關(guān)於油品清潔度分析

 對汽車零總成件來講，作為工作介質(zhì)的機油，嚴格來講也是其重要“組件”之一，同樣有清潔度問題。事實上，早在本世紀初已有規(guī)范的標準（如ISO4406、ISO4407等）明確了流體介質(zhì)的清潔度要求，不但指明了測試方法，而且把上述殘留物顆粒大小的統(tǒng)計分析確定為評價指標。近幾年來，不少總成廠在貫徹這一標準時，逐漸提升了硬件—檢測設(shè)備的檔次，從只能借助普通的光學顯微鏡，目不轉(zhuǎn)睛的高強度、低效率人工勞作，發(fā)展到利用如圖5所示的清潔度分析系統(tǒng)。這種先進儀器是通過光機電結(jié)合的檢測系統(tǒng)，自動地對清潔後濾紙表面的所有殘渣顆粒快速掃描，同時對粒子大小和按規(guī)定的分類間隔進行測量和統(tǒng)計，最後按設(shè)定的門檻值或不同等級對工件的這一清潔度指標做出判斷。顯然這種儀器不僅可用於油品清潔度分析，還同樣用於前述工件的這一指標的測試。需要指出的一點是，近年來雖然油品分析在不少零部件廠及包括變速器等總成廠已有所執(zhí)行，不過在作為汽車心臟的發(fā)動機制造中，對其應(yīng)用的機油的清潔度分析則剛剛開始。這也表明了對這一檢測項目及指標的認知和重視。

圖4 粒徑50~100μm顆粒數(shù)的統(tǒng)計曲線（示例） 控制產(chǎn)品清潔度的復(fù)雜性 毋庸置疑，把產(chǎn)品的清潔度控制在額定范圍之內(nèi)的基礎(chǔ)是產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。盡管幾乎所有較重要的、有清潔度指標要求的生產(chǎn)線都設(shè)置了清洗工位，且清洗機的功能、效率也由於制造廠商的努力而在不斷提高，但事實是控制好產(chǎn)品的清潔度還是有相當?shù)膹?fù)雜性。原因何在呢？主要還是由主導生產(chǎn)過程的工藝方法決定的。在前面內(nèi)容提到的發(fā)動機中的典型零件曲軸為例，對其清潔度質(zhì)量指標要求的提高就是一個十分艱難的過程。

實踐表明，一件成品清潔度水平的決定因素絕不只是最後一道清洗工序有沒有把它“洗乾凈”那么簡單，它將是整個工藝過程的綜合反映。而很多既要體現(xiàn)技術(shù)進步，又要考慮經(jīng)濟性、制造成本的措施，往往會與這一“目標愿望”相悖。仍以曲軸為例，上述復(fù)雜性就體現(xiàn)在諸多方面。

圖5 一種先進的清潔度殘留物分析儀器 曲軸經(jīng)清潔度試驗後產(chǎn)生的雜質(zhì)、殘渣主要出自三處：非加工面的毛坯面—扇形板；油孔；軸頸等加工面。而其中的影響因素眾多。

毛坯

鑄件在曲軸毛坯中多於鍛件，尤其在中、小排量發(fā)動機中，而在國內(nèi)采用的鑄造工藝以 “砂型”方法為主，較少采用“殼型”。雖然後者形成的工件表面狀態(tài)明顯要好於前者，但因“一次性”的殼型工藝成本高，故企業(yè)傾向於選擇砂型鑄造。當然，為改善毛坯面質(zhì)量還可以增加一道“噴丸硬化”工序，但這又會增加制造成本。

