周迎冬，葉青，吳新中，陳金梁

(浙江亞太機(jī)電股份有限公司制動(dòng)工藝科,浙江杭州 311201)

0 引言

國(guó)外很早就將零部件的清潔度控制視為產(chǎn)品的生命線，建立了成熟的清潔度控制產(chǎn)品設(shè)計(jì)體系、工藝體系和質(zhì)量體系[1]，國(guó)內(nèi)零部件清潔度控制研究也逐漸趨于成熟。清潔度控制是基礎(chǔ)性研究，有助于提高制動(dòng)部件的可靠性和壽命，減少產(chǎn)品的故障和維修費(fèi)用。

1 汽車制動(dòng)部件的清潔度控制概述

汽車部件的清潔度，用規(guī)定方法從規(guī)定部位采集到的雜質(zhì)微粒的質(zhì)量、大小和微粒尺寸分布來(lái)表示。2005年德國(guó)汽車行業(yè)協(xié)會(huì)出版了VDA 19標(biāo)準(zhǔn)，2009年版的ISO 16232已經(jīng)發(fā)展到與VDA 19標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。如ISO 16232標(biāo)準(zhǔn)所述[2]，顆粒物提取方式有：機(jī)械攪拌提取污染物的方法、高壓水提取污染物的方法、超聲波技術(shù)提取污染物的方法、多功能試驗(yàn)臺(tái)提取污染物的方法。顆粒物分析方法有：質(zhì)量分析法確定顆粒質(zhì)量、顯微分析法確定顆粒粒度和計(jì)數(shù)、顯微分析法確定顆粒本性、用自動(dòng)消光顆粒計(jì)數(shù)器確定顆粒粒度和計(jì)數(shù)。不同的檢測(cè)方法和分析方法，必然會(huì)有不同的清潔度結(jié)果，因此需要選擇合適的檢測(cè)方法和分析方案。

顆粒污染對(duì)液壓系統(tǒng)的影響研究隨著液壓系統(tǒng)的廣泛使用而發(fā)展。液壓系統(tǒng)中的顆粒污染造成液壓元件磨損和失效[3]，控制液壓系統(tǒng)顆粒污染，提高液壓系統(tǒng)清潔度顯得尤為重要。以往的零部件清潔度研究多集中在液壓系統(tǒng)和汽車發(fā)動(dòng)機(jī)部件，針對(duì)制動(dòng)系統(tǒng)清潔度的研究較少。液壓制動(dòng)的汽車制動(dòng)部件顆粒物污染同樣使制動(dòng)零件磨損，可造成制動(dòng)液泄漏，降低汽車制動(dòng)效果，嚴(yán)重的可造成汽車制動(dòng)失敗。怎樣提升汽車制動(dòng)部件的清潔度是提升汽車質(zhì)量的重要課題之一。文中提出根據(jù)制動(dòng)部件在設(shè)計(jì)、制造和使用3個(gè)階段產(chǎn)生的不同雜質(zhì)，從雜質(zhì)產(chǎn)生的源頭進(jìn)行研究，制定相應(yīng)的控制方法。

2 汽車制動(dòng)系統(tǒng)污染原因分析

汽車制動(dòng)系統(tǒng)主要雜質(zhì)包括金屬顆粒雜質(zhì)、非金屬顆粒雜質(zhì)、纖維，產(chǎn)生的原因有雜質(zhì)殘留、混入雜質(zhì)、生產(chǎn)雜質(zhì)[4]。

2.1 殘留雜質(zhì)

殘留雜質(zhì)指存在于零件上，經(jīng)過(guò)清洗工藝后未除去的雜質(zhì)，如機(jī)加件的毛刺(圖1)、切屑、金屬件表面的氧化皮等。例如，制動(dòng)鉗鉗體中殘留的切屑(圖2)，當(dāng)切屑卡在密封槽內(nèi)時(shí)，造成密封不良，會(huì)導(dǎo)致泄漏。

