清洁度对机械产品质量的影响及控制

避　文章编号：１６７１—８９０９（２０１１）０４—００２４—０６　清洗世界　Ｃｌｅａｎｉｎｇ　Ｗｏｒｌｄ　第２７卷第４期　２０１　１年４月　◆主　注　士　月　口　度对机械产品质量的　影响及控制　焦凤菊，段华荣，曹淑芬，王治军　（中国一拖集团公司技术中心工艺材料研究所，河南洛阳４７１００３）　摘要：本文从机械产品的动力系统、传动系统及表面涂装三个方面阐述了清洁度对机械产品　质量的影响。以发动机为例说明了影响清洁度的因素，提出了控制、提高清洁度的技术措施和　管理方案。　关键词：机械产品；清洁度；质量；控制　中图分类号：ＴＥ９６６　文献标识码：Ｂ　Ｅｆｆｅｃｔ　ａｎｄ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｏｆ　ｃｌｅａｎｌｉｎｅｓｓ　ｏｎ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ＪＩＡ０　，ＤＵＡＮ　Ｈｕａｒｏｎｇ，ＣＡＯ　Ｓｈｕｆｅｎ，ＷＡＮＧ　Ｚｈｉｊｕｎ　（Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｃｅｎｔｅｒ—Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，　ＹＴＯ　Ｇｒｏｕｐ　ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｌｕｏｙａｎｇ　Ｈｅ　ｎａｎ　４７　１　００３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｅｘｐｏｕｎｄｓ　ｃｌｅａｎｌｉｎｅｓｓ　ｈａｖｅ　ａｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｎ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｏｆ　ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｐｏｗｅｒ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｃｏａｔｉｎｇ　ｏｎ　ｔｈｒｅｅ　ａｓｐｅｃｔｓ．Ｗｉｔｈ　ｅｎｇｉｎｅ　ａｓ　ａｎ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｔｏ　ｉｌｌｕｓｔｒａｔｅ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｏｆ　ｃｌｅａｎｎｅｓｓ，ｐｕｔｓ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｎｄ　ｉｍ—　ｐｒｏｖｅ　ｃｌｅａｎｎｅｓｓ　ｏｆ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｓｃｈｅｍｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ；ｃｌｅａｎｌｉｎｅｓｓ；ｑｕａｌｉｔｙ；ｃｏｎｔｒｏｌ　产品质量，是指一组固有特性满足要求的程度，　就机械产品而言，这些特性包括动力性、经济性、环　品质量的目的。　