淺談發動機活塞清潔度管控

楊續華

摘 要：活塞的清潔度影響著發動機的清潔度情況，對活塞的使用壽命和發動機產品的質量和可靠性有較大的影響，文章主要敘述了清潔度的概況，清潔度的重要性，活塞清潔度的影響因素，還闡述了提升清潔度的措施不僅需從技術上進行控制，同樣也需要從管理上進行加強。

關鍵詞：清潔度;金屬顆粒;工藝流程;生產環境;測試環境

中圖分類號：U472.43 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）10-199-03

Talking About the Control of Engine Piston Cleanliness

Yang Xuhua

（ Huayu Colburn Schmidt Piston Co.， Ltd.， Shanghai 201800 ）

Abstract：?The Cleanliness of Piston have a great effect on the whole engine cleanliness level， and influence the shelf life of piston and the quality and reliability of engine， This paper describes the general requirement of Cleanliness test， the importance of Cleanliness and the factors of affecting the cleanliness of piston. The paper also explains that measures to improve and to be strengthened the cleanliness level which not only from technical site but also from daily management.

Keywords： Cleanliness;?Metal particl;?Process flow;?Production environment;?Testing environment

CLC NO.： U472.43 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）10-199-03

1 概述

清潔度的定義指的是產品的潔凈程度，主要指產品表面殘留微小顆粒物的程度。清潔度是對工作環境、加工產品、過程管控等清潔情況的度量，包括工作環境的清潔度（含塵量）、生產加工的產品表面的清潔度、用水的水質及其污染度、空調供風和壓縮空氣的潔凈度等。一般我們是通過顆粒物的類別、尺寸、數量、重量來衡量樣品被污染的程度。

控制產品清潔度目的是通過標準的方法去驗證產品的清潔度是否達到相關行業的要求，進而確保生產的產品達到預定的使用壽命。主要涉及的范圍是：汽車行業各零部件、發動機系統、變速箱系統、傳動系統、航空、半導體、醫療設備、通訊產品、精密儀表等行業。

2 清潔度重要性

據有關資料統計，發動機清潔的勞動量約占整個產品制造勞動量的10%～20%，發動機主要摩擦副和重要項目的壽命如下表。

從表1中可以看出，國內的產品均比國外產品的使用壽命低一半以上。造成此差距的原因有很多，設計方案、制造精度、配合公差設計等方面，而零部件以及整機的清潔度水平是其中非常重要的因素之一。事實證明，由于裝配前的清洗工藝與清洗質量的較大差異，清潔度水平好的能運轉幾千小時，差的只能運轉幾百小時甚至幾小時。舉幾個簡單的例子：

（1）在加工中如果清除零件和夾具定位面上的切屑不細致，則會影響零件加工的精確定位;

（2）如果機械雜質殘留在零件的配合面或油道孔上，那么在裝配時，精密件表面會被擦傷，而且在試運轉和實際使用過程中，配合表面極易造成破壞;

（3）在不加工的內腔內（如水道）存在過多的鑄造雜質和砂粒還會影響整機的性能;

（4）產品上的翻邊毛刺、飛邊等殘留會在內部震動和潤滑油沖刷等條件下掉落，進而堵住或影響發動機的正常運轉和使用壽命。

因此清潔度的好壞，不僅與產品性能、壽命有關，而且與產品和企業的聲譽有關。下面簡單羅列了金屬及硬質雜質殘留物對發動機的有害影響主要方面：

（1）擦傷：發動機缸孔擦傷呈條狀，有不同的深度和寬度的直線傷痕;

（2）活塞表層的石墨層脫落，對活塞壽命造成影響，發動機內部積碳增多;

（3）拉缸：發動機不能進行工作，部位不規則;

（4）損壞曲軸和軸瓦;

（5）影響整機壽命和性能，如油壓降低、整機抱死等;

（6）阻礙冷卻水流動;

（7）缸孔的磨損、氣門導管及油封的磨損會造成燒機油。

3 清潔度的影響因素

3.1 產品標準

產品在設計階段就去考慮到清潔度的要求，應該在圖紙上或規范上規定清潔度的限值及允許的檢測方法，產品的結構設計需考慮拋丸和清洗等生產工藝（如對內腔和油道等）。

表2列取了不同客戶針對活塞和活塞總成的清潔度要求，從下面要求可以看出，各OEM對清潔度的重量均有要求，但不同是各主機廠對重量、顆粒、抽檢頻次和測試條件等存在不同的要求。

3.2 工藝流程和生產控制

針對零件清潔度的管控需要針對整個生產工藝流程進行考慮和設計，針對工藝流程的部局、每道工序的物流方向、過程的設計以及具體的管控方面，以鋁合金活塞的生產工藝為例：活塞的主要生產工藝：鑄造→清理→機加工→預清洗→尺寸全檢→最終清洗→裝配→GP12檢查→包裝→發貨。

熱工、沖壓等工序：熱工、沖壓等生產出零件的飛邊、毛刺、氧化皮等需自動或人工打磨干凈，用拋丸/噴丸/噴砂等工序對零件的內腔、油道等死角進行處理，必要時人工進行處理;

機加工工藝：對機加工的刀具，切削液進行合理選擇、監控確保不產生長及大的金屬屑，且針對小的盲孔、螺紋孔及通孔等區域，考慮刀具的排屑，防止金屬屑卡在孔內，造成后續清潔度超差，進而影響產品的功能;