實踐表明，雖然在生產(chǎn)線中設(shè)置了清洗工位，但毛坯的制造工藝和形成的工件表面質(zhì)量，對於曲軸的最終清潔度仍有較大影響。在國外一些知名汽車廠商，已為關(guān)鍵工件的毛坯設(shè)定清潔度控制值，如曲軸毛坯為50mg（殘留物的質(zhì)量），且可以由上家在必要時適當調(diào)整，但在國內(nèi)推行起來時會遇到些困難。不過，必須指出的一點是在鋁制件的毛坯生產(chǎn)廠情況就完全不同，需方（用戶）會對關(guān)鍵鋁制件的毛坯制定明確的清潔度門檻值，主要是那些涉及有運動部件的工件，如缸蓋、水泵殼、機油泵等。有些件的清潔度指標還不只是殘留物的重量，像對缸蓋毛坯這類關(guān)鍵件還進一步提出了對顆粒度分析的要求。對此，即使是國內(nèi)的毛坯供貨廠也會堅決執(zhí)行。

鉆孔—曲軸油孔加工 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，新的工藝更加合理，因此自本世紀初，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，由於執(zhí)行新工藝時采取的是微量潤滑，相比槍鉆工藝邊加工邊以800bar壓力的高壓切削油沖洗，無疑利用後者的方式對清除鉆孔後的切削及其他殘留物的效果較之前者要強的多。

 磨削過程中切削液因素的影響

切削液起冷卻、潤滑、清洗排削、防銹等重要作用，對加工過程的正常進行有很大的幫助。生產(chǎn)實踐告誡人們，作為整個切削加工系統(tǒng)的一個組成部分，切削液必須經(jīng)過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，近年來隨對制造質(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，由於此時的轉(zhuǎn)速、負荷有了明顯提高，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”。後者雖對被加工件也有一定的清洗效果，尤其當采取高壓供給時，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、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（刀具）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，并隨切削液帶走，從而起到清洗作用。圖6是這一過程的原理示意。顯然，在改變了磨削方式和切削液之後，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於工件的防銹，但相比選用“水基”，清洗排削的效果會有所降低，這也是一個不爭的事實。因此如何在進行工藝規(guī)劃、工藝調(diào)整時，對可能會引起工件清潔度的影響給予適當?shù)年P(guān)注，有時候還是必要的。

圖6 表面活性劑的清洗、去污作用 關(guān)於清洗工位

設(shè)置在生產(chǎn)線中的清洗工位對確保產(chǎn)品符合清潔度要求起極大的作用，但這同樣需要工藝部門經(jīng)綜合考慮後決定。近年來以下二個傾向值得關(guān)注： ·取消中間清洗工位，只設(shè)生產(chǎn)線終端那一個。以曲軸線為例，過去部分企業(yè)會在粗加工（包括“鉆孔”工序）、熱處理之後設(shè)立一道中間“清洗”，但近年來此種工藝布置方式已十分少見。這當然也是與實際需要以及出於經(jīng)濟性的考慮有關(guān)。

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，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。在曲軸線終端的清洗工序，越來越多的汽車發(fā)動機廠選擇了“油基”的清洗液，特別是那些在磨削工序中采用CBN砂輪，選擇了切削油的企業(yè)。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行，對工件的防銹會帶來很大的幫助。然而，也如同一柄雙刃劍，就清洗的效果來看，肯定不如水基的清洗液，其內(nèi)在原因與前面闡述的去除作用機理完全相同。

 綜上所述，可清楚地看到控制產(chǎn)品清潔度的重要性和復(fù)雜性，事實確如此，決定產(chǎn)品最終清潔度水平的決不是清洗工序，或是清潔度實驗室的試驗方法/程序，它是整個工藝過程綜合作用的結(jié)果。因此一旦發(fā)生這方面的問題，或者面臨要求提升清潔度的指標門檻值時，也必須逐項、逐道地綜合分析。曲軸作為發(fā)動機總成中一個至關(guān)件，其清潔度雖然只是一個個案，但涉及到方方面面的要素，也可引伸到其他產(chǎn)品。另外，不同企業(yè)對產(chǎn)品的質(zhì)量要求客觀上還是有一定差異的，本文提到的一些指標明顯是處於較高水平，因此在本文里會把遭遇到的一些問題的嚴重性、復(fù)雜性提升到較高程度，但筆者也相信，產(chǎn)品清潔度的重要性無論放到多高的位置都不為過。