Co właściwie zanieczyszcza Twój przedmiot obrabiany? Kompleksowy przewodnik po zanieczyszczeniach występujących w przemyśle i dopasowanych do nich procesach czyszczenia

Przegląd

Wybór maszyny do czyszczenia przemysłowego powinien rozpocząć się od jednego podstawowego pytania: Jakie zanieczyszczenia rzeczywiście znajdują się na przedmiocie obrabianym?

Odpadki metalowe, olej i płyny chłodząco-smarujące, pozostałości piasku formierskiego, wyprzynki oraz warstwy skorupkowe lub rdza mają bardzo różne cechy fizyczne i chemiczne. W konsekwencji wymagane mechanizmy czyszczenia, poziomy ciśnienia, chemia czyszcząca, filtry oraz kolejność etapów procesu mogą być również zupełnie inne.

W przypadku elementów motocyklowych, bloków silników, główek cylindrów, obudów, wałów oraz innych precyzyjnie frezowanych części identyfikacja rodzaju zanieczyszczeń stanowi podstawę do opracowania skutecznego przemysłowego procesu czyszczenia.

W tym artykule wyjaśniono główne typy przemysłowych zanieczyszczeń, sposób ich przyczepiania się do przedmiotów obrabianych, typowe mechanizmy czyszczenia oraz sposób radzenia sobie z wieloma zanieczyszczeniami w procesie połączonym.

1. Dlaczego identyfikacja zanieczyszczeń powinna poprzedzać wybór sprzętu

Typowym błędem popełnianym podczas projektu przemysłowego czyszczenia jest rozpoczęcie od pytania:

„Ile kosztuje oczyszczenie jednego bloku silnika?”

Jednak bez zrozumienia, co faktycznie zanieczyszcza komponent, trudno określić odpowiednią konfigurację sprzętu.

Maszyna może generować wystarczające ciśnienie, ale stosować nieodpowiedni środek czyszczący. Może zapewniać wystarczający przepływ, lecz nie docierać do wewnętrznych kanałów olejowych. Może skutecznie usuwać duże cząstki, pozostawiając jednak warstwę oleju lub drobne pozostałości.

Charakter zanieczyszczenia określa trzy podstawowe wymagania:

• W jaki sposób należy odłączyć zanieczyszczenie
• Ile energii mechanicznej lub chemicznej jest wymagane
• W jaki sposób usunięte zanieczyszczenie należy przechwycić i zapobiec jego ponownemu osadzeniu

Gdy te czynniki zostaną określone, wybranie odpowiedniego systemu czyszczącego staje się znacznie łatwiejsze.

2. Wiórków metalowych: nieunikniony produkt uboczny procesu obróbki skrawaniem

Odpadki metalowe powstają podczas wiercenia, frezowania, rozwiercania, szlifowania docierającego, toczenia oraz innych operacji obróbkowych. Ponieważ zazwyczaj są wykonane z tego samego materiału co przedmiot obrabiany, mogą przyjmować postać zwiniętych wiórków, odłamanych cząstek lub drobnych odpadków metalowych.

Głównym wyzwaniem jest możliwość mechanicznego uwięzienia odpadków w:

• Otwory gwintowane
• Przelotowych otworach wiertniczych
• Kanały olejowe
• Miejscach przecięcia się kanałów wewnętrznych
• Wąskich wnękach i narożnikach

Zalecane podejście do czyszczenia

Odpadki metalowe usuwa się głównie poprzez czyszczenie mechaniczne .

Typowy proces może łączyć:

Czyszczenie turbulentne → celowane czyszczenie wysokociśnieniowe → czyszczenie za pomocą wkładania → filtrowanie i usuwanie odpadków

Czyszczenie turbulentne zapewnia szerokie pokrycie całej części, natomiast czyszczenie celowane skupia się na kluczowych otworach i trudno dostępnych obszarach. Czyszczenie za pomocą wkładania umożliwia bezpośredni dostęp do kanałów wewnętrznych.

Filtracja ma takie samo znaczenie. Jeśli odłączone wiórków pozostają zawieszone w cieczy czyszczącej i są ciągle cyrkulowane, mogą ponownie osadzać się na przedmiocie obrabianym.

Zatem, pojemność filtracji oraz odprowadzanie zanieczyszczeń są integralną częścią systemu czyszczącego, a nie elementem dodatkowym.

