关於油品清洁度分析

 对汽车零总成件来讲，作为工作介质的机油，严格来讲也是其重要“组件”之一，同样有清洁度问题。事实上，早在本世纪初已有规范的标准（如ISO4406、ISO4407等）明确了流体介质的清洁度要求，不但指明了测试方法，而且把上述残留物颗粒大小的统计分析确定为评价指标。近几年来，不少总成厂在贯彻这一标准时，逐渐提升了硬件—检测设备的档次，从只能借助普通的光学显微镜，目不转睛的高强度、低效率人工劳作，发展到利用如图5所示的清洁度分析系统。这种先进仪器是通过光机电结合的检测系统，自动地对清洁後滤纸表面的所有残渣颗粒快速扫描，同时对粒子大小和按规定的分类间隔进行测量和统计，最後按设定的门槛值或不同等级对工件的这一清洁度指标做出判断。显然这种仪器不仅可用於油品清洁度分析，还同样用於前述工件的这一指标的测试。需要指出的一点是，近年来虽然油品分析在不少零部件厂及包括变速器等总成厂已有所执行，不过在作为汽车心脏的发动机制造中，对其应用的机油的清洁度分析则刚刚开始。这也表明了对这一检测项目及指标的认知和重视。

图4 粒径50~100μm颗粒数的统计曲线（示例） 控制产品清洁度的复杂性 毋庸置疑，把产品的清洁度控制在额定范围之内的基础是产品的生产过程。尽管几乎所有较重要的、有清洁度指标要求的生产线都设置了清洗工位，且清洗机的功能、效率也由於制造厂商的努力而在不断提高，但事实是控制好产品的清洁度还是有相当的复杂性。原因何在呢？主要还是由主导生产过程的工艺方法决定的。在前面内容提到的发动机中的典型零件曲轴为例，对其清洁度质量指标要求的提高就是一个十分艰难的过程。

实践表明，一件成品清洁度水平的决定因素绝不只是最後一道清洗工序有没有把它“洗乾净”那么简单，它将是整个工艺过程的综合反映。而很多既要体现技术进步，又要考虑经济性、制造成本的措施，往往会与这一“目标愿望”相悖。仍以曲轴为例，上述复杂性就体现在诸多方面。

图5 一种先进的清洁度残留物分析仪器 曲轴经清洁度试验後产生的杂质、残渣主要出自三处：非加工面的毛坯面—扇形板；油孔；轴颈等加工面。而其中的影响因素众多。

毛坯

铸件在曲轴毛坯中多於锻件，尤其在中、小排量发动机中，而在国内采用的铸造工艺以 “砂型”方法为主，较少采用“壳型”。虽然後者形成的工件表面状态明显要好於前者，但因“一次性”的壳型工艺成本高，故企业倾向於选择砂型铸造。当然，为改善毛坯面质量还可以增加一道“喷丸硬化”工序，但这又会增加制造成本。

实践表明，虽然在生产线中设置了清洗工位，但毛坯的制造工艺和形成的工件表面质量，对於曲轴的最终清洁度仍有较大影响。在国外一些知名汽车厂商，已为关键工件的毛坯设定清洁度控制值，如曲轴毛坯为50mg（残留物的质量），且可以由上家在必要时适当调整，但在国内推行起来时会遇到些困难。不过，必须指出的一点是在铝制件的毛坯生产厂情况就完全不同，需方（用户）会对关键铝制件的毛坯制定明确的清洁度门槛值，主要是那些涉及有运动部件的工件，如缸盖、水泵壳、机油泵等。有些件的清洁度指标还不只是残留物的重量，像对缸盖毛坯这类关键件还进一步提出了对颗粒度分析的要求。对此，即使是国内的毛坯供货厂也会坚决执行。

钻孔—曲轴油孔加工 长期以来，国内外曲轴油孔加工采取的钻孔工艺均为“枪钻”，但近年来已逐步改为深孔钻（如硬质合金直柄麻花钻）。从制造成本和工效等多方面来讲，新的工艺更加合理，因此自本世纪初，在新建的生产线中采用“枪钻”工艺的比例已明显减少，这种情况在中、小排量发动机生产线尤甚。

