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  • 金屬加工技術

    案例 | 汽車零部件清潔度的測試方法

    轉載 :  zaoche168.com   2022年07月06日

            針對VDA 19-2015和ISO 16232:2007的適用范圍、測試步驟及結果限值進行了全方位的對比,分析了兩個標準的差異,并對測試的重點和難點進行詳細的講解,以助于試驗人員對這兩個測試標準進行理解掌握,從而合理選用標準,確保測試結果的準確性。

    1清潔度的基本概念及測試目的

    1.1 基本概念
            清潔度是指零件、總成及整機等的特定部位被雜質污染的程度,且表示零件或產品清洗后在其表面上殘留的污物的量,用規定的方法從規定的特定部位采集到的雜質微粒的質量、大小和數量等特征參數來表征[4]。
            特定部位是指危及產品可靠性的特征部位,如汽車功能零部件,包括燃油系統、油路循環、制動系統、冷卻循環系統、液壓系統和導氣系統等的組成部件。其中,液壓部件及系統對顆粒物的存在尤其敏感[5]。
            雜質包括產品設計、制造、運輸、使用和維修等過程中,本身殘留的、外界混入的和系統生成的全部雜質。
            污物的量包括種類、形狀、尺寸、數量、質量等衡量指標,具體用何種指標取決于不同污物對產品性能的影響程度和清潔度控制精度的要求[6]。

    1.2 測試目的
            清潔度測試的目的是,通過測試來建立產品清潔度指標,保證產品達到規定的壽命,避免產品在制造、使用、維修等過程中因污染而導致其使用壽命縮短[7]。

    2測試方法分析

    2.1 背景介紹
            清潔度測試概念最早由德系合資車企引入中國,它們以德國汽車標準協會制定的汽車零部件清潔度標準(VDA 19)為依據,對汽車容易磨損或重要的零部件進行嚴格的清潔度管控,以減小外界因素或生產過程中所產生的污物對零部件或整個汽車使用質量的影響[8]。在德系車企的推動下,汽車零部件清潔度測試在中國汽車行業有了飛躍的發展。由于中國汽車行業在零部件清潔度測試方面的工作起步較晚,大多數車企以ISO 16232:2007作為測試依據,實現對汽車零部件的清潔度管控。

    2.2 適用范圍
            首先從兩個標準的名稱來分析,VDA 19-2015適用于汽車上的所有汽車零部件,而ISO 16232:2007僅適用于道路車輛的液壓回路元器件。從汽車本身的構件來分析,液壓回路元器件是汽車零部件中對清潔度要求比較高的部件,只是汽車動力系統的一部分,而VDA 19-2015適用于汽車中與功能相關的所有零部件,在適用范圍上要廣于ISO 16232:2007。

    2.3 樣品運輸
            汽車零部件從車企運輸到檢測實驗室,所經歷的打包、運輸、環境變化、拆包等過程都會對其表面顆粒物的數量和形狀帶來影響。VDA 19-2015描述了減小人員、包裝、儲存、運輸和拆包等因素對零部件表面顆粒物的影響所帶來的益處;而ISO 16232:2007只是簡單地說明了樣品在拆包時要格外小心以避免零部件表面顆粒物的丟失,未注意外來污染物所帶來的不良影響。

    2.4 萃取方法
            清潔度的測試原理是利用被檢測零部件的表面與污染物顆粒具有不同的光吸收率或散射率,通過光學顯微鏡的成像原理及統計系統來區分顆粒物的尺寸分布。其測試方法是將一定數量的零部件在一定的條件下清洗,將清洗液通過濾膜充分過濾,污染物被收集在濾膜表面,然后將濾膜干燥,用光學顯微鏡(最佳設備是具有拍攝功能的圖像識別和分析設備)在光照射下進行觀察,按顆粒尺寸和數量統計污染物顆粒,即可得到所測物體零部件的固體顆粒污染物結果[3]。顯然,從測試原理上可以得知,如何從形狀各異的零部件上將所有污染物收集起來并準確測定是保證測試結果準確可靠的關鍵所在。
            VDA 19-2015和ISO 16232:2007都涉及的清洗方式有搖晃法、壓力沖洗法和超聲波沖洗法。但VDA 19-2015從零部件的尺寸級別和清洗位置出發,給出了更為具體的選擇清洗方式的方法,如圖1和圖2所示。