3. Oleje, ciecze chłodząco-smarujące i oleje zapobiegawcze przed korozją: silnie przyczepiające się zanieczyszczenia

Ciecze chłodząco-smarujące, oleje do obróbki skrawaniem, oleje hydrauliczne oraz oleje zapobiegawcze przed korozją mogą pozostawać na przedmiotach po obróbce i magazynowaniu.

W przeciwieństwie do luźnych wiórków zanieczyszczenia olejowe często tworzą ciągłą warstwę lub emulsję na powierzchni metalu. Dlatego uderzenie czystą wodą zwykle nie wystarcza do całkowitego usunięcia tych zanieczyszczeń.

Zalecane podejście do czyszczenia

Zanieczyszczenia olejowe wymagają zazwyczaj połączenia działania chemicznego i czyszczenia mechanicznego .

Typowy proces oparty na wodzie może obejmować:

• Kontrolowane ogrzewanie w celu zmniejszenia lepkości oleju
• Chemiczne środki czyszczące na bazie wody do emulgacji i dyspersji
• Turbulencyjne czyszczenie do usuwania zanieczyszczeń na dużych powierzchniach
• Celowe czyszczenie pod wysokim ciśnieniem w trudno dostępnych miejscach
• Płukanie w celu usunięcia pozostałości środków czyszczących i zawieszonego zanieczyszczenia

Jednym z powodów, dla których systemy przemysłowego czyszczenia mogą być zaprojektowane do pracy w temperaturze otoczenia lub do kontrolowanego czyszczenia przy podwyższonej temperaturze, jest rodzaj przedmiotu do czyszczenia, stosowanych środków chemicznych, rodzaj zanieczyszczenia oraz wymagania produkcyjne.

Dokładna temperatura pracy powinna być określona na podstawie składu chemicznego środka czyszczącego, materiału przedmiotu do czyszczenia, charakterystyki zanieczyszczenia, konstrukcji urządzenia oraz wymaganego poziomu skuteczności czyszczenia, a nie poprzez założenie, że jedna temperatura nadaje się do wszystkich zastosowań.

Zarządzanie odpadami i olejem

Silne zanieczyszczenie olejem wpływa również na sam system czyszczący.

W zależności od procesu urządzenie może wymagać:

• Oddzielanie oleju od wody
• Filtrowanie
• Usuwanie osadu lub pozostałości
• Odciągania mgły olejowej
• Zarządzanie obiegiem płynu do czyszczenia

Celem jest nie tylko usunięcie oleju z przedmiotu obrabianego, ale także zapobieganie gromadzeniu się usuniętej zanieczyszczenia w systemie procesowym oraz jego powrotowi do kolejnych części.

4. Resztki piasku rdzeniowego: typowe wyzwanie w odlewnictwie

Odlewane elementy, takie jak bloki silników, głowy cylindrów, obudowy i obudowy osi, mogą zawierać resztki piasku pochodzącego z procesu odlewania.

Podczas odlewania stosuje się rdzenie w celu stworzenia wewnętrznych wnęk, takich jak koszule wodne i komory olejowe. Po usunięciu rdzeni i wstrząsaniu odlewu mogą pozostać w tych strukturach drobinki resztkowego piasku oraz pozostałości powłoki.

Piasek rdzeniowy stwarza kilka wyzwań:

• Twarda zanieczyszczenia w postaci cząstek
• Wnętrzne przestrzenie
• Małe otwory
• Ograniczony dostęp płynu
• Trudno dostępne powierzchnie wewnętrzne

Zalecane podejście do czyszczenia

Proces ten zwykle opiera się na wymuszonym przepływie wewnętrznym i mechanicznym płukaniu .

Na przykład czyszczenie z zastosowaniem korek uszczelniających może tymczasowo zamknąć wybrane otwory i wymusić przepływ cieczy czyszczącej przez wnękę wewnętrzną. Dzięki temu powstaje kontrolowany przepływ przez obszary, do których tradycyjne zewnętrzne natryskiwanie nie jest w stanie dotrzeć.

Czyszczenie obudowy wodnej może również wymagać dedykowanych stanowisk czyszczących lub specjalnie zaprojektowanych ścieżek przepływu.

W niektórych zastosowaniach można wprowadzić sprężone powietrze, aby wytworzyć efekt uderzeniowy lub mieszający, który wspomaga rozluźnianie i transport pozostałości cząsteczkowych.