圖1 機(jī)加件成品毛刺

圖2 制動(dòng)鉗鉗體中殘留的切屑

2.2 混入雜質(zhì)

混入雜質(zhì)是指在裝配、使用、維修過(guò)程中由于操作者和環(huán)境混入液壓系統(tǒng)內(nèi)部的雜質(zhì)，如塵埃、有機(jī)物殘?jiān)捌渌问诫s質(zhì)等。例如鉗體總成裝配中，有地毯碎片異物進(jìn)入工作腔內(nèi)(圖3)，造成密封不良；泵總成正常裝車使用一段時(shí)間后，工作腔內(nèi)會(huì)有塵埃進(jìn)入形成的泥灰(圖4)。

圖3 制動(dòng)鉗鉗體總成混入異物

圖4 維修件活塞上的泥灰

2.3 生成雜質(zhì)

生成雜質(zhì)包括磨損產(chǎn)生的磨粒、磨屑，正常壓裝產(chǎn)生的毛刺脫落，焊接產(chǎn)生的煙塵等。它們侵入摩擦副后，會(huì)加速產(chǎn)品的磨損過(guò)程，侵入密封結(jié)合處會(huì)造成密封不良、泄漏及其他性能不良。例如，閥類部件的控制孔口磨損產(chǎn)生的磨屑會(huì)加速孔口磨損，使閥類部件的控制效果及性能變差；進(jìn)出液閥焊接產(chǎn)生的煙塵(圖5)，落在孔口易造成開(kāi)關(guān)性能不良。

圖5 進(jìn)入液閥孔口的煙塵

制動(dòng)部件生命周期的不同階段會(huì)產(chǎn)生不同的雜質(zhì)，需要從雜質(zhì)產(chǎn)生的源頭進(jìn)行研究，在初始階段進(jìn)行控制，根據(jù)雜質(zhì)的產(chǎn)生原因制定相應(yīng)的控制方法。

3 汽車制動(dòng)部件的清潔度控制措施

在考慮并確定某一特定零件或元件的清潔度要求(零部件裝車前的清潔度要求)時(shí)，典型的參考資料有[5]：原始數(shù)據(jù)；現(xiàn)行的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；零件或元件的性能、可靠性和耐久性要求；同類零件或元件的數(shù)據(jù)。汽車制動(dòng)部件的清潔度要求應(yīng)由相關(guān)各方共同確定和認(rèn)可。

汽車制動(dòng)部件的清潔度需要從部件的生命周期總體考慮，在設(shè)計(jì)、制造和使用3個(gè)階段均需要進(jìn)行控制，亦需要從雜質(zhì)來(lái)源的3個(gè)方面制定措施進(jìn)行控制。

3.1 設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員需要在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)初始，從產(chǎn)品的整個(gè)生命周期考慮其清潔度的控制。

3.1.1 零件的選材及加工方式

不同的材質(zhì)，不同的加工方式，零件的殘留雜質(zhì)必然不同。例如，卡鉗活塞，可以選擇金屬材質(zhì)機(jī)加然后進(jìn)行表面處理，同時(shí)也可以選擇樹(shù)脂材質(zhì)成型后，再機(jī)加處理。金屬活塞殘留雜質(zhì)多表現(xiàn)為金屬顆粒，而樹(shù)脂活塞殘留雜質(zhì)多表現(xiàn)為非金屬顆粒。

試驗(yàn)選取直徑相同、結(jié)構(gòu)相似的兩種卡鉗活塞：一種為樹(shù)脂材質(zhì)(圖6(a))，另一種為金屬材質(zhì)(圖6(b))。分別選取5只，并在同一清洗機(jī)中清洗完成后送試驗(yàn)室做清潔度檢測(cè)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

