提高內(nèi)燃機零部件清潔度試驗質(zhì)量的途徑

（大眾動力總成（上海）有限公司，上海201807）

提高內(nèi)燃機零部件清潔度試驗質(zhì)量的途徑

朱正德

（大眾動力總成（上海）有限公司，上海201807）

為了提高車輛的運行質(zhì)量，適應日益嚴苛的排放、安全性等法規(guī)的要求，與產(chǎn)品質(zhì)量和性能密切相關(guān)的清潔度指標受到了更大的關(guān)注。通過近年來在發(fā)動機廠的應用實踐，就如何通過完善評定標準、提高測試技術(shù)和改進操作流程3個方面，來提升產(chǎn)品清潔度的檢測水平予以了闡述。

清潔度評定標準測試技術(shù)改進

1 清潔度及其測試

清潔度測試是一種通過采取規(guī)定方式以確定被檢物受污染程度的技術(shù)手段。所謂規(guī)定部位是指危及產(chǎn)品可靠性的特指部位，而受污染程度則不僅指污染物的重量，還包括其種類、形狀、尺寸、數(shù)量等諸多評價參數(shù)。

一般情況下，一次完整的清潔度試驗是由以下幾個步驟組成：

（1）前期工作（包括抽樣、濾紙準備等）；（2）工件表面殘留污染物、雜質(zhì)的萃取；（3）檢出物的獲取（濾紙烘干）；（4）檢出物的分析；（5）出具檢出物的測試報告。

在以上幾道步驟中，“萃取”和“分析”乃是其中最重要的二道，可采用多種不同的方法。對“萃取”而言，可選方法雖多，但其目的相同，都是為了獲取殘留物以供分析之需。而最終所出具的測試報告，又是與所采用的不同分析方法相對應。但作為一項已存在多年的質(zhì)量指標，清潔度在企業(yè)中長期以來未得到足夠重視，主要反映在測試的目標單一，指標值要求低，進行試驗時所采用的方法、技術(shù)、相關(guān)設(shè)備和相關(guān)儀器十分簡陋等諸多方面。事實上，迄止本世紀初，國內(nèi)汽車制造業(yè)在進行清潔度試驗時所采取的手段和評定指標，與20多年前還幾乎并無二致。

但提升清潔度檢測水平是一個持續(xù)的過程，通過對轎車發(fā)動機這一典型產(chǎn)品的剖析，可看到那些生產(chǎn)企業(yè)自上世紀90年代中期以來是如何逐步實現(xiàn)這一目標的。歸納一下，主要體現(xiàn)在以下3個方面：（1）執(zhí)行要求更高的清潔度試驗標準或相應的技術(shù)文件；（2）通過配備更先進、更完善的試驗設(shè)備和檢測儀器，由此全面提高了清潔度測試的實際水平；（3）建立更規(guī)范的、更注重各個環(huán)節(jié)的操作流程，包括樣品的采集、運輸、存放、返回中的種種細節(jié)。

2 推行要求更高、更完善的清潔度試驗標準

2.1相關(guān)的清潔度標準體系及其說明

標準是一個企業(yè)規(guī)范、順利運行的基礎(chǔ)，是企業(yè)各項流程可靠運作和確保產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的前提。而清潔度試驗標準則對產(chǎn)品達到怎樣的清潔狀態(tài)才是足夠清潔，設(shè)定了合格與不合格之間的一道分界線，既可以作為內(nèi)部生產(chǎn)過程清潔度檢測的標準，也可以用作從供應商進貨時的驗收標準。圖1為清潔度標準體系的示意，自上而下的4個層次分別是：ⅠSO標準、國家（級）標準、企業(yè)集團標準、生產(chǎn)廠編制的相關(guān)文件。必須指出：生產(chǎn)中真正遵循的還是企業(yè)自編的相關(guān)文件，而編制的主要依據(jù)則是上一級的集團標準。清潔度標準雖屬于非強制類標準，處于體系頂層和次層的ⅠSO組織和各國家（級機構(gòu)）標準只起到推薦和參考作用，真正指導和規(guī)范企業(yè)行為的乃是體系的底下2個層次。

