汽車變速箱閥體清潔度研究

□ 李秋旭 □ 孫永明 □ 黃熙泰 □ 王凱樂 □ 蔣小燕

廣東鴻圖南通壓鑄有限公司 江蘇南通 226300

1 變速箱閥體清潔度要求

隨著汽車行業的快速發展,各整車廠、發動機廠、變速箱廠對清潔度的控制指標不斷提升。變速箱作為精密傳動裝置,對噪聲、振動等具有苛刻的要求,最終體現在零件、總成件裝配的形位精度與清潔度。若變速箱的清潔度達不到要求,則會引發諸多問題,如油路阻塞影響氣密性檢測、材料磨損縮短變速箱壽命、換擋失效等。

變速箱閥體對清潔度比較敏感,主要原因是閥體與閥芯之間的配合間隙小、油道復雜等。為了防止變速箱閥體卡滯失效,必須嚴格管控閥體的清潔度。目前,筆者公司生產的雙離合器變速箱閥體如圖1所示,清潔度要求如下:

(1)直徑為5～15 μm的夾雜物顆粒,數量允許有25.6萬個;直徑為15～25 μm的夾雜物顆粒,數量允許有4.56萬個;直徑為25～50 μm的夾雜物顆粒,數量允許有16 200個;直徑為50～100 μm的夾雜物顆粒,數量允許有2 880個;直徑為100～200 μm的夾雜物顆粒,數量允許有512個;直徑為200～400 μm的夾雜物顆粒,數量允許有91個;直徑大于400 μm的夾雜物顆粒,數量允許有16個;

(2)夾雜物顆粒直徑最大不得大于1 000 μm;

(3)細絲螺旋狀夾雜物顆粒,直徑小于100 μm,長度小于10倍直徑;

(4)夾雜物顆粒中二氧化硅的含量低于20%,并且顆粒直徑小于20 μm;

▲圖1 雙離合器變速箱閥體

(5)交叉油道孔毛刺的殘留寬度、高度均小于0.05 mm。

2 夾雜物來源

夾雜物是混入物體的多余物質,因此,在生產過程中要控制產品的清潔度,首先要識別夾雜物的來源,分析各工序潛在產生的夾雜物,然后針對產生的夾雜物進行清除和管控。筆者公司生產的壓鑄鋁合金變速箱閥體,夾雜物來源主要包括壓鑄工序產生的毛刺、飛邊、剝離片等,噴丸工序產生的噴丸鋼珠殘留,機加工工序產生的孔內切屑殘留,加工邊緣毛刺,交叉油道孔口存在的高度大于0.05 mm的毛刺,清洗工序使用的潔光液中含有的小顆粒雜質。此外,人員未戴無塵手套等違規操作,終檢包裝工序進行返工返修,周轉容器及包裝容器內存在鋁屑、灰塵等,也是夾雜物來源。上述夾雜物均會影響變速箱閥體的清潔度。

3 清潔度管控措施

通過識別變速箱閥體在生產工序中所產生的夾雜物來源,針對夾雜物來源進行管控,從而保證變速箱閥體的清潔度。筆者主要通過兩個方面來管控變速箱閥體清潔度。

一是在工藝上保證。根據變速箱閥體的特性及生產環境,找出潛在夾雜物,通過壓鑄、機加工、清洗工藝減少夾雜物的產生,來保證變速箱閥體達到清潔度要求。在變速箱閥體生產壓鑄過程中,或多或少會存在毛刺、飛邊等,不能完全避免,但可盡量減少,如頂針印盡可能排布在加工面上來去除頂針印毛刺,將日期及班次的凸臺改為壓鑄機刻碼,通過調節工藝參數來改善變速箱閥體毛坯面的剝離等。在機加工工藝中,可以通過調整加工順序、加工余量、加工方式來減少毛刺的產生及切屑殘留。

二是作業嚴格遵守工序要求。各作業工序制訂夾雜物管理基準并嚴格遵守,確保不發生、不流出夾雜物至后序工序。

筆者公司通過對變速箱閥體不同清洗工藝進行試驗,選用同一壓鑄及機加工批次生產的變速箱閥體,在其它條件不變的情況下,驗證不同清洗工藝后變速箱閥體所能達到的清潔度。重點分析變速箱閥體清洗工藝對清潔度管控的影響,默認員工按照工序要求作業,且周轉容器及包裝容器清潔度符合要求,三種方案最終清潔度檢測取樣均在最后一道清洗工序及終檢之后,檢測結果見表1。

表1 不同清洗工藝變速箱閥體清潔度檢測結果

由表1可以看出,壓鑄鋁合金變速箱閥體清潔度要求高,采用方案一和方案二,變速箱閥體經清洗后清潔度均不合格,方案三雖然清洗工序多,所投入的清洗設備多,但是清洗后的變速箱閥體清潔度合格。

變速箱閥體生產工藝方案一的工藝流程為壓鑄、機加工、高壓清洗、浸滲、試漏、終檢。方案一僅采用高壓清洗工藝,變速箱閥體高壓清洗和終檢工序之后清潔度檢測均不合格,主要體現在小夾雜物顆粒數超標及交叉油道孔口毛刺殘留高度不合格。

