
南汽工廠的曲軸清潔度的要求為8 毫克／根，具體的檢查方法和操作流程如下：
1、對清洗池中的曲軸用噴嘴對所有加工表面以及孔進(jìn)行充分噴射清洗。噴液壓力為1.2～1.5bar，噴嘴噴射角度為80°～90°；
2、開啟真空泵，通過串聯(lián)過濾器將清洗液吸出。過濾膜的過濾精度分別為100um 和5um；
3、取出并干燥過濾膜。干燥箱內(nèi)的溫度設(shè)定為100℃，烘干時間為1 小時；
4、在干燥器中冷卻0.5 小時，并馬上用分析天平（顯示精度：0.1mg）進(jìn)行重量測定，該重量就是被測曲軸的清潔度；
5、溶解粘牢的顆粒并轉(zhuǎn)放到已使用的過濾膜上。
曲軸清洗機的工作原理
南汽工廠的曲軸最終清洗機采用的是德國MTM 的回轉(zhuǎn)式清洗機，由機體、回轉(zhuǎn)工作臺裝置、自動封門裝置、固定清洗裝置、清洗裝置、吹干裝置、霧氣處理裝置、液位控制裝置、浮油排除裝置、過濾及排屑裝置、布袋過濾器、清洗泵組及管路系統(tǒng)、吹干管路系統(tǒng)、維修門、氣動系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)（人機界面）等主要功能單元組成（見圖１），以PLC 編程控制機床動作。它由4 個工位組成：一工位（上、下料）、二工位（噴淋清洗）、三工位（吹氣）、四工位（抽濕）。為保證曲軸的清潔度，該設(shè)備對曲軸的油孔、法蘭端孔、軸承孔、小頭端孔等部位通過專用噴嘴實施定點、定位清洗。
影響曲軸清潔度的工藝因素
長期以來南汽工廠的曲軸清潔度一直不太理想，始終在指標(biāo)線上徘徊，影響曲軸清潔度的工藝因素主要為：
 1、曲軸毛坯的鑄造方式
曲軸毛坯的鑄造方式主要有殼型鑄造和砂型鑄造兩種。砂型鑄造就是在砂型中生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。由于砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型制造簡便，對鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，長期以來，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。殼型鑄造就是用一種遇熱硬化的型砂（酚醛樹脂覆膜砂）覆蓋在加熱（180 ～ 280℃）的金屬模板上，使其硬化為薄殼（薄殼厚度一般為6 ～12 毫米），再加溫固化薄殼，使達(dá)到足夠的強度和剛度，因此將上下兩片型殼用夾具卡緊或用樹脂粘牢后，不用砂箱即可構(gòu)成鑄型，澆注鑄件金屬模板的加熱溫度一般為300℃左右，使用的型砂為樹脂砂。
就曲軸毛坯的表面狀態(tài)而言，殼型鑄造件明顯要好于砂型鑄造件，但因“一次性”的殼型工藝成本高，故多數(shù)企業(yè)傾向于選擇砂型鑄造，目前南汽工廠使用的曲軸毛坯已由“砂型鑄造件”取代了原先的“殼型鑄造件”。當(dāng)然，為改善毛坯面質(zhì)量，我們的毛坯供應(yīng)商在鑄造生產(chǎn)線的末端增加一道“表面噴丸”工序。實踐表明，雖然我們在曲軸生產(chǎn)線中設(shè)置了清洗工序，但毛坯的制造工藝和形成的工件表面質(zhì)量，對于曲軸的最終清潔度仍有較大影響。
 2、曲軸油孔的加工工藝