清洗工序：根據產品的清潔度要求、產品結構、產品外觀要求及經濟性等來設計清洗工藝，如以下考慮：

a.僅有顆粒物重量要求，且重量要求不高時，一般只需要有超聲波清洗即可。

b.如果清潔度要求較高，且對產品的內腔、油道等區域的顆粒度尺寸、數量有要求時，需根據要求來設計高壓清洗工藝，并確認清洗機品牌、清洗機壓力大小、清洗詳細路徑及清洗的有效性等，同時應考慮清洗液類型、濃度、清洗溫度、濾芯尺寸的選擇對清潔度的影響;

檢查工序：a.檢查工序需考慮工作臺的清潔，并考慮在終檢工序將檢具對直徑、位置度、螺紋孔的100%檢查移至清洗工序前或在檢查完后再增加一道清洗工序，用以保證檢具的檢查不會引入新的顆粒，導致清潔度超差;b.考慮人員的著裝和手套的更換頻次;

裝配工序：a.各種外購和自制的零部件應符合產品圖紙和規范要求;b.設備和工裝應符合清潔度要求;c.裝配的環境應符合清潔度要求;d.對重要的裝配面（缸孔、密封面等），孔道、內腔采用定期擦、吹、吸、刷等人工手段去除臟污和雜質等;e.潤滑油等盛放容器需保證清潔并保證定期清理;

流轉工序：裝配車間零部件的轉運和總成零件的轉運，應盡可能用專用拖盤、仿形吸塑盤等轉運托盤，用鏈條、輸送帶、輥道或專門的運輸車間進行轉運，運轉的托盤、容器和軌道需定期進行清潔，保證清潔度要求;

包裝工序：a.針對有顆粒大小和數量有要求的清潔度，需要求包裝材料需定期進行清洗或清潔，確保在包裝前沒有異物留在包裝材料內;b.包裝人員所使用的手套等需定期進行更換，防止手套上累積的顆粒掉落到產品中;包裝的環境應該是隔離且封閉，避免有外來顆粒進入產品;c.根據產品不同的清潔度要求，可定義是否在零件外部、每層或每拖零件加裝塑料袋，防止運輸過程中引入外來顆粒造成清潔度超差。

3.3 生產環境和測試環境

工廠的生產環境要良好，要做好車間及工序的規劃和布局。

（1）機加工車間應該遠離熱工車間、熔煉車間和易產生粉塵和金屬屑的生產車間;

（2）清洗工序和后道工序需遠離機加工及易產生金屬屑的生產工序，根據客戶圖紙標準要求，前期進行評估確認廠房和車間環境，如有必要需要考慮在密閉的房間、負壓車間或在無塵室進行加工、清洗、檢查及包裝等;

（3）裝配車間要和各熱工、機加工等車間隔離并封閉，如有必要設置成負壓車間或無塵車間;

（4）測試環境要隔離并封閉，并對溫濕度環境進行監控，可根據產品的要求，并參考ISO16232或VDA19的清潔度要求，建立起清潔度測試系統，可根據需求設置成負壓環境或無塵環境，無塵室可參考國標ISO14644。

3.3.1 清潔度提升措施

通過對發動機活塞零件技術要求和生產現狀進行分析，可以看出清潔度的提升不僅僅是一個技術問題，同時也是現場管理的問題，需要從整個生產系統進行管控和提升，才能較好的保證客戶針對零件清潔度的影響。

3.3.1.1 技術方面

1）制定和優化較完善可行和適應生產的工藝標準，并對標準的實施進行監控、分析和優化;

2）治理好鑄造車間等的粉塵管理，建立并定期確認抽風除塵系統的有效性;

3）裝配車間實行負壓系統，防止外來的顆粒和污染物流入到裝配車間;

4）零件在最終清洗前，預先進行預清洗，對機加工產生的毛刺、飛邊及深孔內的鋁屑等進行壓力沖洗，并定期用藍墨水試驗驗證其有效性;

5）對機加工刀具和程序進行優化，避免產能連續及較大的鋁屑產生;

6）對較小的盲孔、螺紋孔、光孔等加工，要考慮使用可排屑的刀具;

7）將終檢中的尺寸及螺紋孔的檢測等工序，移至最終清新前，防止因檢測而引入的金屬顆粒;

3.3.1.2 管理方面

1）培訓現場員工，提升現場員工的質量意識，認真執行各項公司規章管理標準和制度;

2）定期對設備、工裝、工作臺、工位器具、輥道、送件車輛等進行擦拭和吸塵，并對顆粒物進行分析其來源，并進行改善;

3）對產品清潔度的重量和大金屬顆粒數量和大小持續進行監控，如出現較大的波動，需對波動情況進行分析改善，必要時針對顆粒的成分進行EDX確認;

4）對機加工后和發貨前的每一道工序對大顆粒無的來源進行排查，需包含過程中的包材和轉運過程，針對發現的問題進行分析和改善。

4 結束語

綜上所述，清潔度是金屬加工和汽車行業面臨的重要問題，現將影響金屬零件清潔度的因素及改善措施與業內同仁分享，希望能夠對發動機整機清潔度起到一些啟示作用，可以通過清潔度控制管理，讓中國制造越來越好。

參考文獻

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