2.2標準內(nèi)涵演變的案例分析

在2000年初，為了規(guī)范、統(tǒng)一大眾集團范圍內(nèi)發(fā)動機制造過程中清潔度試驗方法，提高試驗質(zhì)量，在德國大眾汽車公司推出的PⅤ3347《發(fā)動機結(jié)構(gòu)件清潔度殘留顆粒重量測定》標準中，對試驗方法，包括采用的設(shè)備、儀器、關(guān)鍵器件及其參數(shù)、牌號，以及獲取清潔度測試結(jié)果的分析方法均做了十分具體的規(guī)定和說明，并對發(fā)動機中10多種采用壓力沖洗萃取法的主要零部件的操作步驟做了詳盡的解釋。而該標準每一個新版本的推出都體現(xiàn)了一種補充、改進，如在2004版中就明確規(guī)定了必須選用性能更穩(wěn)定的聚酯型過濾器（濾紙），還增加了一道測試前的“空白值”測定操作，也就是要先用沖洗法對不盛放工件的設(shè)備工作區(qū)域進行一次測試，證明其自身的清潔度是符合要求的。

迄止2000年年中，對清潔度測試雖已相當重視，但評定指標仍以殘余物重量為主。在PⅤ3347標準關(guān)于顆粒尺寸描述一節(jié)中雖指出，在有要求時應對顆粒的尺寸和顆粒的種類做測定，但實際上，國內(nèi)也只有少數(shù)企業(yè)在清潔度試驗中利用普通光學顯微鏡測量顆粒的最大尺寸，并只將測得的結(jié)果作為參考。而在2008年德國大眾推出的ⅤW 01134《發(fā)動機零部件清潔度技術(shù)要求》標準的試行版和正式版中，就描述了發(fā)動機毛坯、成品和標準件等3類零部件的清潔度技術(shù)要求，分別為殘留物重量、最大顆粒尺寸（指顆粒的最大線性長度）和確認評價尺寸的對象應是金屬顆粒，還以表格形式給出了多達數(shù)10種相關(guān)零部件清潔度評價指標的允許值，即目標值，從而為判斷3類不同的發(fā)動機零部件清潔度的狀態(tài)提供了依據(jù)。進而在2012年9月推出的第2版中又增添了統(tǒng)計分析指南這一節(jié)，把顆粒度的統(tǒng)計分析也列為清潔度的一項技術(shù)要求。只是指出了，在實際執(zhí)行這個標準時，還是需從企業(yè)和其產(chǎn)品的實際情況出發(fā)。因此同一種零件的檢測結(jié)果，尤其是形成的報告會有所差別是十分正常的。

正是出于這樣的考慮，ⅤW 01134標準中還提到，在最大顆粒尺寸的后二檔更大的等級中，尚允許存在一定數(shù)量。之后又簡化為“當確定了被測物最大顆粒尺寸均處于最小范圍內(nèi)時，對顆粒的數(shù)量將不加以限制，因此不需要做上述顆粒尺寸（逐檔）的統(tǒng)計分布?！比绱艘粊?，對清潔度檢測結(jié)果的表述，即測試報告將可大大簡化。表1是德國大眾公司下屬Chemniitz工廠的一份典型報告，以第3行缸蓋罩殼為例，其最大顆粒尺寸的允值為1 000 μm，后一檔1 000～2 000 μm顆粒允許有2粒，而再下一檔2 000～3 000 μm顆粒允許1粒，超過3000 μm的顆粒則不允許存在。表中的2項檢查結(jié)果均為合格。

3 提高清潔度測試的技術(shù)水平

事實上，近年來國內(nèi)汽車制造業(yè)已普遍將提高清潔度測試技術(shù)水平置于十分重要的地位。其中所配置的用于萃取、制樣的設(shè)備和用于對殘留污染物進行分析的儀器是最主要的2個方面。

3.1傳統(tǒng)壓力噴射萃取、制樣方式的局限性

眾所周知，壓力噴射法乃是適用性最強，且效率也高的萃取方式。但迄止2000年，即使象PⅤ3347這樣的清潔度試驗標準已在一汽大眾、上海大眾等企業(yè)得到了貫徹執(zhí)行，所采用的試驗裝置仍沒有根本變化，那些落后的開放式、手工水池樣式的萃取、制樣操作模式依然還在延續(xù)使用。

