浅谈发动机活塞清洁度管控

杨续华

摘 要：活塞的清洁度影响着发动机的清洁度情况，对活塞的使用寿命和发动机产品的质量和可靠性有较大的影响，文章主要叙述了清洁度的概况，清洁度的重要性，活塞清洁度的影响因素，还阐述了提升清洁度的措施不仅需从技术上进行控制，同样也需要从管理上进行加强。

关键词：清洁度;金属颗粒;工艺流程;生产环境;测试环境

中圖分类号：U472.43  文献标识码：A  文章编号：1671-7988（2020）10-199-03

Talking About the Control of Engine Piston Cleanliness

Yang Xuhua

（ Huayu Colburn Schmidt Piston Co.， Ltd.， Shanghai 201800 ）

Abstract： The Cleanliness of Piston have a great effect on the whole engine cleanliness level， and influence the shelf life of piston and the quality and reliability of engine， This paper describes the general requirement of Cleanliness test， the importance of Cleanliness and the factors of affecting the cleanliness of piston. The paper also explains that measures to improve and to be strengthened the cleanliness level which not only from technical site but also from daily management.

Keywords： Cleanliness; Metal particl; Process flow; Production environment; Testing environment

CLC NO.： U472.43  Document Code： A  Article ID： 1671-7988（2020）10-199-03

1 概述

清洁度的定义指的是产品的洁净程度，主要指产品表面残留微小颗粒物的程度。清洁度是对工作环境、加工产品、过程管控等清洁情况的度量，包括工作环境的清洁度（含尘量）、生产加工的产品表面的清洁度、用水的水质及其污染度、空调供风和压缩空气的洁净度等。一般我们是通过颗粒物的类别、尺寸、数量、重量来衡量样品被污染的程度。

控制产品清洁度目的是通过标准的方法去验证产品的清洁度是否达到相关行业的要求，进而确保生产的产品达到预定的使用寿命。主要涉及的范围是：汽车行业各零部件、发动机系统、变速箱系统、传动系统、航空、半导体、医疗设备、通讯产品、精密仪表等行业。

2 清洁度重要性

据有关资料统计，发动机清洁的劳动量约占整个产品制造劳动量的10%～20%，发动机主要摩擦副和重要项目的寿命如下表。

从表1中可以看出，国内的产品均比国外产品的使用寿命低一半以上。造成此差距的原因有很多，设计方案、制造精度、配合公差设计等方面，而零部件以及整机的清洁度水平是其中非常重要的因素之一。事实证明，由于装配前的清洗工艺与清洗质量的较大差异，清洁度水平好的能运转几千小时，差的只能运转几百小时甚至几小时。举几个简单的例子：

（1）在加工中如果清除零件和夹具定位面上的切屑不细致，则会影响零件加工的精确定位;

（2）如果机械杂质残留在零件的配合面或油道孔上，那么在装配时，精密件表面会被擦伤，而且在试运转和实际使用过程中，配合表面极易造成破坏;

（3）在不加工的内腔内（如水道）存在过多的铸造杂质和砂粒还会影响整机的性能;

（4）产品上的翻边毛刺、飞边等残留会在内部震动和润滑油冲刷等条件下掉落，进而堵住或影响发动机的正常运转和使用寿命。

因此清洁度的好坏，不仅与产品性能、寿命有关，而且与产品和企业的声誉有关。下面简单罗列了金属及硬质杂质残留物对发动机的有害影响主要方面：

（1）擦伤：发动机缸孔擦伤呈条状，有不同的深度和宽度的直线伤痕;

（2）活塞表层的石墨层脱落，对活塞寿命造成影响，发动机内部积碳增多;

（3）拉缸：发动机不能进行工作，部位不规则;

（4）损坏曲轴和轴瓦;

（5）影响整机寿命和性能，如油压降低、整机抱死等;

（6）阻碍冷却水流动;

（7）缸孔的磨损、气门导管及油封的磨损会造成烧机油。

3 清洁度的影响因素

3.1 产品标准

产品在设计阶段就去考虑到清洁度的要求，应该在图纸上或规范上规定清洁度的限值及允许的检测方法，产品的结构设计需考虑抛丸和清洗等生产工艺（如对内腔和油道等）。

表2列取了不同客户针对活塞和活塞总成的清洁度要求，从下面要求可以看出，各OEM对清洁度的重量均有要求，但不同是各主机厂对重量、颗粒、抽检频次和测试条件等存在不同的要求。

3.2 工艺流程和生产控制

针对零件清洁度的管控需要针对整个生产工艺流程进行考虑和设计，针对工艺流程的部局、每道工序的物流方向、过程的设计以及具体的管控方面，以铝合金活塞的生产工艺为例：活塞的主要生产工艺：铸造→清理→机加工→预清洗→尺寸全检→最终清洗→装配→GP12检查→包装→发货。

热工、冲压等工序：熱工、冲压等生产出零件的飞边、毛刺、氧化皮等需自动或人工打磨干净，用抛丸/喷丸/喷砂等工序对零件的内腔、油道等死角进行处理，必要时人工进行处理;