圖6 兩種卡鉗活塞

表1 樹(shù)脂活塞和金屬活塞殘留雜質(zhì)對(duì)比

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：金屬活塞的雜質(zhì)質(zhì)量大于樹(shù)脂活塞且金屬顆粒尺寸也比樹(shù)脂活塞大。

3.1.2 裝配方式

不同的連接方式，材料的表面狀態(tài)，裝配時(shí)產(chǎn)生的雜質(zhì)大小和質(zhì)量差異也較大。制動(dòng)系統(tǒng)常用的連接方式有卡扣式結(jié)構(gòu)連接、鉚接、螺栓連接、焊接、黏接。螺栓連接在腔體外部，不影響腔體內(nèi)清潔度；黏接主要使用在塑料件，不會(huì)生成雜質(zhì)；卡扣式結(jié)構(gòu)連接和鉚接都會(huì)使材料脫落生成雜質(zhì)，結(jié)合面越小、粗糙度越好、過(guò)盈量越小，產(chǎn)生的雜質(zhì)就越少，所以設(shè)計(jì)需要綜合考慮這些因素；金屬焊接會(huì)產(chǎn)生煙塵，選擇不同的焊接能源、焊接方式，生成的煙塵雜質(zhì)大小必然會(huì)有差異，焊接工藝方式的選擇也需要綜合各方面因素考慮。

試驗(yàn)選取活塞、皮碗、墊圈等內(nèi)部部件基本相同，且缸徑相同的兩種主缸總成，一種為卡扣式結(jié)構(gòu)連接(圖7(a))，另一種為超聲波焊接(圖7(b))。試驗(yàn)分別選取5只，總成合裝成后送試驗(yàn)室做總成清潔度檢測(cè)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

圖7 兩種主缸總成

表2 卡扣式結(jié)構(gòu)連接和超聲波焊接總成殘留雜質(zhì)對(duì)比

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明：卡扣式結(jié)構(gòu)連接總成比超聲波焊接總成的300～800 μm非金屬顆粒數(shù)量多。

3.1.3 成品自身的防護(hù)及使用后的維修方式

設(shè)計(jì)要考慮成品自身的密封，既考慮半成品周轉(zhuǎn)的防護(hù)也考慮成品上車后的密封防塵效果，既需要裝配方便，也要密封防塵可靠，還要考慮維修更換容易獲得，防塵件通用性好。

3.2 制造

制造過(guò)程清潔度控制是汽車制動(dòng)部件清潔度控制的難點(diǎn)，也是清潔度保證的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。VDA 19.2詳細(xì)地描述了關(guān)于汽車零部件顆粒物清潔度的檢測(cè)技術(shù)以及零部件在生產(chǎn)、加工、裝配、物流等過(guò)程中的清潔度控制要求[6]。標(biāo)準(zhǔn)從環(huán)境、物流、人員、設(shè)備對(duì)影響清潔度的因素進(jìn)行控制和改進(jìn)。

汽車制動(dòng)部件關(guān)注的是總成件的清潔度，總成清潔度不是簡(jiǎn)單的配件清潔度的加法運(yùn)算，因?yàn)榭偝刹考臏y(cè)試方式并不能將所有配件的雜質(zhì)清洗出，另外裝配環(huán)境也會(huì)增加總成的雜質(zhì)，最后裝配工藝也會(huì)產(chǎn)生新的雜質(zhì)，這才組成了總成的清潔度，由于裝配工藝在設(shè)計(jì)時(shí)就已經(jīng)確定，制造過(guò)程從配件來(lái)料清潔度和裝配環(huán)境兩個(gè)部分進(jìn)行分析。

3.2.1 配件來(lái)料清潔度

要保證總成件的清潔度就必須先保證配件的清潔度， 配件來(lái)料的清潔度從3個(gè)方面保證：清潔的生產(chǎn)工藝、可靠的清洗技術(shù)、周轉(zhuǎn)密封防塵防護(hù)方法。