国外早在几十年前就把零件的清洗及清洁度控　保性、安全性和可靠性等若干方面，而机械产品的清　洁度指标与机械产品的可靠性有着直接的关系，特　别是十二五提到的精密制造、绿色制造等高科技产　业中，提高产品的清洁度，显得更为重要。因此，机　制视为产品的生命线，并给予高度的重视。近些年　来，国内不少企业如山东潍柴、广西玉柴、上海柴油　机、无锡柴油机等企业也开始积极关注产品清洁度　品质的提升。　械产品生产企业除了对各种零部件的材质、加工尺　寸、形位公差等项目进行监控以外，还应该加强对产　品零件和整机清洁度的监控，已达到提高和控制产　清洁度，是指合格产品总成的系统和内腔（包括　不加工的重要内腔），以及各类零件的孔道及精加工　表面残留机械杂质的程度，清洁度高低是以杂质的　收稿日期：２０１ｌ一０１—０８　作者简介：焦凤菊（１９６５一），女，高级工程师，主要从事钢铁、有色金属及矿物原材料、清洗剂、切削液及化工原材料的分析检测。　第２７卷　焦凤菊等．清洁度对机械产品质量的影响及控制　．２５．　重量计算。机械行业标准的基础上，结合企业产品　的自身特点，把能够影响整机清洁度的零部件都囊　括进来，用保证零部件的清洁度来达到最终保证整　机清洁度的目的。整机清洁度的提升，对提高和控　制机械产品质量具有十分重要的意义。　１　控制清洁度的重要性　清洁度对机械产品质量的影响主要表现在：对　发动机性能及可靠性的影响；对传动系统的驱动桥、　传动箱性能及可靠性影响；对表面涂装质量的影响　等方面。以下从这三个方面讲述清洁度对机械产品　质量的影响。　１．１清洁度对发动机的影响　发动机制造是一个从零件浇铸、加工、装配、涂　装、整机试运行的复杂过程，每一个工序完成后都会　残留下一些机械杂质。在加工过程中残留在零件和　夹具定位面上的切屑不清理干净，则会影响零件加　工的精确定位；残留在零件的配合面或油道孔上切　屑不清理干净，在装配时，精密件表面会被擦伤，而　且在试运行和实际使用过程中，配合表面极易造成　破坏；另外，在不加工的内腔（如水道或油道）如存在　过多的铸造杂质和砂粒也会影响整机的性能；发动　机润滑油的清洁度如果不合格，也会加速机械零件　摩擦副表面的磨损，使发动机性能下降，寿命缩短。　因此，清洁度是发动机的一个十分重要的质量特性。　发动机内机械杂质残留物对发动机的损害主要体现　在以下几个方面　。　（１）进气总管、进气道、缸套、活塞等不清洁，轻　者使缸套活塞拉毛，严重者使活塞被“咬死”，被迫停　止工作。　（２）机油管路、主油道、滤清器、连杆等不洁，轻　者使轴瓦及运动件表面拉毛，严重者堵塞油路，连杆　轴承和主轴承因断油造成温度急剧升高而“烧瓦”，　甚至造成连杆或曲轴断裂，致使机器毁损并危及工　作人员安全。　（３）由于燃油及燃油管路不清洁，易导致三对偶　件早期磨损，严重者被卡死而停止运转。如果在燃　油中混入１２１ｘｒｎ左右硬质微粒，供油系统精密偶件　将受到极大的危害。　（４）由于润滑机油不清洁，易使凸轮轴、轴瓦、摇　臂、气门挺柱、气门及气门导管、齿轮等运动件表面　损伤或早期磨损。此外，由于润滑机油不清洁，易使　密封圈磨损，造成早期漏油。　（５）各接合面、密封面由于泥沙、金属碎屑、毛刺　等杂质未除，易使局部密封失效，造成“三漏”。加油　口、油尺插入处等密封不良，灰砂易进入机内，同样　会产生不良后果。　（６）试运行或运行时用含杂质的机油、柴油易造　成燃烧不良，促使发动机烟度及废气排放超标或恶　化。　总之，零件及整机的清洁度、使用的润滑油和燃　油的清洁度都会对发动机的可靠性和寿命造成严重　的影响。　１．