Czyszczenie turbulentne kontra czyszczenie celowe: zrozumienie dwóch podstawowych procesów przemysłowego czyszczenia

Przegląd

Czyszczenie turbulentne i czyszczenie celowe to dwa powszechne etapy procesu stosowane w nowoczesnych systemach przemysłowego czyszczenia. Nie są to technologie konkurencyjne. Zamiast tego pełnią one różne funkcje i są często łączone w jednym systemie czyszczenia.

W prostych słowach, czyszczenie turbulentne zapewnia szerokie pokrycie powierzchni, podczas gdy czyszczenie celowe skupia siłę czyszczącą na trudno dostępnych lub kluczowych obszarach.

Ten artykuł wyjaśnia zasady działania, granice zastosowania oraz logikę łączenia tych dwóch przemysłowych procesów czyszczenia, w tym czyszczenia przez wkładanie i czyszczenia przez zatkanie za pomocą korek w przypadku wewnętrznych przewodów i wnęk.

1. Czyszczenie turbulentne: szeroki zasięg na całej powierzchni przedmiotu obrabianego

Czyszczenie turbulentne wykorzystuje płyn o wysokim przepływie, który generuje intensywny przepływ turbulentny wewnątrz komory czyszczącej. Płyn porusza się w wielu nieregularnych kierunkach, ciągle przemywając powierzchnie przedmiotu obrabianego.

W porównaniu z przepływem laminarnym przepływ turbulentny tworzy bardziej złożony ruch płynu oraz uderzenia mechaniczne w wielu kierunkach. Dzięki temu łatwiej jest poluzować i usunąć zanieczyszczenia przyczepione do powierzchni przedmiotu obrabianego.

Jak osiąga się czyszczenie turbulentne?

Czyszczenie turbulentne stosuje się najczęściej na dwa sposoby:

• Systemy pomp o wysokim przepływie i dysz: Pompa o wysokim przepływie oraz specjalnie rozmieszczone dysze tworzą cyrkulację płynu w zamkniętej komorze czyszczącej.
• Ruch przedmiotu obrabianego przy użyciu robota: Robot przesuwa i obraca przedmiot roboczy w różnych orientacjach, dzięki czemu wiele jego powierzchni jest narażonych na strumień czyszczący.

Drugie podejście jest powszechnie stosowane w robotycznych przemysłowych systemach czyszczących, szczególnie w przypadku przedmiotów roboczych o złożonej geometrii zewnętrznej.

Zalety i ograniczenia

Główną zaletą czyszczenia turbulentnego jest ogólna pokrycie . O ile powierzchnia jest narażona na strumień czyszczący, może ona otrzymać działanie mechaniczne czyszczące, nawet gdy przedmiot roboczy ma stosunkowo złożony kształt.

Jednak siła czyszcząca jest rozpraszana na stosunkowo dużym obszarze. Oznacza to, że samo czyszczenie turbulentne może nie wystarczać do:

• Silnie przyczepionej zanieczyszczeń
• Głębokich otworów
• Otwory ślepe
• Wewnętrzne kanały olejowe
• Wąskich rowków
• Innych trudno dostępnych obszarów

Te obszary mogą wymagać skierowanego czyszczenia.

2. Skierowany oczyszczanie: skoncentrowane czyszczenie strumieniowe obszarów krytycznych

Skierowane oczyszczanie kieruje dyszę czyszczącą w określone miejsce na przedmiocie, np.:

• Otwory portów
• Otwory ślepe
• Krawędzie
• Spoiny spawalnicze
• Otwory gwintowane
• Przewodów olejowych
• Inne krytyczne cechy wewnętrzne

Ponieważ strumień czyszczący jest skupiony na określonym miejscu, może zapewnić silniejszy lokalny efekt czyszczenia niż ogólny przepływ turbulentny.

Skierowane oczyszczanie i pozycjonowanie

Skierowane oczyszczanie często łączy się z technologią pozycjonowania i dlatego można je określać jako czyszczenie z precyzyjnym pozycjonowaniem .

Proces ten zwykle obejmuje:

1. Określanie docelowej pozycji za pomocą pozycjonowania mechanicznego lub pozycjonowania opartego na analizie obrazu.
2. Określanie wymaganych współrzędnych dyszy.
3. Przesuwanie dyszy lub robota do docelowej lokalizacji.
4. Zastosowanie skoncentrowanego strumienia czyszczącego do określonego obszaru.