長期以來，國內(nèi)外曲軸油孔加工采取的鉆孔工藝均為“槍鉆”，但近年來已逐步改為深孔鉆（如硬質(zhì)合金直柄麻花鉆）。從制造成本和工效等多方面來講，新的工藝要合理得多，因此，在新建的生產(chǎn)線中采用“槍鉆”工藝的比例已明顯減少，這種情況在中、小排量發(fā)動機生產(chǎn)線尤甚。但從另一方面來講，由于執(zhí)行新工藝時采取的是MQL 微量潤滑，相比傳統(tǒng)的切削冷卻方式，MQL 系統(tǒng)利用高速噴出的壓縮空氣將具有潤滑作用的切削油精確地噴在切削刃口和產(chǎn)生摩檫的部位，在刀具和工件之間形成油膜，盡可能減少應(yīng)力集中的形變和摩檫產(chǎn)生的熱量，高速的壓縮空氣將熱量和碎屑帶走。無疑利用后者的方式對清除鉆孔后的切屑及其他殘留物的效果較之前者要強得多。南汽工廠是通過“深孔鉆”來加工曲軸油孔，運用MQL 冷卻技術(shù), 采用了熱脹刀柄，配有ARTIS(CTM-DTA模塊) 刀具監(jiān)控系統(tǒng)。
3、在磨削過程中切削液的選擇
切削液起著冷卻、潤滑、清洗排屑和防銹等重要作用，實踐證明，作為整個切削加工系統(tǒng)的一個組成部分，切削液必須正確選擇和使用才能發(fā)揮相應(yīng)的作用。以磨削為例，曾在汽車行業(yè)軸類零件加工中廣泛使用的是剛玉類砂輪，但近年來隨著對制造質(zhì)量和生產(chǎn)效率等要求的不斷提高，在諸如曲軸軸頸的磨削工藝中，選用CBN 砂輪的比例在不斷提高，由于此時的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷有了明顯提高，因此選用的切削液也必須從原來的“水基切削液”改為“油基切削液”。后者雖對被加工件也有一定的清洗效果，尤其當(dāng)采取高壓供給時，其清洗性能會更好，但相比含油表面活性劑的水基切削液，兩者還是有較大差距。
表面活性劑一方面能吸附各種固體微粒（切削、鐵粉和磨削等）和油泥等殘留物，并在工件表面形成一層吸附膜，阻止粒子和油泥粘附在工件、砂輪上；另一方面能滲入到粒子和油污粘的界面上，把它們與界面分離，并隨著切削液帶走，從而起到清洗作用。顯然，在改變了磨削方式和切削液之后，雖然可有效地提升曲軸的加工質(zhì)量和生產(chǎn)率，而且采用油基切削液也更有利于工件的防銹，但相比前者，清洗排屑的效果會有所降低，這也是一個不爭的事實。因此，在進(jìn)行工藝規(guī)劃、工藝調(diào)整時，應(yīng)適當(dāng)關(guān)注是否會對工件的清潔度產(chǎn)生影響。我們廠的曲軸的磨削加工均采用的是油基冷卻液。
 4、關(guān)于曲軸清洗工序
曲軸生產(chǎn)線的清洗工序?qū)Υ_保產(chǎn)品符合清潔度要求起著極大的作用，但是從工藝規(guī)劃來考慮，該工序有兩點值得關(guān)注：
（1）取消中間清洗工序，只設(shè)最終清洗工序。以曲軸生產(chǎn)線為例，過去部分企業(yè)會在粗加工（包括“鉆孔”工序）、熱處理（中頻感應(yīng)淬火）之后設(shè)立一道“中間清洗工序”，但近年來此種工藝布置方式已十分少見。這當(dāng)然也與實際需要以及出于經(jīng)濟性的考慮有關(guān)，我們廠的曲軸生產(chǎn)線就取消了中間清洗工序。
（2）清洗機選用的清洗液。與切削液相似，清洗液也有油基和水基之分，但長期以來，水基的清洗液占了極大部分，不過這一狀況也在近年有所改變。在曲軸生產(chǎn)線終端的最終清洗工序，我們廠與大多數(shù)汽車發(fā)動機廠一樣，選擇“油基”清洗液，特別是在采用CBN 砂輪磨削工序中。毫無疑問，就如同加工中選用切削油一樣，清洗過程若通過油基清洗液進(jìn)行，對工件的防銹會帶來很大幫助。但就清洗效果來看，肯定不如水基清洗液。
提升曲軸清潔度的案例介紹
1、現(xiàn)象調(diào)查
2014 年4 ～9 月，曲軸清潔度超差頻次平均為3 次/ 月。每次均有500 件的下線零件需要重新清洗，甚至還需要返修第三次，而批量大、返修頻次高的問題，極大地增加了返修工作難度。
2、原因分析