２清洁度对传动系统的影响　驱动桥和传动箱及是汽车和拖拉机传动系统的重　要构件，它们的内腔，支撑并保护有中央传动机构等重　要运动部件，所以，其清洁度的好坏，将直接决定着驱动　桥和传动箱的工作质量和使用寿命，这是因为：　（１）传动系统的壳体类零件在铸造过程中，其表　面和内腔会粘附有大量的铸造型砂，虽经抛丸等工　艺予以强制清理，但仍会有一些型砂颗粒及粉末残　留在零件的表面和内腔壁上；　（２）传动系统的零件，在加工、贮藏、运输的过程　中，其表面和内腔会粘会附有大量的切屑、油脂、防　腐剂、焊滴、焊渣、密封胶、油漆、灰尘、氧化物等杂质　碎末；　（３）在传动箱内齿轮的啮合中，由于齿轮加工工　艺及材质不同，齿轮面粗糙度不同，易造成钢屑脱　落，箱体内壁防锈油漆及粘附的铸造砂粒经机油浸　泡脱落，进入传动液；　清洗世界　第４期　（４）传动系统用的润滑油及液压油的清洁度较　低将会直接影响着整个系统的清洁度。　以上这些残留型砂及杂质碎末，如果在装配前　便会逐渐脱离腔体内壁侵入运动副之中，出现硬性　磨粒，损伤运动部件，降低工作质量，影响使用寿命　和可靠性。同样这些残留物进入传动油，易使密封　圈磨损，造成漏油，滤清器堵塞等现象，严重时，会造　成产品报废或酿成安全事故。图１所示为残留的加　工碎屑造成密封圈磨损现象。　不经过有效的清理，以达到传动系统用油的清洁度　指标，那么，传动副在其运转的过程中，由于受机油　浸泡和运行震动的影响，残存的型砂、碎末及防锈漆　ａ）磨损密封圈的加工杂质　ｂ）被磨损的密封图　图１　磨损密封圈的加工杂质（杂质为放大后照片）和被磨损的密封圈　１．３清洁度对涂装的影响　涂装是整个机械产品的外在表现，其质量的好　坏直接影响着用户的取向。在市场经济的今天，产　品日益丰富，市场竞争越来越激烈，而且随着产品质　量趋向同质化，外观质量渐渐被人们重视，它已经成　清洗剂必须选用涂装专用的清洗剂，并对清洗表面　进行多次冲洗。　涂装前工件表面清洁度较低，很易造成涂层的　鼓泡或脱落，严重影响产品的外观质量，影响产品的　市场竞争力。　为企业竞争力的一个重要因素。在产品性能、价格　基本相同的情况下，外观新颖、美观的产品往往更能　得到消费者的青睐，赢得商机。机械产品要想立于　市场的前沿，在性能好的前提下，同样也需要外观新　颖、美观。因此涂装质量同样是整个机械产品质量　２　影响清洁度的因素　影响清洁度的因素主要是生产过程中残留的机　械杂质，提高清洁度的目的就是要减少这些杂质造　成的磨料磨损。这些杂质的主要来源是加工过程中　的一个重要部分。影响涂装质量的除了涂装用的各　未能清洗掉的残留杂质，如铸造型砂、锻件氧化皮、　切削生成的毛刺、金属屑等、密封粘胶、人和外界环　境带入的杂质，如灰尘等。在此，还要提出往往会被　人忽视的一点，在工业清洗过程中所选用的清洗剂，　如果水不溶物过高或表面活性剂不易清洗，及清洗　种材质质量外，涂装前工件表面清洁度也是一个重　要因素。　涂装前工件的清洁度控制必须非常严格，才能　达到涂装工艺的要求。在涂装前除要清洗工件表面　的加工粉末、油污、氧化物、灰尘等外，还要特别注意　清洗剂的残留物，在清洗过程中，表面活性剂取代污　垢吸附于被清洗表面，形成大约０．１ｎｍ厚的膜，用水　很难冲洗除去，表面活性剂的残留层严重降低涂层、　镀层、磷化层的附着力，影响涂装质量。因此，选择　槽液的浊度偏高，也会造成清洗工件的清洁度较差，　影响清洗质量。　下面以发动机为例阐述清洁度的影响因素。　２．１整机清洁度的影响因素　整机生产过程中影响清洁度的环节较多，因此　第２７卷　焦风菊等．