Na przykład zrobotyzowany system czyszczenia głowy cylindra silnika wysokoprężnego o sześciu cylindrach może wykorzystywać jednostkę czyszczącą skierowaną do przetwarzania setek indywidualnych otworów w głowie cylindra.

Główna ograniczająca cecha: czas cyklu

Czyszczenie skierowane zapewnia skoncentrowane działanie czyszczące, lecz każdy cel wymaga, aby dysza osiągnęła określoną pozycję.

W związku z tym wraz ze wzrostem liczby punktów czyszczenia ogólny czas cyklu zazwyczaj również rośnie.

Z tego powodu czyszczenie skierowane stosuje się zwykle do kluczowych obszarów, a nie do całej powierzchni przedmiotu obrabianego .

3. Jak czyszczenie turbulentne i czyszczenie skierowane współpracują ze sobą

Związek między tymi dwoma procesami można podsumować następująco:

Czyszczenie turbulentne zapewnia ogólne pokrycie; czyszczenie skierowane dotyczy kluczowych obszarów.

Typowy ciąg procesu to:

Czyszczenie turbulentne → Czyszczenie celowe → Przepłukiwanie → Suszenie

Czyszczenie turbulentne jest zwykle wykonywane jako pierwsze, aby usunąć większość zanieczyszczeń z całej powierzchni przedmiotu obrabianego. Czyszczenie celowe koncentruje się następnie na obszarach, w których wymagany poziom czystości nie może zostać osiągnięty wyłącznie za pomocą ogólnego czyszczenia.

Ten ciąg procesu pomaga również zapobiec ponownemu rozprzestrzenianiu się zanieczyszczeń usuniętych podczas czyszczenia celowego na powierzchnie, które jeszcze nie zostały poddane ogólnemu czyszczeniu.

W zastosowaniach wymagających wysokiego stopnia czystości przepłukiwanie jest często dodawane po etapie czyszczenia celowego w celu usunięcia pozostałości płynu do czyszczenia oraz zawieszonych cząstek.

Przykłady zastosowań

Dla korpus przekładni pojazdu z napędem energią alternatywną , system robota do czyszczenia pod wysokim ciśnieniem może łączyć czyszczenie turbulentne, czyszczenie celowe oraz czyszczenie pod wysokim ciśnieniem, aby skutecznie poradzić sobie zarówno z powierzchniami zewnętrznymi, jak i kluczowymi obszarami wewnętrznymi.

Dla obudowa akumulatora , proces ten może być skonfigurowany jako:

Oczyszczanie rozpylaniem → Oczyszczanie robota skierowane na cel → Płukanie → Oddychanie powietrzem → Suszenie próżniowe

Dokładna konfiguracja procesu zależy od geometrii przedmiotu obrabianego, rodzaju zanieczyszczenia, wymagań dotyczących czystości oraz taktu produkcji.

4. Dwie specjalizowane formy oczyszczania skierowanego na cel

Oczyszczanie skierowane na cel można dostosować do różnych struktur wewnętrznych. Dwa powszechne podejścia to czyszczenie przez wkładanie i czyszczenie przez zatrzaskowanie .

4.1 Oczyszczanie przez wprowadzanie

Oczyszczanie przez wprowadzanie przesuwa dyszę oczyszczającą do wnętrza przewodu lub otworu, aby zapewnić bezpośredni przepływ czyszczący.

Jest szczególnie odpowiedni do:

• Głębokich otworów
• Długie przewody olejowe
• Wewnętrzne kanały
• Przewody olejowe pod kątem

Na przykład systemy oczyszczania bloków silników pojazdów komercyjnych mogą wykorzystywać oczyszczanie przez wprowadzanie do głównych przewodów olejowych, podczas gdy systemy oczyszczania wałów korbowych mogą stosować oczyszczanie przez wprowadzanie pod wysokim ciśnieniem do otworów olejowych ustawionych pod kątem.

Kluczową cechą jest fizyczne wprowadzenie dyszy do przewodu, dzięki czemu strumień czyszczący może dotrzeć do obszarów, których nie da się skutecznie oczyścić z zewnątrz.