3.2定量清洗在規(guī)范化的基礎(chǔ)上實現(xiàn)清潔度試驗的精細化

標準中對清潔度測試方法有詳盡的描述，這對規(guī)范清潔度試驗操作和流程發(fā)揮了很大的作用。但在實現(xiàn)測試過程的精細化，進一步提高試驗質(zhì)量上還有改進的余地。其中，對清洗不同工件所消耗清潔液量的控制就是最有代表性、最重要的一項改進。近年來國內(nèi)外的一些汽車制造業(yè)對此予以極大關(guān)注并非偶然。事實上，定量清洗的重要性是不言而喻的，特別是對那些大批量生產(chǎn)的企業(yè)。清潔度試驗是監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量的一個重要環(huán)節(jié)，而為了保證在多人操作、抽檢頻次不同的情況下的試驗質(zhì)量，最重要的途徑就是必須堅持在工作流程規(guī)范化基礎(chǔ)上的精細化試驗，而定量清洗就是其中最為關(guān)鍵的一種方法。由于同一工件采用不同清洗量進行清潔度試驗時，采集到的殘留顆粒是不一樣的。因而即使是同一操作員也會因噴洗液量的差別而出現(xiàn)人為偏差，這是難以避免的。為此，在ⅤDA 19和ⅠSO 16232標準中都給出了明確規(guī)定，若設(shè)定量噴洗液量為Q，則當進行清潔度試驗量的噴射量大于或等于Q時，收集到的殘留顆粒量的誤差應控制在10%以內(nèi)：

表1 典型清潔度檢測報告的示例

為求取定量噴洗的液量Q，需對一個試樣做多次試驗后才能得到，設(shè)n是獲得Q時的那一次，Ci是每次測試后的殘留顆粒物的質(zhì)量，下標i=1～n。ⅠSO 16323標準中規(guī)定，一般情況下應試驗次數(shù)n≤ 6。圖2為ⅠSO 16323提取方法的認證。每次都采用相同的溶劑量來測量元件，第5次測量時結(jié)果應小于所有測量結(jié)果之和的10%。由圖中可見，第5次測量時，C5=2 mg＜3 mg。若進行到第6次提取仍未達到小于10%的要求，則須修改提取參數(shù)。

圖2 在定量清洗基礎(chǔ)上進行萃取的工作原理

下面通過一個真實的案例進行分析，被測工件為發(fā)動機的連桿。與前面說明基本原理時的做法相同，每一次噴射清洗時耗用的清潔液用量都為1 L（一般稱其為提取量）。表2給出了連桿經(jīng)過6次噴射清洗后所獲得殘留物質(zhì)量。從表中可見，經(jīng)第3次噴洗后，殘留量降到0.24 mg。由式（1）計算可知，0.24＜10%×2.82，此時殘留量的誤差已經(jīng)小于10%。因此可確定，對這種工件的清洗次數(shù)為3次，其對應清洗劑的用液量Q為3×1 L=3 L。

表2 連桿采用定量清洗案例的實測記錄

3.3滿足精細化要求的清潔度萃取設(shè)備

近年來越來越多的企業(yè)選用了更先進的試驗設(shè)備，圖4是應用較多的一款。它不但具備清洗液回收、再生的功能，還增添可滿足當代清潔度萃取試驗之需的精細化功能，主要有：

（1）清潔液的噴洗壓力可以在0～600 kPa的范圍內(nèi)進行設(shè)定和調(diào)節(jié)。

（2）對每一個（種）零件的清洗液的流量均可預先設(shè)定。如某發(fā)動機缸體的清洗需要10 L清洗液，連桿需要3 L，而較小的螺栓只需要1 L等等。只要把這些數(shù)據(jù)（包括噴洗壓力）預先設(shè)定，在具體操作時，只需輸入零件名，就能自動執(zhí)行規(guī)定噴洗壓力下的定量清洗了。

（3）對試驗工作區(qū)域，即清洗槽側(cè)壁四周的潔凈化可自動完成。

圖4 一種高性能萃取試驗設(shè)備

（4）在工作區(qū)域配置了風幕系統(tǒng)。在噴洗時，槽頂可往下吹經(jīng)過濾的潔凈空氣，而立方槽下前部還有一排風管往外抽風，防止了外部環(huán)境中的顆粒、塵埃進入到工作區(qū)。

3.4高性能顆粒度分析儀器的普及化

為滿足清潔度標準的要求，近幾年來，企業(yè)在選用分析儀器時，已紛紛以先進的專用高效顆粒度分析儀替代已應用多年的通用光學顯微鏡、體式顯微鏡等儀器。

圖5所示分別為2款典型的高性能顆粒度分析儀，它們實際上是一個相當完善的清潔度分析系統(tǒng)。通過所配置的自動載物臺、明/暗場觀測光學系統(tǒng)、PC機以及相應的軟件，不但具備了很高的自動化程度和重復性、再現(xiàn)性，而且可按不同的需求，根據(jù)不同清潔度標準要求選擇和設(shè)置，進行有針對性的分析和評定。最后，通過對試樣整體區(qū)域的圖像拼接，自動生成按某標準要求的分析報告，并附有多種不同形狀最大顆粒的清晰的圖像顯示，包括金屬、非金屬、纖維等。表3給出了目前企業(yè)正在使用的2種清潔度分析儀器主要性能的對比。