從“人、機、料、法、環(huán)”方面分析，進(jìn)行深入的檢查和驗證，從而最終確認(rèn)曲軸清潔度超差的原因：
首先從“人”的方面入手，針對曲軸在送檢和測量過程中可能造成的二次污染，進(jìn)行原因排除：檢查當(dāng)天曲軸清洗樣本報告發(fā)現(xiàn)超差；送檢與曲軸同一時間下線的零件，清潔度樣本也超差。由于清潔度樣本的黑色鐵粉較多，因此判定不是人為原因造成的。
針對“機”的方面，檢查噴嘴堵塞或者損害情況，均正常；檢查過濾布袋使用情況，該過濾布袋已經(jīng)國產(chǎn)化，與原先使用的進(jìn)口過濾布袋相比，過濾報警次數(shù)較少原來每周1 ～2 次，現(xiàn)在每月只有1-2 次，說明國產(chǎn)過濾布袋的過濾精度不夠；檢查浮油排除裝置，開機后只有10min 撇油時間，就停止工作，對清潔度超差有較大影響；檢查水箱，發(fā)現(xiàn)水箱漏水，壓力為15bar 左右，而標(biāo)準(zhǔn)為25bar，影響很大。
在“料”的方面，檢查上線前曲軸表面，發(fā)現(xiàn)與之前曲軸相比，曲軸表面黑色鐵粉較多，這會對曲軸清潔度超差有較大影響。供應(yīng)商對曲軸毛坯的生產(chǎn)過程進(jìn)行檢查，確認(rèn)黑色鐵粉為拋丸造成。我們要求供應(yīng)商針對性地優(yōu)化曲軸噴丸的工藝參數(shù)，通過提高曲軸毛坯表面清潔度，達(dá)到減少黑色鐵粉的目的。
在“法”的方面，檢查清洗液濃清度ph 值和清洗機的各清洗液參數(shù)，均正常。
在“環(huán)”的方面，檢查在制品料道和成品料架，表面有少許的灰塵，對曲軸的清潔度有影響。
從以上所述的幾個方面，我們確認(rèn)了清潔度超差的根本原因為：曲軸毛坯拋丸效果不好，造成曲軸表面黑色鐵粉較多，清洗不干凈；清洗機過濾布袋的過濾精度偏低，造成過濾能力不足；清洗機浮油排除裝置里的撇油器撇油能力不足，使曲軸表面含油量增加；清洗機的水箱漏水，造成清洗壓力不足；在制品料道和成品料架因日常保養(yǎng)不善，表面有灰塵，造成曲軸表面被污染。
3、解決辦法
針對問題產(chǎn)生的原因，我們采取了以下有效措施：
(1) 與毛坯供應(yīng)商溝通，通過延長噴丸機（見圖3）的噴丸時間、減小噴丸直徑等措施，改善拋丸效果，從而減少曲軸表面鐵粉顆粒；
(2) 將清洗機過濾布袋（見圖4）的過濾精度由5um 修改為3um；
(3) 改造撇油器，將撇油器改造成與清洗機同步工作；
(4) 提高清洗壓力，進(jìn)行壓力監(jiān)控，重新設(shè)計水箱，將清洗壓力提高到25-30bar之間，監(jiān)控壓力為20MPa；
(5) 定期對在制品料道和成品料架進(jìn)行清潔和保養(yǎng)。
4、效果檢查
通過上述措施的實施，曲軸的清潔度由改善前的8 毫克／根，提高到改善后的6.5 毫克／根，曲軸清潔度的超差頻次逐步降低為零。此外，還為南汽工廠帶來了可觀的經(jīng)濟效益，每年可節(jié)約成本約25 萬元。
總結(jié)
清潔度是發(fā)動機行業(yè)面臨的重要問題，現(xiàn)將影響曲軸清潔度的原因及改善措施與業(yè)內(nèi)同仁分享，希望能夠?qū)Πl(fā)動機整機清潔度起到一些啟示作用，可以推廣到發(fā)動機其他零部件的清潔度控制。作為發(fā)動機可靠性的重要影響因素，清潔度的質(zhì)量日益受到行業(yè)的關(guān)注，希望與業(yè)內(nèi)同仁共同努力，從而推動汽車行業(yè)更好地發(fā)展。
本文由上海先予工業(yè)自動化設(shè)備有限公司編輯制作。
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