4.2 Czyszczenie z uszczelnieniem zaślepką

Czyszczenie z uszczelnieniem zaślepką wykorzystuje mechanizm uszczelniający do zamknięcia otworu i wymuszenia przepływu cieczy czyszczącej przez wewnętrzną kawernę lub przewód.

To podejście jest odpowiednie dla:

• Koszulki chłodnicze
• Wnętrzne przestrzenie
• Przewodów olejowych
• Duże zamknięte objętości wewnętrzne

Na przykład:

• Systemy do intensywnego czyszczenia obudów osi mogą stosować czyszczenie z uszczelnieniem zaślepką do przewodów olejowych wewnątrz.
• Systemy do czyszczenia główek cylindrów mogą stosować dwustanowe czyszczenie z uszczelnieniem zaślepką do płaszczów chłodniczych.
• Urządzenia do czyszczenia obudów silników mogą zawierać czyszczenie z uszczelnieniem zaślepką do przewodów olejowych wewnątrz.

Oba podejścia stanowią rozszerzenia czyszczenia celowego dostosowanego do konkretnych geometrii przedmiotów obrabianych.

Czyszczenie przez wprowadzanie nadaje się głównie do długich i wąskich przewodów, podczas gdy czyszczenie z uszczelnieniem zaślepką nadaje się do większych zamkniętych kawern, gdzie wymagana jest kontrolowana cyrkulacja cieczy.

5. Jak wybrać odpowiedni proces czyszczenia

Odpowiednie połączenie czyszczenia turbulentnego i skierowanego należy określić na podstawie struktury przedmiotu obrabianego, wymagań dotyczących czystości, charakterystyki zanieczyszczeń oraz taktu produkcji.

5.1 Geometria przedmiotu obrabianego

Dla komponentów o stosunkowo prostej geometrii i głównie zewnętrznym zanieczyszczeniu wystarczające może być czyszczenie turbulentne lub natryskowe.

Dla komponentów z głębokimi otworami, otworami ślepymi, wewnętrznymi kawernami lub złożonymi przewodami należy zazwyczaj rozważyć czyszczenie skierowane.

5.2 Czystość i wymagania dotyczące cząstek

Im wyższe są wymagania dotyczące czystości i wielkości cząstek, tym więcej uwagi należy poświęcić obszarom trudno dostępnych.

Aby spełnić określone kryteria akceptacji, może być konieczne czyszczenie skierowane, czyszczenie przez wstawienie lub czyszczenie przy zastosowaniu zatyczek uszczelniających.

5.3 Takt produkcji

Liczba punktów czyszczenia skierowanego ma bezpośredni wpływ na czas cyklu.

Gdy komponent zawiera dużą liczbę punktów czyszczenia, a wymagany takt jest krótki, system może wymagać:

• Wiele robotów
• Stacje czyszczenia działające równolegle
• Zoptymalizowane trasy dysz
• Automatyczne pozycjonowanie
• Jednoczesne przetwarzanie wielu cech

5.4 Charakterystyka zanieczyszczeń

Luźna pyłka i ogólne zanieczyszczenie powierzchni można często skutecznie usuwać za pomocą czyszczenia turbulentnego lub natryskowego.

Silniej przywierające zanieczyszczenia, wiórkę, piasek formierski, warstwę tlenkową oraz inne trudne do usunięcia pozostałości mogą wymagać skoncentrowanego czyszczenia pod wysokim ciśnieniem w określonych miejscach.

Najczęściej zadawane pytania

Pytanie: Czy czyszczenie turbulentne to to samo co czyszczenie ultradźwiękowe?

Nr.

Czyszczenie turbulentne opiera się głównie na mechanicznym spłukiwaniu i uderzeniu poruszającej się cieczy czyszczącej usunąć zanieczyszczenia.

Czyszczenie ultradźwiękowe opiera się na kawitacja , w którym mikroskopijne pęcherzyki powstają i zapadają się w cieczy czyszczącej, generując lokalne efekty mechaniczne.

Obie technologie wykorzystują więc różne mechanizmy czyszczenia i mogą być odpowiednie do różnych zastosowań. Czyszczenie turbulentne jest powszechnie stosowane w przemyśle do czyszczenia dużych powierzchni, podczas gdy czyszczenie ultradźwiękowe często wybiera się do komponentów precyzyjnych, małych części oraz zastosowań wymagających czyszczenia obszarów o gęstej rozmieszczeniu cech.