清洁度对机械产品质量的影响及控制　是清洁度控制的重点。例如：（１）装配过程中密封胶　水过量涂刷对清洁度的影响；（２）装配线零部件毛　刺、披锋、杂屑等对清洁度的影响；（３）试车过程中循　环机油及机油管路不洁对清洁度的影响；（４）装配车　间的环境不能满足清洁度要求；（５）等工、返工发动　机长时间裸露在车间里，降尘对清洁度的影响；（６）　选用的润滑油及燃油的清洁度不能够满足清洁度要　求等。　２．２零部件机￣ｊｎ－ｒ生产过程中清洁度的影响因素　零部件生产过程中影响清洁度的环节最多，控　制零部件的清洁度就是保证零部件的清洁度来达到　最终保证整机清洁度的目的，因此零部件清洁度是　控制的关键。在生产过程中零部件清洁度控制存在　的问题比较突出的是：（１）在零部件加工过程中，中　间工序往往没有设置清洗工序，到最后进行“算总　帐”式清洗，清洗效果不佳；（２）清洗设备的工艺参　数如清洗液温度、浓度、清洗压力、时间、清洗槽液的　浊度等缺乏定期监控，使清洗功效达不到工艺要求；　（３）现场清洁度质量监督缺乏规范，清洗作业人员思　想认知不到位，缺少细化的作业指导，操作时随心所　欲；（４）机械加工过程中对毛刺、飞边的控制的重视　度不够，缺乏清除毛刺、飞边的工序设置；（５）成品　完工后涂刷防锈机油的过程缺乏控制，所用防锈油、　刷子较脏，造成二次污染；（６）选用的清洗剂本身的　清洁度不能够满足清洗要求；（７）清洗液和漂洗液长　期不更换，浊度过高，造成被清洗工件的二次污染。　当上述机械杂质颗粒度在１０～４０１ｘｍ之间时，　对发动机的活塞环和气缸的磨损最大；颗粒度在５　～１５１，ｚｍ之间时，对曲轴主轴颈和连杆轴颈的磨损最　大；对于燃油必须将大于ｌＯＩｘｍ的微粒过滤干净，而　对于润滑油必须将大于５Ｉｘｍ的微粒过滤干净，否则　都会对工作面和密封件造成磨损。　３　提高清洁度的措施　通过对机械产品清洁度现状进行分析可知，控　制、提高机械产品的清洁度既是一个技术问题，也是　一个管理问题，必须综合考虑。还以发动机为例说　明提高清洁度应注意的几点技术措施和管理方案：　３．１产品设计中限定清洁度标准　在发动机产品设计阶段就应考虑产品的各部分　清洁度的要求（包括热加工、机加工的各个工序及最　终工序），应在技术条件中规定清洁度的限值要求，　并要考虑产品结构对清洗工艺的需求及清洁度的限　值，如设计便于热加工清理的内腔和通道等；机加工　时表面及轴承配合面清洁度规定限值；螺纹孔、深孔　及交叉深孔的清洁度限值等。　３．２提高生产装配环境　生产环境要求良好，机加工车间应远离热加工　车间、锅炉房和易产生粉尘的车间，对加工车间易产　生粉尘的设备或工序，应采用除尘净化装置。装配　车间和冷热加工车间应隔离并封闭，装配车间环境　采用增压，以防止外界粉尘进入车间，室温尽可能恒　定，２４ｈ空气降尘量应控制在４０ｍｇ／ｍ　以内。对于　精密设备的装配，２４ｈ空气降尘量应控制在５ｍｇ／ｍ　以内，最好采用全封闭、全空调环境。　３．３强化加工工艺后清洁　３．３．１　热加工　如发动机缸盖的水套、油道等内腔的型砂要清　理干净，飞边、毛刺、氧化皮要清除干净；采用小粒喷　丸作为清理喷丸，以清除铸件死角，必要时用手工清　理等。　３．３．２机械加工　加工产生的飞边、毛刺应清理干净；清除零件盲　孔内的金属切屑等；在机加工序中间清洗时应使用　高效清洗机、清洗液，对清洗液浓度、清洗温度和压　力做出最佳限定，控制清洗液的浊度，减少清洗过程　造成的二次污染。　３．３．