但从另一方面来讲，由於执行新工艺时采取的是微量润滑，相比枪钻工艺边加工边以800bar压力的高压切削油冲洗，无疑利用後者的方式对清除钻孔後的切削及其他残留物的效果较之前者要强的多。

 磨削过程中切削液因素的影响

切削液起冷却、润滑、清洗排削、防锈等重要作用，对加工过程的正常进行有很大的帮助。生产实践告诫人们，作为整个切削加工系统的一个组成部分，切削液必须经过正确选择和使用才能发挥相应的作用。以磨削为例，曾在汽车行业轴类零件加工中广泛使用的是刚玉类砂轮，近年来随对制造质量和生产效率等要求的不断提高，在诸如曲轴轴颈的磨削工艺中，选用CBN砂轮的比例在不断提高，由於此时的转速、负荷有了明显提高，因此选用的切削液也必须从原来的“水基切削液”改为“油基切削液”。後者虽对被加工件也有一定的清洗效果，尤其当采取高压供给时，其清洗性能会更好，但相比含油表面活性剂的水基切削液，两者还是有较大差距。表面活性剂一方面能吸附各种固体微粒（切削、铁粉、磨削等）和油泥等残留物，并在工件表面形成一层吸附膜，阻止粒子和油泥粘附在工件、砂轮（刀具）上，另一方面能渗入到粒子和油污粘的界面上，把它们与界面分离，并随切削液带走，从而起到清洗作用。图6是这一过程的原理示意。显然，在改变了磨削方式和切削液之後，虽然可有效地提升曲轴的加工质量和生产率，而且采用油基切削液也更有利於工件的防锈，但相比选用“水基”，清洗排削的效果会有所降低，这也是一个不争的事实。因此如何在进行工艺规划、工艺调整时，对可能会引起工件清洁度的影响给予适当的关注，有时候还是必要的。

图6 表面活性剂的清洗、去污作用 关於清洗工位

设置在生产线中的清洗工位对确保产品符合清洁度要求起极大的作用，但这同样需要工艺部门经综合考虑後决定。近年来以下二个倾向值得关注： ·取消中间清洗工位，只设生产线终端那一个。以曲轴线为例，过去部分企业会在粗加工（包括“钻孔”工序）、热处理之後设立一道中间“清洗”，但近年来此种工艺布置方式已十分少见。这当然也是与实际需要以及出於经济性的考虑有关。

清洗机选用的清洗液。与切削液相似，清洗液也有油基和水基之分，长期以来，水基的清洗液占了极大部分，不过这一状况也在近年有所改变。在曲轴线终端的清洗工序，越来越多的汽车发动机厂选择了“油基”的清洗液，特别是那些在磨削工序中采用CBN砂轮，选择了切削油的企业。毫无疑问，就如同加工中选用切削油一样，清洗过程若通过油基清洗液进行，对工件的防锈会带来很大的帮助。然而，也如同一柄双刃剑，就清洗的效果来看，肯定不如水基的清洗液，其内在原因与前面阐述的去除作用机理完全相同。

 综上所述，可清楚地看到控制产品清洁度的重要性和复杂性，事实确如此，决定产品最终清洁度水平的决不是清洗工序，或是清洁度实验室的试验方法/程序，它是整个工艺过程综合作用的结果。因此一旦发生这方面的问题，或者面临要求提升清洁度的指标门槛值时，也必须逐项、逐道地综合分析。曲轴作为发动机总成中一个至关件，其清洁度虽然只是一个个案，但涉及到方方面面的要素，也可引伸到其他产品。另外，不同企业对产品的质量要求客观上还是有一定差异的，本文提到的一些指标明显是处於较高水平，因此在本文里会把遭遇到的一些问题的严重性、复杂性提升到较高程度，但笔者也相信，产品清洁度的重要性无论放到多高的位置都不为过。