汽车零部件清洁度如何检测?几项重要标准方法应知晓!

发布时间: 2021年06月07日 浏览次数:563

图源:德国汽车工业协会

清洁度检测,在智能制造和工业制造几乎所有的零部件质检中都难以缺席。在汽车、航空、半导体、数据存储、通讯、精密仪表等行业中发挥着重要的作用。

清洁度,是指零件、总成和整机特定部位被杂质污染的程度。与颗粒污染物有直接关系。颗粒污染物通常为金属屑、金属末、粉尘、纤维、油污等,这些污染物来自在整车零部件制造过程(切割、打磨、抛光和去毛刺),由于库房和装配车间环境中的空气污染物黏附到零部件表面或进入零部件内部,造成零部件的污染。

 

颗粒污染物对零部件的危害

在汽车工业制造进程中,随着系统和组件越变越小,甚至极其微小的颗粒也会引起灾难性的故障,就可能产生涉及到部件和系统严重问题。涉及部件有曲轴轴承夹具、阀门堵塞装置、喷嘴、喷油器、过滤器或电子部件。关乎系统有燃油系统、制动系统、液压回路或电子设备的任何部件。从行业特别是汽车后市场反馈来看,最直接表现有发动机早期磨损、制动系统阀体早期失效、转向系统老化、汽车表面早期锈蚀等。

清洁度控制,对整车性能和寿命会有直接影响和重要意义,具体而言:

  • 使汽车零部件达到规定的标准
  • 越来越严苛的公差要求,使设备对污染物和残留物更敏感
  • 清洁度变得与汽车零部件的长期耐用性、可靠性及预期寿命方面息息相关
  • 大尺寸污染物颗粒(致命颗粒)可能导致设备失效,失灵,失控
  • 废气再循环部件需要极为光滑的(无划伤的)零件表面
  • 噪音控制部件需要极为光滑的(无划伤的)零件表面
  • 回收再利用的相关法律要求无铅产品(极为严苛的残留物要求)

颗粒污染物 图源:上海辛茨精密仪器有限公司

结合售后故障件失效、整车结构和总装配工艺流程,依据生产过程实际,将包括零部件清洁度检测在内的整车清洁度控制关键点划分为9个方面:

  • 1、车架外观表面清洁度
  • 2、离合操纵、传动和转向系统内表面异物管理、润滑措施
  • 3、冷却系统内表面异物管理
  • 4、阀体、制动(软管、钢管)类内表面异物管理
  • 5、供给系统(油箱、滤清器)内表面异物管理、表面清洁度
  • 6、动力总成(发动机、变速箱)异物管理、润滑措施
  • 7、进排气系统内表面异物管理
  • 8、汽车电器系统外观表面清洁度
  • 9、汽车用油品颗粒物和异物管理

在汽车制造领域,确保每个零部件达到严苛标准的优质水平,是每个汽车制造商义不容辞的责任。扩大和推广汽车清洁度检测,包括零部件、液体在内的部件系统进行技术清洁度和完整性的评估成为质量控制过程的一个必不可少的环节。

 

清洁度检测重要的国际标准

 

汽车零部件清洁度检测发展到今天,其国际标准已经过了几代标准化升级。

1996年由罗伯特·博世公司(Robert Bosch)为了提高柴油汽车发动机共轨喷射系统的生产质量,首度提出零部件清洁度测试。此后,在汽车系统中很多可靠性问题都被归因于微粒子污染,即零部件清洁度不足。

2005年德国汽车行业协会出版VDA-19标准。其详尽地描述了关于汽车零部件颗粒物清洁度的检测技术以及零部件在生产、加工、装配、物流等过程中的清洁度控制要求,从诸多环节出发,事前事后进行预防性地监控VDA-19标准从而成为全球范围内非常有用的文件。