３装配加工　各种自制零件和外协、外购件应符合规定的清　洁度要求，设备和工装也应符合清洁度的要求；对于　清洗世界　第４期　重要的配合面（如曲轴轴颈、缸孔等）孔道、内腔采　用擦、吹、吸、刷等手段清除赃物。润滑油、燃油的盛　放容器及润滑油、燃油自身应达到规定的清洁度要　求。　３．４加强生产管理　控制和提高机械产品的清洁度，是一个技术和　管理的综合问题。因此，在解决技术问题的同时，管　理也必须紧紧跟上。　３．４．１清洁度检测　定期和不定期对发动机整机和零部件进行清洁　度的检测，控制整机和零部件的清洁度在限值以内。　清洁度测试方法通常按国家标准ＧＢ／Ｔ３８２１－－２００５　《中小功率内燃机清洁度测定方法》执行。　３．４．１．１　清洁度测试室的配置　（１）清洁度测试室的主要设备有：清洗用高压　枪、空压机、过滤用真空泵、烘干杂质用的烘箱、称重　用的电子天平、以及相配套的吸滤瓶、漏斗、漏斗座　等辅助工具等。　（２）清洁度测试室的房间按国家标准通常分隔　为解体、清洗、过滤、烘干、称重和分析等操作间。清　洁度测试用溶剂油要专用油桶，单独存放。由于进　行清洁度测试时，一般是采用ＮＹ一１２０溶剂汽油进　行清洗，因此清洗、过滤房间里吊车、空调、排气风　扇、电灯等电气设施都必须采用安全防爆型。　（３）清洁度测试室必须制定严格的安全防火操　作规范和作业指导书，要有良好的降尘量、干燥、通　风措施，并严格执行和监控。　３．４．１．２整机清洁度测试方法　发动机整机清洁度测试方法，一般是从合格下　线的发动机或仓库合格发动机中抽样提取，然后将　发动机放到试验台架上运行３０ｒａｉｎ，且使机油油温达　到６５℃时，方可停车后进行测定。测定时对机油滤　清器、油底壳等进行解体、清洗、过滤、烘干、称重、分　析。对机油进行杂质过滤、烘干、称重。两者相加得　到杂质总重量。此外通过磁棒可以将磁性物质（如：　铁粉、铁屑）与非磁性物质区分，以便分析杂质的来　源。通过显微镜可以测量出杂质颗粒的长、宽、高尺　寸。　３．４．１．３零部件清洁度测试方法　零部件清洁度测试，可以对加工过程中清洗工　序被清洗零件清洁度的测试，也可以是整机运行后　对零部件规定部位如油道、气道、机油经过的内腔或　表面等进行解体、清洗、过滤、烘干、称重、分析，基本　方法同整机清洁度测试操作。　３．４．２整机生产过程中清洁度质量控制　上述（２．１）中影响整机清洁度的因素采取相应　的控制措施：（１）装配过程中适量涂刷密封胶水；　（２）严禁具有毛刺、披锋、杂屑等的零部件进入装配　线；（３）试车过程中必须使用清洁度合格的循环机　油，控制机油管路的清洁度；（４）控制装配车间的环　境，使其满足清洁度要求；（５）对于等工、返工发动机　要进行防尘保护；（６）选用满足清洁度要求的润滑油　及燃油等。　另外，还需对试车循环机油和机油滤清器两个　对清洁度影响最大的因素采取有效措施：　１）对试车循环机油制定清洁度限值，定期对循　环机油取样测试清洁度，定期更换循环机油和清洗　机油管路，使发动机内的油道、剩余机油、机油冷却　器、油底壳等清洁度处于良好状态。　２）试车采用工艺用机油滤清器，试车后更换为　产品机油滤清器，使出厂发动机的机油滤清器处于　无杂质理想状态，保证发动机的清洁度。　３．４．３零部件加工生产过程中的清洁度质量控制　对上述（２．２）中影响零部件清洁度的因素采取　相应的控制措施：１）合理设置中间清洗工序，配备定　点定位清洗机，选择合适的清洗剂，使铁屑等杂质及　时清洗掉，避免产生粘结等难以清洗的问题；２）合　理设定清洗液浓度、温度、压力、清洗时间等，时时对　清洗液浊度进行监控，定期更换清洗液和漂洗液，降　低清洗过程造成的二次污染；３）提高思想认识，把清　第２７卷　焦凤菊等．