高壓清洗能夠顯著提升閥體的清潔度等級。采用高壓清洗機中的高壓水泵,可以將清洗液或純水加壓至20 MPa以上,通過相應的管道在噴嘴處形成高速高能水流,能夠去除零件表面毛刺、鋁屑、油污、切削液等。高壓清洗的優點如下:① 整體清洗效果好,能夠在零件表面產生沖擊作用;② 清洗速度快,并且效率高;③ 無環境污染,并且節能環保,可以采用水或清洗劑作為清洗液,能夠過濾循環使用。但是,高壓清洗對變速箱閥體而言有一定局限性。一是清洗壓力過高會對變速箱閥體表面產生幾何尺寸的影響,因此變速箱閥體高壓清洗的壓力需低于50 MPa。二是雖然可以去除變速箱閥體孔口,尤其是交叉油道孔口邊緣微小毛刺,但是對尺寸較大的毛刺則無法去除。

變速箱閥體生產工藝方案二的工藝流程為壓鑄、機加工、高壓清洗、電化學去毛刺、鼓泡清洗、浸滲、試漏、終檢。方案二采用高壓清洗+電化學去毛刺+鼓泡清洗工藝,變速箱閥體鼓泡清洗和終檢工序后清潔度檢測均不合格,主要體現在小夾雜物顆粒數超標。

電化學去毛刺的基本原理為利用金屬在電解工作液中產生陽極溶解的電化學反應現象。以變速箱閥體為陽極,以工具電極為陰極,當電解液通過變速箱閥體上毛刺和特殊設計工具電極之間十分狹小的間隙時,短時間加以電解電壓,此時在變速箱閥體上的毛刺或棱邊部分電流最集中,電流密度也最大,使毛刺很快被溶除,棱角被倒圓。電化學去毛刺被認為是去除交叉油道孔口和零件內部毛刺的有效方法之一。筆者公司生產的變速箱閥體,交叉油道孔口毛刺殘留高度控制要求高,需應用電化學去除交叉油道孔口毛刺,并且在電化學去毛刺工序之后增加一道鼓泡清洗工序,目的是清洗變速箱閥體表面的電解液。方案二小夾雜物顆粒數超標,滿足不了變速箱閥體清潔度要求,說明現有清洗工藝滿足不了變速箱閥體清潔度要求,清洗后浸滲、試漏工序也可能會對變速箱閥體的清潔度產生一定影響。

變速箱閥體生產工藝方案三的工藝流程為壓鑄、機加工、高壓清洗、電化學去毛刺、鼓泡清洗、浸滲、試漏、超聲波清洗、終檢。方案三采用高壓清洗+電化學去毛刺+鼓泡清洗+超聲波清洗工藝,變速箱閥體超聲波清洗和終檢工序后清潔度檢測均合格。

超聲波清洗利用超聲波振子在清洗槽中產生的空化作用,加速污染物的溶解或剝離,以達到去除污染物的目的。超聲波清洗時,清洗液受到超聲波的輻射,在清洗槽內產生微氣泡。微氣泡在聲波的作用下產生振動,對變速箱閥體內外表面保持沖擊,形成刷洗效果,使小顆粒夾雜物迅速脫離變速箱閥體內外表面,實現高效清洗。但是,超聲波清洗對深孔、盲孔的清洗效果不理想。變速箱閥體深孔、盲孔主要進行高壓清洗,交叉油道孔口主要通過電化學去毛刺,變速箱閥體中小夾雜物顆粒主要進行超聲波清洗。顯然方案三可以滿足變速箱閥體的清潔度要求,因此筆者公司變速箱閥體實際生產工藝流程選用方案三。

4 清潔度檢測

在變速箱閥體清洗前,必須對清洗空間進行自清洗。清洗液的清潔度檢測方法如下:將清洗液過濾器殘留物濾膜質量減去過濾器濾膜質量,如果超過0.50 mg/L,就必須更換清洗液。筆者公司變速箱閥體采用顆粒計數法進行清潔度檢測,通過光學顯微鏡和分析計數軟件可以計算出濾膜上不同尺寸金屬、非金屬顆粒物的數量分布,進而定量分析變速箱閥體的清潔度。變速箱閥體交叉油道孔口毛刺殘留寬度、高度采用10倍投影儀進行檢測。

5 結束語

筆者針對壓鑄鋁合金變速箱閥體清潔度存在的問題進行了研究。在生產過程中,要控制變速箱閥體的清潔度,首先要識別夾雜物來源,分析各道工序潛在可能產生的夾雜物,然后針對所產生的夾雜物進行清除和管控。

通過方案對比,選擇可滿足變速箱閥體清潔度要求的工藝流程,具體為壓鑄、機加工、高壓清洗、電化學去毛刺、鼓泡清洗、浸滲、試漏、超聲波清洗、終檢,從而確保筆者公司生產的變速箱閥體的清潔度滿足要求。