    圖1 VDA 19-2015中的清洗方法及選擇步驟

    Fig.1 Cleaning method and selection method in VDA 19-2015


    圖2 VDA 19-2015中清洗方式選擇示意圖

    Fig.2 Schematic diagram on selecting the appropriate liquid cleaning methods in VDA 19-2015:
    a) relation diagram of external surface size of components and cleaning methods;
    b) relation diagram of cross section size of component internal surface and cleaning methods


    圖3 內部沖洗法示意圖

    Fig.3 Schematic diagram of the internal flushing method

            VDA 19-2015中還給出了內部沖洗法(圖3)、氣壓沖洗法(圖4)和空氣回流法(圖5)3種清洗方法。內部沖洗法屬于壓力沖洗法,主要用于管道形狀部件的清洗,清洗時要用到與管道直徑匹配的轉換器。氣壓沖洗法是先在一個與外部隔離的內壁濕潤的箱體里,用氣流沖走部件表面顆粒,然后移出部件,用合適的清洗液清洗箱體內壁來收集清洗液。內部沖洗法和空氣回流法都適用于管形部件內壁清洗,然而空氣回流法以空氣為媒介去填充管形部件內壁,通過空氣回流將內壁顆粒物收集到一個初步過濾裝置中,然后停止空氣回流,用壓力沖洗的方法對初步過濾裝置進行二次清洗,同樣也要收集殘留于箱體內壁的顆粒物。因此氣壓沖洗法和空氣回流法都是液體介質和氣體介質相結合使用的清洗方式。

    2.5 清洗液的選擇
            VDA 19-2015詳細描述了不同清洗方式適用清洗液的兼容性問題。ISO 16232:2007只是模糊地規定了清洗參數要與零部件和清洗系統相匹配,未列出具體的應用范圍。


    圖4 氣壓沖洗法示意圖

    Fig.4 Schematic diagram of the air pressure flushing method


    圖5 空氣回流法示意圖

    Fig.5 Schematic diagram of the air refluxing method

            ISO 16232:2007主要針對液壓部件的測試,清洗方法中用到的介質都是液體,而VDA 19-2015還介紹了氣壓部件的測試方法。氣壓部件與液體接觸時,部件表面可能會受損,選擇有一定壓力的無塵空氣作為介質去清洗氣壓部件則不會出現部件受損的情況。但在使用液體清洗的時候,選擇的清洗液一定不能和測試的部件發生化學反應,且測試污染物不能溶于清洗液中,由此可見清洗液與測試樣品的兼容性是非常重要的。VDA 19-2015中關于清洗液兼容性的說明和選擇的建議如下。
            汽車零部件制造過程中使用的大多數材料都可以使用兩類清洗液來分離:非極性清洗液和含表面活性劑的含水中性清洗液。兩類清洗液的選擇依據如下。
    (1) 含表面活性劑的含水中性清洗液(如去離子水)通??捎糜谇逑春鋮s液和潤滑劑乳化液、動物和植物油脂、油液以及氨基防腐劑。
    (2) 如果無法采用,檢查上述非極性溶液(二氯乙烷等)是否適合,它們特別適合于清除礦物油基潤滑劑或防腐劑。
    (3) 如果上述兩類清洗液都證明不適用,則必須選擇專用的清洗液,例如酒精(乙醇,極性溶液)以清除制動液。在進行這項選擇時,確保清洗液與部件材料相容。特別當使用烴類清洗液時,可能會發生塑料和涂層表面不相容的情況。含表面活性劑的含水中性清洗液不可與鎂或鎂合金一起使用,污染物與清洗液的相容性示例見表1,零部件與清洗液的兼容性見表2。當零部件表面出現除表1所列污染物以外的物質時,需要考慮這些物質是否影響試驗液體(清洗液)分離此物質。

    表1 清洗液與污染物的相容性
    Tab.1 Compatibility of cleaning liquids and contaminants

    表2 清洗液體與材料的兼容性
    Tab.2 Compatibility of cleaning liquids (test liquids) and materials