机加工工艺：对机加工的刀具，切削液进行合理选择、监控确保不产生长及大的金属屑，且针对小的盲孔、螺纹孔及通孔等区域，考虑刀具的排屑，防止金属屑卡在孔内，造成后续清洁度超差，进而影响产品的功能;

清洗工序：根据产品的清洁度要求、产品结构、产品外观要求及经济性等来设计清洗工艺，如以下考虑：

a.仅有颗粒物重量要求，且重量要求不高时，一般只需要有超声波清洗即可。

b.如果清洁度要求较高，且对产品的内腔、油道等区域的颗粒度尺寸、数量有要求时，需根据要求来设计高压清洗工艺，并确认清洗机品牌、清洗机压力大小、清洗详细路径及清洗的有效性等，同时应考虑清洗液类型、浓度、清洗温度、滤芯尺寸的选择对清洁度的影响;

检查工序：a.检查工序需考虑工作台的清洁，并考虑在终检工序将检具对直径、位置度、螺纹孔的100%检查移至清洗工序前或在检查完后再增加一道清洗工序，用以保证检具的检查不会引入新的颗粒，导致清洁度超差;b.考虑人员的着装和手套的更换频次;

装配工序：a.各种外购和自制的零部件应符合产品图纸和规范要求;b.设备和工装应符合清洁度要求;c.装配的环境应符合清洁度要求;d.对重要的装配面（缸孔、密封面等），孔道、内腔采用定期擦、吹、吸、刷等人工手段去除脏污和杂质等;e.润滑油等盛放容器需保证清洁并保证定期清理;

流转工序：装配车间零部件的转运和总成零件的转运，应尽可能用专用拖盘、仿形吸塑盘等转运托盘，用链条、输送带、辊道或专门的运输车间进行转运，运转的托盘、容器和轨道需定期进行清洁，保证清洁度要求;

包装工序：a.针对有颗粒大小和数量有要求的清洁度，需要求包装材料需定期进行清洗或清洁，确保在包装前没有异物留在包装材料内;b.包装人员所使用的手套等需定期进行更换，防止手套上累积的颗粒掉落到产品中;包装的环境应该是隔离且封闭，避免有外来颗粒进入产品;c.根据产品不同的清洁度要求，可定义是否在零件外部、每层或每拖零件加装塑料袋，防止运输过程中引入外来颗粒造成清洁度超差。

3.3 生产环境和测试环境

工厂的生产环境要良好，要做好车间及工序的规划和布局。

（1）机加工车间应该远离热工车间、熔炼车间和易产生粉尘和金属屑的生产车间;

（2）清洗工序和后道工序需远离机加工及易产生金属屑的生产工序，根据客户图纸标准要求，前期进行评估确认厂房和车间环境，如有必要需要考虑在密闭的房间、负压车间或在无尘室进行加工、清洗、检查及包装等;

（3）装配车间要和各热工、机加工等车间隔离并封闭，如有必要设置成负压车间或无尘车间;

（4）测试环境要隔离并封闭，并对温湿度环境进行监控，可根据产品的要求，并参考ISO16232或VDA19的清洁度要求，建立起清洁度测试系统，可根据需求设置成负压环境或无尘环境，无尘室可参考国标ISO14644。

3.3.1 清洁度提升措施

通过对发动机活塞零件技术要求和生产现状进行分析，可以看出清洁度的提升不仅仅是一个技术问题，同时也是现场管理的问题，需要从整个生产系统进行管控和提升，才能较好的保证客户针对零件清洁度的影响。

3.3.1.1 技术方面

1）制定和优化较完善可行和适应生产的工艺标准，并对标准的实施进行监控、分析和优化;

2）治理好铸造车间等的粉尘管理，建立并定期确认抽风除尘系统的有效性;

3）装配车间实行负压系统，防止外来的颗粒和污染物流入到装配车间;

4）零件在最终清洗前，预先进行预清洗，对机加工产生的毛刺、飞边及深孔内的铝屑等进行压力冲洗，并定期用蓝墨水试验验证其有效性;

5）对机加工刀具和程序进行优化，避免产能连续及较大的铝屑产生;

6）对较小的盲孔、螺纹孔、光孔等加工，要考虑使用可排屑的刀具;

7）将终检中的尺寸及螺纹孔的检测等工序，移至最终清新前，防止因检测而引入的金属颗粒;

3.3.1.2 管理方面

1）培训现场员工，提升现场员工的质量意识，认真执行各项公司规章管理标准和制度;

2）定期对设备、工装、工作台、工位器具、辊道、送件车辆等进行擦拭和吸尘，并对颗粒物进行分析其来源，并进行改善;

3）对产品清洁度的重量和大金属颗粒数量和大小持续进行监控，如出现较大的波动，需对波动情况进行分析改善，必要时针对颗粒的成分进行EDX确认;

4）对机加工后和发货前的每一道工序对大颗粒无的来源进行排查，需包含过程中的包材和转运过程，针对发现的问题进行分析和改善。

4 结束语

综上所述，清洁度是金属加工和汽车行业面临的重要问题，现将影响金属零件清洁度的因素及改善措施与业内同仁分享，希望能够对发动机整机清洁度起到一些启示作用，可以通过清洁度控制管理，让中国制造越来越好。

参考文献

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