2007年,基于VDA-19标准蓝本升级的ISO-16232成为国际通用标准。为了保证控制颗粒物污染物以保证组件和系统性能的可靠性,对构建阶段期间引入的颗粒数量进行必要性控制,同时将微粒污染物的测量值作为控制的基础。ISO-16232已作为一套国际标准来测量和报告汽车流体回路中配备的零件和部件的清洁度水平。

零部件清洁度检测标准BSISO16232-5-2007目录  图源:南京高清

2012年,通用GMW-16037全球汽车工程标准动力总成零部件清洁度的量化试验方法,介绍了在最终清洗后和发动机或变速器组装前,确定任何零部件内部或零件上残余污垢的的重量、尺寸、要求的方法。该方法可用于量化零部件、分总成和总成内的异物。

2015年,德国汽车行业提出修订和扩展规范的要求。其主要目的是提高清洁度测试结果的可对比性,并且增加污染物萃取和分析的新内容。基于VDA-19的新标准VDA-19.1出版,ISO-16232修订委员会也相应成立,目的是将VDA-19.1标准的内容转移到国际水平。

高分辨率颗粒物清洁度扫描仪 图源:翁开尔

2018,新版ISO-16232发布。新版的测试标准对于颗粒物提取的方法和温度等做了修正和补充说明,同时标准中还提到了光学扫描法颗粒清洁度分析。

以上标准提到了很多实用并有详细说明的关于零部件表面污染物颗粒的萃取和定量分析的最常用的方法。成为了全世界汽车行业中的零部件清洁度的分析框架,也可作为企业自编清洁度文件标准的雏形或者分析框架。

今后两年,中国汽车工业协有望推行《道路车辆零部件和系统的清洁度》标准,该标准将由中国汽车标准化技术委员会颁布,这将标志着我国将拥有自己的汽车零部件清洁度检测标准。国标的颁布进一步说明了国家对汽车质量的重视以及汽车零部件清洁度检测在质量控制上的重要性。

《道路车辆零部件和系统的清洁度》意见函  图源:中国汽车技术研究中心有限公司标准化研究所

 

颗粒污染物测量、分析方法与步骤

 

污染物的测量与分析有多种方法,而在汽车行业作为标准的污染物分析方法,我们使用的清洁度检测标准,一直遵循VDA-19和ISO-16232,或各大汽车公司的内部标准。VDA-19/ISO-16232规定了以下两种方法。

1、重量法/重量测量:采用测量重量的方式,因此被认为是比较轻松的测量方法,但需要仅凭重量差异信息进行分析。由于无法测量每个颗粒状污染物质的大小及粒度分布、金属及纤维等细微颗粒的性质,因此并不能获得有助于找出污染物产生原因或防止再发生的信息。

 称重法清洁度检测标准步骤:01提取, 02过滤, 03称重, 04检验, 05复审, 06结果

2、光散射法/光散射式分析:利用光学显微镜进行测量与分析。除污染物的有无及存在量以外,还可判断每个颗粒的大小、粒度分布、颗粒的性质(金属、纤维等)

4K数码显微系统VHX系列  图源:基恩士

在细微颗粒的混入对重要安全部件的品质、性能、安全性产生重大影响的汽车制造领域,利用显微镜的光散射法成为清洁度测量的主流。

VDA-19 标准中,提到了很多实用并有详细说明的关于零部件表面污染物颗粒的萃取和定量分析的最常用的方法。所有清洁度分析都分为三个步骤:

  • 通过萃取液收集零部件表面的污染物颗粒
  • 使用过滤膜对萃取液体进行过滤
  • 将过滤膜进行分析以确定颗粒的质量,数量,尺寸和类型

VDA-19 零部件清洁度测试的基本方案

按照ISO-16232标准,制定的清洁度的提取数据和显示结果的分析方法:

  • 按常规清洗工艺对金属零部件进行清洗以后,取样准备进行清洁度测试
  • 按各车厂关于清洁度测试的规定方式再次对零部件进行清洗并得到金属零件上的残留物样本。清洗液流过滤膜时,把残留物留在滤膜上
  • 得到过滤后的滤膜后,需要对其进行烘干处理
  • 使用清洁度检测仪对滤膜进行扫描和软件分析处理,导出报告