            不動產統一登記制度作為一項基礎性的制度,對提高政府治理效率,方便企業、方便群眾等都具有重要意義,而不動產統一登記基礎數據則是不動產統一登記制度的基石。因此,通過對湖南省全省的不動產數字線劃圖成果的質量檢查驗收情況,分析在質檢過程中發現的普遍性問題,總結出生產中影響成果質量的關鍵節點和薄弱環節,為今后類似生產模式的數據質檢工作提供參考,對生產和質檢工作效率、準確率的提高具有很好的指導意義。
            理想情況下萃取曲線(即污染物質量隨萃取次數的變化曲線)呈現依次遞減的狀態,但也有其他情況。VDA 19-2015詳細說明了萃取曲線的幾種異常類型(圖6)及原因分析,并說明了相應的參數調整方法。ISO 16232:2007并未說明異常情況的處理方法。


    圖6 VDA 19-2015中不同類型的萃取曲線

    Fig.6 Different forms of extraction patterns in VADA 19-2015:
    a) normal attenuation;
    b) delayed attenuation;
    c) no attenuation;
    d) increase;
    e) immediate attenuation

    2.7 過濾異常案例
            在汽車零部件污染物過濾過程中,需要保證污染物顆粒均勻且不重疊地分布在濾膜表面。但因不同過濾環境和手法的影響,在過濾后污染物分布會出現異?,F象。VDA 19-2015給出了幾種顆粒物在濾膜上異常分布的情況和相應的參數調整方法,如圖7所示。而ISO 16232:2007未對異常狀況處理方法進行規定。


    圖7 VDA 19-2015中過濾后污染物分布示意圖
    Fig.7 Schematic diagram of the contaminant distribution after filtration in VDA 19-2015:

    a) well distribution of contaminants on the filter;
    b) contaminant accumulation on the filter;
    c) excessive distribution of contaminants on the filter;
    d) filter clogged by the paper scraps;
    e) uneven distribution of contaminants on the filter;
    f) a large number of fibers on the filter

    2.8 污染物分析方法
            確定污染物的來源對于零部件生產商來說至關重要,只有先分析確定污染物的性質,才能分析出其來源,通過管控污染物來源渠道,就可以提高產品的清潔度,保證產品的使用壽命。
            ISO 16232:2007中的污染物分析方法包括了重量法、光學顆粒計數法、目視檢查法、掃描電鏡(SEM)分析法和能譜儀(EDS)分析法,VDA 19-2015又增加了激光、拉曼、紅外、X射線熒光光譜儀等分析方法。
    2.9 測試結果的限值
            基本清潔度是指零部件正常工作時所能承受的清潔度上限,VDA 19-2015從顆粒物的尺寸、數量、系統和零部件的危害程度、成本控制、引入過程等方面給出了詳細的評估方法,舉例說明了限值包括的參數,且對超過限值的原因分析及改進方法也給出了說明。但ISO 16232:2007僅闡述了測試的方法,指出限值由供需雙方協商確定。

    3分析與討論
            對于汽車零部件及產品可靠性壽命而言,清潔度是一項非常重要的質量指標,如何有效地評估產品清潔度尤為關鍵。
            根據上述分析所描述的區別可以看出,VDA 19-2015從測試樣品的拆卸到最終測試結果的評估,對每個關鍵點的表述都非常全面詳細,并且給出了較多的異常情況處理方法,給測試者理解并使用標準帶來了很多便利,最后給出了整個測試過程的案例解讀,更好地幫助測試者把握測試重點。
            相對而言,對于整體的測試流程,ISO 16232:2007僅比較模糊地說明了相關的測試要點,沒有詳細描述測試可能存在的異常情況,對于每個關鍵的測試點也沒有規定,給了測試者較大的自主選擇空間,每個測試者不同的測試手法和測試習慣可能會對測試結果產生較大差異。
            建議測試人員在使用ISO 16232:2007時,要注意此標準的適用范圍,通過經驗選擇最合適的萃取方法和參數等因素,判斷萃取曲線和測試結果正常與否,都要進行經驗判斷和確定,以保證測試結果的準確性。

    4結論
            相較于ISO 16232:2007而言,VDA 19-2015更加完整準確地描述了汽車零部件清潔度的整個測試過程,分析了常見的異常情況并給出了解決方法,更利于試驗人員的理解和掌握。對于污染物的萃取和分析方法,VDA 19-2015比ISO 16232:2007要更多更完善,能更好地為汽車零部件生產廠商控制產品清潔度提供有力的依據。

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