4 改進清潔度試驗的操作流程

此外，為了不斷完善清潔度試驗操作流程，對其中的一些細節(jié)的改進也日益引起企業(yè)的關(guān)注和重視。

圖5 2種典型的清潔度分析系統(tǒng)

表3 2種清潔度分析儀器主要性能對比

4.1自制零件試驗前的采集方式

企業(yè)中自制零件的抽檢有2種典型的取樣形式，第一種是直接取自加工線，另一種則是從裝配線上抽取。采取前一種做法主要為了確認機加工線中的清洗工序和其它狀態(tài)是否能滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求。若一旦發(fā)現(xiàn)不合格，也可為之后的工藝改進提供方向。其次從裝配線上抽取則出于這樣的考慮，對一個企業(yè)來說，零件畢竟不是最終產(chǎn)品，從裝配線流出的裝配總成質(zhì)量狀態(tài)對企業(yè)而言更加重要。如能確保此時工件的清潔度應該更有意義，目前多數(shù)發(fā)動機廠采取的是第一種形式。

4.2送檢工件的運輸和存放

就以送檢工件的運輸和存放這一輔助環(huán)節(jié)來說，在它們送往實驗室的途中，會受到不潔環(huán)境的影響。為避免受檢零件在運輸過程中受到污染，必須采用專用的全密封小車，如圖6所示。這種專用運輸小車除了能有效地與外界隔絕、密封這一基本要求外，還應注意以下3點：

（1）小車內(nèi)部結(jié)構(gòu)需要兼顧工件的形狀，并能最大限度地盛放一些零件。就這二點而言，一般將小車分成2類，即軸類零件和箱體類零件。在工件尺寸較小、重量較輕時，還可制成上、下2層；此時下層放較大、較重的缸體，而上層則放置缸蓋。

（2）必須確保零件在輸送過程中相互之間不會發(fā)生磕碰，確保不發(fā)生由于工件的支承體引起其接觸處的磨損，要杜絕損傷零件的重要工作面，如軸類零件的軸頸，箱體類零件的配合平面等。為此往往選工程塑料制作支承體，其形狀也需與零件相匹配。

（3）小車內(nèi)部務必保持潔凈，每次使用過后都必須做一次清洗。其實，除了極個別情況外，所謂的密封小車不可能真正與外部環(huán)境完全隔絕。因此，對所有要進行清潔度檢測的零件（主要指自制零件），無論體積大小、還是金屬抑或非金屬材質(zhì)，都需先完成獨立包裝。至于所用到的透明塑料袋，則要求企業(yè)根據(jù)被測工件的情況委外定制。圖7是一個用透明塑料袋包裝的缸體。

圖6 2種用于工件送檢的全密封小車

圖7 透明塑料袋包裝的缸體

5 結(jié)論

近年來，汽車制造業(yè)、內(nèi)燃機制造業(yè)和相關(guān)行業(yè)，為了適應日益嚴苛的機動車節(jié)能、排放、安全性等法規(guī)的要求，清潔度這一與產(chǎn)品性能密切相關(guān)的質(zhì)量指標受到了越來越多的關(guān)注。而必須指出的一點是，如何有效地、有針對性地提升清潔度的檢測水平是十分重要的一環(huán)。本文通過完善評定標準、提高測試技術(shù)和裝備水平，以及重視細節(jié)、認真改進操作流程3個方面，指出了一條較為有效的途徑。

Three Ways toⅠmprove CleanlinessⅠnspecting Quality ofⅠnternal Combustion Engine Parts

Zhu Zhengde
（Ⅴolkswagen Powertrain(Shanghai)Co.,Ltd.,Shanghai 201807,China）

To improve the operational quality of a vehicle and to meet ever increasingly strict emissions and safety regulations,parts cleanliness to which a vehicle quality and performance is closely related becomes more important.How to improve cleanliness inspection is explicated here through the experience of an engine manufacturer in recent years in the following three aspects:raising cleanliness assessment standards,advancing inspecting technique and improving operation procedure.

cleanliness,assessment standard,inspecting technique,improvement

10.3969/j.issn.1671-0614.2014.04.013

來稿日期：2014-07-15

朱正德（1945-），男，教授級高級工程師，主要研究方向為計量與檢測。