Zasada kluczowa jest prosta:

Jeśli ciecz czyszcząca nie jest w stanie skutecznie przedostać się do skażonej wnęki i przepłynąć przez nią, same zwiększenie ciśnienia zewnętrznego natrysku nie rozwiąże problemu.

5. Farby: Źródło zanieczyszczenia, a nie tylko wada powierzchniowa

Farby to wypustki metalowe powstające wokół otworów, krawędzi, miejsc przecięcia oraz elementów uzyskanych w procesie obróbki skrawaniem.

Mogą być ściśle przytwierdzone bezpośrednio po obróbce, jednak wibracje, manipulowanie nimi lub kolejne etapy montażu mogą spowodować ich oderwanie i przemianę w luźne cząstki.

W przypadku komponentów precyzyjnych oznacza to, że zacieki należy traktować nie tylko jako problem wymiarowy lub jakości powierzchni, ale także jako potencjalne źródło wtórnej kontaminacji cząstkami .

Zalecane podejście: usuwanie zacieków + czyszczenie

W przypadku komponentów, u których powstają znaczne zacieki, usuwanie zacieków i czyszczenie można zintegrować w jednym systemie produkcyjnym.

Typowe metody obejmują:

• Usuwanie zacieków szczotkami – dla elastycznych i nieregularnych obszarów
• Usuwanie zacieków za pomocą narzędzi – dla dobrze zdefiniowanych otworów i krawędzi
• Usuwanie zacieków robotami – dla złożonych geometrii
• Czyszczenie pod wysokim ciśnieniem po usunięciu zacieków
• Ostateczne płukanie i suszenie

Kolejność procesu jest kluczowa:

Usuwanie wykańczania → Czyszczenie → Przepłukiwanie → Suszenie

Czyszczenie przed usuwaniem wykańczania może być nieskuteczne, ponieważ kolejna operacja usuwania wykańczania generuje nowe cząstki metaliczne. Te cząstki mogą natychmiast zanieczyścić powierzchnię, która była wcześniej czysta.

Dlatego zawsze, gdy wymagane jest usuwanie wykańczania, powinno ono być zwykle zakończone przed ostatecznym czyszczeniem .

6. Skorupka i rdza: trudne zanieczyszczenia po obróbce cieplnej i przechowywaniu

Składniki wytłoczone i poddane obróbce cieplnej mogą tworzyć na swoich powierzchniach warstwę tlenków (skorupkę). Nieodpowiednie przechowywanie lub warunki wysokiej wilgotności mogą również prowadzić do powstawania rdzy.

W porównaniu z luźnymi wiórkami lub warstwami oleju skorupka i produkty korozji mogą być silnie związane z podłożem i mogą wymagać znacznie bardziej intensywnego działania.

Zalecane podejście

W zależności od materiału oraz stopnia zanieczyszczenia możliwe podejścia obejmują:

• Mechaniczne czyszczenie pod wyższym ciśnieniem
• Celowe leczenie pod wysokim ciśnieniem
• Leczenie chemiczne w celu osłabienia wiązania
• Usunięcie mechaniczne po leczeniu chemicznym
• Dedykowane procesy usuwania rdzy
• Następna ochrona przed korozją

Wybór odpowiedniego procesu zależy w dużej mierze od stanu podłoża.

W przypadku elementów zardzewiałych czyszczenie nie powinno być rozważane niezależnie od kolejnego procesu ochrony przed korozją. Usunięcie produktów korozji bez odpowiedniego leczenia wtórnego może pozostawić element narażony na szybką ponowną korozję.

7. Jak zorganizować proces w przypadku występowania wielu zanieczyszczeń

W rzeczywistych warunkach przemysłowych elementy rzadko zawierają tylko jeden rodzaj zanieczyszczenia.

Blok silnika, na przykład, może jednocześnie zawierać wióry metalowe, płyny chłodząco-smarujące, zastrzały oraz pozostałości po odlewaniu.

W takich sytuacjach kolejność procesów może być równie ważna co poszczególne parametry czyszczenia.

Zasada 1: Najpierw usuwać łatwo rozpraszalne zanieczyszczenia

W przypadku pojemników lub komponentów zawierających pozostałe ciecze należy usunąć lub kontrolować te ciecze przed głównym procesem czyszczenia.