清洁度对机械产品质量的影响及控制　・２９・　洗设备视为关键加工设备定期监控，把清洁度指标　视为关键质量特性值来看待；４）细化工艺文件和作　业指导书，规范现场质量监督要求，零部件清洁度不　合格按不合格程序处理；５）成品完工后涂刷防锈机　油改为喷防锈油，防止油桶内防锈油的污染。　３．４．４铸造生产过程中清洁度的质量控制　铸造零部件生产过程是特殊工序，主要靠过程　工艺参数控制来保证质量。铸件毛坯如缸体、缸盖　其清洁度与成品的清洁度有着很密切的关系。铸件　清洁度控制的主要措施为：　１）选择性能较好的铸造泥芯涂料等原辅材料；　２）对铸件内腔的铸造型砂采用机械震击和定点吹风　方法予以清整，对于难清理部分，采用人工清理等　等；３）对铸造毛坯提出毛坯清洁度限值的要求，并定　期进行检查等。　３．４．５运输、包装、储存过程中清洁度的质量控制　运输、包装、储存过程也是影响零部件清洁度的　一个环节，因为运输车辆、工位器具、包装物等清洁　与否，对零部件清洁度也会造成影响，甚至会造成二　次污染，使清洁度达标的零部件受到损害。运输、包　装、储存控制的主要措施为：　１）反复使用的运输车辆、工位器具要定期清洗　干净；２）包装物要清洁、牢固不破损；３）运输过程中　零部件要有完善的清洁度防护措施，包括：防雨、放　碰伤、防污染；４）零部件储存过程对仓库环境、储存　日期等有一定的要求，避免零部件生锈、发霉、积尘　等影响零部件的清洁度。　３．４．６　外购零部件的清洁度质量控制　外购零部件的清洁度控制与自制零部件的控制　方法是基本相同的，只是外购件是由众多供应商生　产的，因此控制难度更大些。控制要点主要是：　１）在采购文件中必须输出清洁度限值标准及测　试方法；２）供应商应制定清洁度工艺方案及进行工　艺试验、验证；３）供应商应制定清洁度过程控制文件　并严格实施；４）供应商应配备清洁度测试设备及测　试室，对清洁度进行监控；５）供应商应改进运输、包　装、储存方式，有效控制二次污染；６）采购工程师对　供应商清洁度控制进行过程认可和定期审核；７）购　货单位进行清洁度连续多批进货验证，逐步过渡到　清洁度免检。　同样，对于传动系统和表面涂装而言，也需要注　意上述对清洁度的影响因素，加强对清洁度的认识，　在技术和管理上严格控制清洁度的限值，为机械产　品的整体质量提升打下良好的基础。　４　结束语　机械产品清洁度影响因素贯穿于生产的全过　程，涉及到企业的每一个人、每一个部门，目前许多　制造企业，由于受生产条件、生产批量、管理水平、人　员素质、思想意识、技术改造资金受限制等各种因素　的影响，产品清洁度品质，波动较大，给产品质量的　控制造成很大的难度。建议引入全面质量管理体　系，从人、设备、物料、方法和环境五个方面查找原　因，找出其主要影响因素，采取相应改进措施，控制　实测清洁度值保持在限值以下一个适度的稳定值，　从而确保机械产品具有良好的内在质量，使产品永　远立足于市场的领军者。　参考文献　［１］吕丽，章水．柴油机清洁度研讨［Ｊ］．柴油机清洁度研　讨，２００２（３）：３９—４０．　［２］刘伟．发动机清洁度的控制与管理［Ｊ］．天津汽车，２００３　（１）：２４—２５．　［３］ＢＧ／Ｔ３８２１—２００５　５．中小功率内燃机清洁度测定方法．北　京：中国标准出版社，２００５．　［４］陈力．柴油机清洁度的持续改进［Ｊ］．柴油机设计与制　造，２００８，２９（３）：４９—５２．