Pytanie: Czy bardziej skierowane czyszczenie oznacza zawsze lepsze czyszczenie?

Nr.

Zwiększenie liczby punktów skierowanego czyszczenia wiąże się również ze wzrostem czasu przemieszczania się dyszy i czasu przetwarzania. Może to wydłużyć czas cyklu oraz zwiększyć złożoność systemu.

Bardziej praktycznym podejściem jest najpierw zastosowanie czyszczenia turbulentnego w celu uzyskania szerokiego zasięgu, a następnie skierowanie czyszczenia wyłącznie na obszary wymagające dodatkowej skuteczności.

Ostateczna liczba i położenie punktów skierowanego czyszczenia powinny zostać określone w ramach walidacji procesu.

Pytanie: Jaka jest różnica między czyszczeniem przez wstawianie a czyszczeniem przez zatrzaskowanie?

Czyszczenie przez wkładanie umieszcza dyszę wewnątrz otworu lub przewodu i kieruje strumień czyszczący wzdłuż wewnętrznego kanału. Jest to metoda odpowiednia do długich i głębokich przewodów.

Czyszczenie przez zatrzaskowanie uszczelnia otwór i zmusza ciecz czyszczącą do przepływu przez wewnętrzną kawernę lub przewód. Jest to metoda bardziej odpowiednia do większych, zamkniętych przestrzeni.

W uproszczeniu:

• Czyszczenie przez wstawianie: długie i wąskie wewnętrzne przewody
• Czyszczenie przez zatrzaskowanie: większe i zamknięte wewnętrzne kawerny

Pytanie: Dlaczego proces czyszczenia musi odbywać się w określonej kolejności?

Kolejność etapów wpływa na sposób, w jaki zanieczyszczenia przemieszczają się przez system czyszczący.

Powszechnie stosowaną zasadą jest:

Oczyszczanie grube przed oczyszczaniem dokładnym → Oczyszczanie ogólne przed oczyszczaniem lokalnym → Oczyszczanie przed płukaniem → Usuwanie wykańczania przed oczyszczaniem

Dokładna kolejność powinna być nadal określana indywidualnie, w oparciu o kształt przedmiotu obrabianego, charakter zanieczyszczeń, konfigurację sprzętu oraz walidację procesu.

Jeśli oczyszczanie lokalne zostanie przeprowadzone przed oczyszczaniem ogólnym, rozluźnione zanieczyszczenia mogą zostać ponownie rozproszone na innych powierzchniach. Poprawnie zaprojektowana kolejność pomaga zapobiegać ponownemu zanieczyszczeniu i poprawia spójność całego procesu.

Wniosek

Oczyszczanie turbulentne i oczyszczanie celowe nie powinny być traktowane jako procesy wzajemnie wykluczające się.

Oczyszczanie turbulentne zapewnia szerokie pokrycie, podczas gdy oczyszczanie celowe dostarcza skoncentrowanego działania czyszczącego w kluczowych obszarach.

W przypadku złożonych komponentów motocyklowych i przemysłowych najskuteczniejszym rozwiązaniem jest często połączenie obu tych procesów, a następnie płukanie i suszenie.

Ostateczny projekt procesu powinien uwzględniać:

• Geometrię przedmiotu obrabianego
• Przejścia wewnętrzne i wnęki
• Typ zanieczyszczenia
• Wymagania dotyczące czystości i wielkości cząstek
• Takt produkcji
• Liczba docelowych punktów czyszczenia
• Wymagana wydajność suszenia
• Elastyczność przyszłej produkcji

W przypadku zastosowań obejmujących głębokie kanały olejowe, otwory ślepe, płaszcze chłodzące lub złożone wnęki wewnętrzne czyszczenie przez wkładanie oraz czyszczenie z uszczelnianiem za pomocą korek może dodatkowo rozszerzyć możliwości czyszczenia systemu zautomatyzowanego.

Big Bird Industrial opracowuje spersonalizowane systemy przemysłowe do czyszczenia elementów układów napędowych pojazdów samochodowych, elementów pojazdów z napędem nowej generacji (EV, BEV, PHEV) oraz innych precyzyjnych części przemysłowych, przy czym konfiguracje procesowe są dopasowywane do konkretnych przedmiotów obrabianych oraz wymagań dotyczących ich czystości.