Na przykład:

Odwrócenie / odprowadzenie → czyszczenie → płukanie → suszenie

Dzięki temu zapobiega się rozprzestrzenianiu się zanieczyszczeń przez pozostałe ciecze w całym systemie czyszczącym.

Zasada 2: Usunąć wyburzanie przed końcowym czyszczeniem

Ponieważ wyburzanie może generować nowe cząstki:

Wyburzanie → czyszczenie

jest zazwyczaj preferowane względem najpierw czyszczenia, a następnie wyburzania.

Zasada 3: Najpierw czyszczenie globalne, a dopiero potem skupienie się na obszarach krytycznych

Praktyczna kolejność działań to:

Ogólna czystka → czystka celowa → czystka przewodów wewnętrznych

Czystka obszarów szerokich usuwa większość zanieczyszczeń przed skoncentrowaniem energochłonnej czystki na trudno dostępnych miejscach.

Zasada 4: Przepłukanie po czystce

Przepłukanie usuwa pozostałości środków czyszczących oraz zawieszone cząstki z przedmiotu obrabianego.

W przypadku komponentów precyzyjnych przepłukanie ma szczególne znaczenie, gdy wymagania dotyczące czystości na etapach późniejszych są surowe.

Zasada 5: Suszenie na końcu

Suszenie powinno zwykle być końcowym etapem procesu.

Pozostała woda może przenosić rozpuszczone lub zawieszone zanieczyszczenia do innych obszarów komponentu. Przewody wewnętrzne, otwory ślepe i wnęki wymagają więc szczególnej uwagi podczas etapu suszenia.

W zależności od komponentu i wymagań suszenie może obejmować:

• Sprężone powietrze
• Podgrzewane powietrze
• Suszenie próżniowe
• Suszение z użyciem wentylatora
• Połączone metody suszenia

8. Od analizy zanieczyszczeń do wyboru maszyny do czyszczenia

Gdy zanieczyszczenia zostaną zidentyfikowane, dobór sprzętu staje się znacznie bardziej systematyczny.

Typowy przemysłowy projekt czyszczenia powinien uwzględniać co najmniej:

Czynnik	Pytania do określenia
Typ zanieczyszczenia	Obróbki skrawkowe, olej, piasek, zaślepki, warstwa wodorostowa, rdza lub mieszane zanieczyszczenia?
Lokalizacja zanieczyszczeń	Powierzchnia, otwory, kanały olejowe, koszulki chłodnicze, zamknięte wnęki?
Przyczepność	Luźne, mechanicznie uwięzione, oleiste, chemicznie związane czy utlenione?
Mechanizm czyszczenia	Turbulencyjne, celowane, wstawiane, uszczelniające zatyczki, chemiczne czy połączone?
Ciśnienie	Jakie ciśnienie jest wymagane do oderwania i transportu zanieczyszczenia?
Temperatura	Czy czyszczenie w warunkach otoczenia wystarcza, czy konieczne jest kontrolowane ogrzewanie?
Chemia czyszcząca	Jaka chemia jest zgodna z przedmiotem obrabianym i zanieczyszczeniem?
Filtrowanie	W jaki sposób będą usuwane wiórków, cząstki, muł i inne pozostałości?
Suszения	Jaki poziom pozostałości wilgoci jest akceptowalny?
Takt produkcji	Jaki czas cyklu i objętość produkcji są wymagane?
Ostateczna czystość	Jakie ograniczenia czystości masowej i wielkości cząstek należy osiągnąć?

To podejście pozwala uniknąć wyboru sprzętu wyłącznie na podstawie porównania nominalnego ciśnienia, mocy pompy lub rozmiaru maszyny.

9. Najczęściej zadawane pytania

Pytanie: Jak mogę określić rodzaj zanieczyszczenia obecny na moim przedmiocie obrabianym?

Zacznij od trzech wskazówek:

1. Przeanalizuj poprzedni proces produkcyjny.
Obróbka skrawaniem zwykle powoduje powstawanie wiórów metalowych i środków chłodząco-smarujących. Odlewanie może prowadzić do resztek piasku formowego. Obróbka cieplna może powodować powstawanie warstwy tlenków.

2. Zbadaj sposób przyłączenia zanieczyszczenia.
Luźne cząstki można stosunkowo łatwo usunąć za pomocą przepływu powietrza lub cieczy, natomiast warstwy oleju, warstwy tlenków oraz silnie przywarte pozostałości wymagają bardziej specjalistycznego oczyszczania.