图源:翁开尔

依据ISO-16232/VDA-19等清洁度检测要求,汽车零部件清洁度检测机构要配置和完善一站式清洁度等级实验室。需要的设备有如:

  • 清洁度无尘室
  • 汽车零部件清洁度检测设备
  • 自动清洁度清洗收集设备
  • 自动清洁度检测仪
  • 超声波自动清洁度清洗机
  • 自动清洁度检测装置(压力清洗)
  • 自动清洁度颗粒检测仪
  • 清洁度清洗收集装置(压力超声双工位)

汽车清洁度检测无尘室 图源: 英菲洛

 

基于显微镜成像原理的颗粒物检测

 

清洁度的测试,是利用被检测零部件的表面与污染物颗粒具有不同的光吸收率或散射率,通过光学显微镜的成像原理及统计系统来区分颗粒物的尺寸分布。

国标意见稿清洁度检测步骤 图源:中国汽车技术研究中心有限公司标准化研究所

根据主流的方法——显微镜光学测试的基本操作方法以及注意事项。为了确保部件和系统符合清洁度的要求,首先要使用无尘室中的提取箱将污染颗粒从部件上分离出来。通过摇晃法、压力冲洗法或超声波冲洗法将部件上的污染物质去除。然后将含有污染物的清洗液体通过滤膜充分过滤,以提取颗粒。滤膜被夹放在托架中晾干,以备进一步分析之用。滤膜晾干后,用光学显微镜在光照射下进行观察,按颗粒尺寸和数量统计污染物颗粒,即可得到所测物体零部件的固体颗粒污染物结果。

为了确保这些颗粒只被探测到一次,每个颗粒可使用不同的参数表述。其中最重要的参数是最大费雷特直径和等效圆直径,这两个参数都用于测量颗粒的长度。其他颗粒参数可用于测量颗粒的面积、形状和反射率。这些特性用于识别特殊的颗粒种类,如:纤维颗粒和反光颗粒。对金属颗粒和非金属颗粒的区分基于它们反射光的不同表现。

图源:JOMESA

而这过程中,显微镜的检测是非常关键的步骤。显微镜的最佳设备是具有拍摄功能的图像识别和分析设备。客户可根据需求选择各类OLYMPUS、LEICA显微镜,并参考与显微镜配套的摄像装置、图像分析软件、电动扫描台、以及显微镜相关产品和技术服务。

汽车清洁度显微镜CIX100 图源:奥林巴斯

 

国标下,国内清洁度检测的工作方向

 

清洁度测试概念最早由德系合资车企引入中国,以德VDA-19为依据,对汽车容易磨损或重要的零部件进行严格的清洁度管控,在德系车企的推动下,汽车零部件清洁度测试在中国汽车行业有了飞跃的发展。

汽车零配件的质量保证和清洁度测试需求呈稳步上升趋势,很多汽车零部件都要求有清洁度检测,并且零部件清洁度会作为重要的考核项目。但是很多清洁度实验室测试方法并不是很规范,改进的空间仍很大,如进一步了解零部件的精确尺寸、公差和材料组成,进一步了解被清洗的污染物的性质和数量,如建立清洁度的基准、制定清洁度控制流程、做全面准确的清洁度检测等,以及设备上追求的精准自动化、短时高效、定量化等。

图源:罗伯特·博世

国行版本的《道路车辆零部件和系统的清洁度》标准一旦施行,将有序整合优化清洁度检测标准,也将大大刺激市场的需求,保证汽车零部件的质量和寿命。零件清洁度测试越受重视一个是必然的方向,因为越来越多的企业开始或改进目前的测试方法,其重要性也在不断的加强。如何有效、有针对性的进行零件清洁度测试以及全面提升测试的价值,将是今后质量控制中十分重要的一环。