清潔的生產(chǎn)工藝即產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)就產(chǎn)生較少的殘留雜質(zhì)，如通過(guò)調(diào)整機(jī)加的參數(shù)，或改制刀具，能杜絕毛刺殘留和切削殘留。是保證配件清潔度的重要手段。

可靠的清洗技術(shù)是保證配件清潔度的最后方法。要根據(jù)配件的材質(zhì)、形狀及殘留雜質(zhì)的狀態(tài)選擇清洗劑、清洗方式，不同的配件需要定制清洗方式、檢查方式、檢查頻率、合格標(biāo)準(zhǔn)。

周轉(zhuǎn)密封防塵防護(hù)方法是保證配件清潔度必不可少的環(huán)節(jié)。制動(dòng)部件的零配件從供應(yīng)商發(fā)料過(guò)來(lái)很多是不需要在制動(dòng)器裝配廠家再次清洗，所以配件在運(yùn)輸存儲(chǔ)中必須要進(jìn)行防塵防護(hù)及其管理，防止配件被污染，制動(dòng)器裝配廠家再次清洗的配件到上線裝配也需要進(jìn)行防塵防護(hù)。

3.2.2 裝配環(huán)境

清潔的裝配環(huán)境是杜絕混入雜質(zhì)的保護(hù)傘，差的裝配環(huán)境絕對(duì)是雜質(zhì)入侵的方便之門。

裝配環(huán)境包括配件容器，人員，與產(chǎn)品直接接觸的設(shè)備、工裝、臺(tái)面，密封車間。

配件容器包括移動(dòng)周轉(zhuǎn)的容器和固定的容器，需要制定清洗方式、檢查方式、檢查頻率、合格標(biāo)準(zhǔn)。

人員包括車間人員和非車間人員的進(jìn)出管理，穿戴要求。

與產(chǎn)品直接接觸的設(shè)備、工裝、臺(tái)面，需要制定清洗方式、檢查方式、檢查頻率、合格標(biāo)準(zhǔn)。

密封車間也需要制定清潔方式、檢查方式、檢查頻率、合格標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 使用

制動(dòng)系統(tǒng)正常使用時(shí)，清潔度不可避免會(huì)越來(lái)越差，與其他液壓系統(tǒng)同理，制動(dòng)系統(tǒng)中的顆粒雜質(zhì)會(huì)使制動(dòng)系統(tǒng)元件磨損，產(chǎn)生更多的雜質(zhì)，然后使制動(dòng)系統(tǒng)元件磨損程度增加，因此，定期更換制動(dòng)液是提高制動(dòng)系統(tǒng)清潔度、減少生成雜質(zhì)的重要方法。同時(shí)也要檢查制動(dòng)部件的防塵護(hù)罩，及時(shí)更換破損的防塵護(hù)罩，防止外部雜質(zhì)混入。

4 結(jié)束語(yǔ)

汽車制動(dòng)部件的清潔度需要從部件的生命周期總體考慮，在設(shè)計(jì)、制造和使用3個(gè)階段均需要進(jìn)行控制，文中提出根據(jù)制動(dòng)部件生命周期的不同階段產(chǎn)生的不同雜質(zhì)，從雜質(zhì)產(chǎn)生的源頭進(jìn)行研究，制定相應(yīng)的控制方法，為汽車制動(dòng)部件清潔度的控制提供參考。

隨著汽車控制技術(shù)的不斷發(fā)展、制動(dòng)系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷提高，制動(dòng)系統(tǒng)零部件清潔度日益受到重視，客戶對(duì)汽車制動(dòng)系統(tǒng)零部件及系統(tǒng)清潔度的要求也越來(lái)越高。由于制動(dòng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化升級(jí)，企業(yè)需要根據(jù)自身產(chǎn)品的特性以及生產(chǎn)情況對(duì)清潔度進(jìn)行控制，因地制宜地實(shí)施清潔度管控措施，抓住重點(diǎn)，才能有效提高產(chǎn)品清潔度。