3. Określ miejsce występowania zanieczyszczenia.
Cząstki znajdujące się w otworach ślepych, kanałach olejowych oraz zamkniętych wnękach często wymagają skierowanego oczyszczania lub oczyszczania przepływem wewnętrznym zamiast konwencjonalnego zewnętrznego natrysku.

P: W jaki sposób czyszczenie wiórków metalowych różni się od czyszczenia piasku rdzeniowego?

Wiórki metalowe są często mechanicznie uwięzione w otworach i kanałach. Aby je usunąć, można zastosować czyszczenie turbulentne, celowane czyszczenie pod wysokim ciśnieniem oraz czyszczenie przez wkładanie; filtracja i odprowadzanie osadów zapobiegają ich ponownemu osiadaniu.

Piasek rdzeniowy różni się tym, że może pozostawać w zamkniętych wnękach odlewów, gdzie tradycyjny przepływ strumienia rozpylanego nie dociera skutecznie. Dlatego mogą być wymagane metody wymuszonego przepływu wewnętrznego, np. czyszczenie z zastosowaniem zatyczek uszczelniających.

P: Dlaczego usuwanie wykańczania (deburring) powinno zwykle odbywać się przed końcowym czyszczeniem?

Usuwania wykańczania może generować cząstki metaliczne.

Jeśli komponent zostanie najpierw oczyszczony, a dopiero potem poddany usuwaniu wykańczania, nowo powstałe cząstki mogą skażać już oczyszczoną powierzchnię. Może to wymagać dodatkowego etapu czyszczenia i zwiększa zarówno czas procesu, jak i ryzyko zanieczyszczenia.

Z tego powodu typowa kolejność działań to:

Usuwanie wykańczania → Czyszczenie → Przepłukiwanie → Suszenie

P: Czy silne zanieczyszczenie olejem zawsze wymaga czyszczenia w podwyższonej temperaturze?

Niekoniecznie.

Nagrzewanie może zmniejszać lepkość oleju i poprawiać wydajność chemicznych środków czyszczących na bazie wody, co czyni je przydatnymi do wielu elementów zanieczyszczonych olejem.

Jednak odpowiednia temperatura zależy od materiału przedmiotu obrabianego, rodzaju zanieczyszczenia, chemii czyszczącej, wymaganego stopnia czystości, czasu cyklu oraz konfiguracji sprzętu.

W projektach, w których zanieczyszczenie olejem może się różnić, zapewnienie możliwości kontrolowanego nagrzewania zwiększa elastyczność procesową systemu czyszczącego.

Wniosek

Odpowiednia przemysłowa maszyna do czyszczenia jest określana przez rodzaj zanieczyszczenia – nie tylko nazwą przedmiotu obrabianego.

Odpadki metalowe, olej, piasek formierski, zgrubienia, warstwa skorupkowa i rdza wymagają różnych kombinacji energii mechanicznej, działania chemicznego, przepływu wewnętrznego, filtracji oraz suszenia.

Dla elementów o mieszanych zanieczyszczeniach kolejność etapów procesu ma takie samo znaczenie. Usuwanie zgrubień powinno zwykle poprzedzać ostateczne czyszczenie, czyszczenie obszaru ogólnego powinno poprzedzać leczenie docelowe, płukanie powinno następować po czyszczeniu, a suszenie powinno kończyć proces.

Dla projektu przemysłowego czyszczenia zapewnienie rysunku przedmiotu, materiału, procesu wytwarzania, typu zanieczyszczenia, lokalizacji zanieczyszczenia, wymaganego stopnia czystości oraz taktu produkcji umożliwia zaprojektowanie procesu czyszczenia zgodnie z rzeczywistymi wymaganiami produkcyjnymi, a nie ogólnymi specyfikacjami sprzętu.

Big Bird Industrial, dawniej Harbin Shimada Big Bird Industrial, projektuje dostosowane systemy przemysłowego czyszczenia dla komponentów motocyklowych, części układu napędowego, komponentów pojazdów nowej energii oraz innych precyzyjnie wytwarzanych elementów. W zależności od zastosowania rozwiązania mogą łączyć czyszczenie turbulentne, celowe czyszczenie pod wysokim ciśnieniem, czyszczenie przez wkładanie, czyszczenie z uszczelnianiem za pomocą korek, usuwanie wykańczaków, filtrację, płukanie i suszenie.