Очистка деталей является этапом в различных промышленных процессах , как подготовка к отделке поверхности , так и для защиты деликатных компонентов. Один из таких процессов, гальванопокрытие , особенно чувствителен к чистоте деталей, поскольку даже тонкие слои масла могут препятствовать адгезии покрытия .
Методы очистки включают очистку растворителем , очистку горячим щелочным моющим средством , электроочистку и кислотное травление . В промышленных условиях испытание на разрыв воды является обычной практикой для оценки чистоты оборудования. Это испытание включает тщательное ополаскивание и вертикальное удерживание поверхности. Гидрофобные загрязнители, такие как масла, заставляют воду собираться в капли и разрываться, что приводит к быстрому стоку. Напротив, идеально чистые металлические поверхности являются гидрофильными и удерживают непрерывный слой воды без образования капель или стекания. Важно отметить, что этот тест может не обнаружить гидрофильные загрязнители, но они могут быть вытеснены в процессе гальванизации на водной основе. Поверхностно-активные вещества, такие как мыло, могут снизить чувствительность теста и должны быть тщательно смываемы.
Для описанных здесь видов деятельности часто встречаются следующие термины: очистка металла, очистка поверхности металла, очистка компонентов, обезжиривание, мойка деталей и очистка деталей. Они хорошо устоялись в использовании технического языка, но у них есть свои недостатки. Очистку металла можно легко спутать с очисткой неочищенных металлов. Очистка поверхности металла и очистка металла не учитывают растущее использование пластика и композитных материалов в этом секторе. Термин очистка компонента не учитывает очистку стальных профилей и листов, и, наконец, обезжиривание описывает только часть темы, так как в большинстве случаев также необходимо удалить стружку, мелочь, частицы, соли и т. д.
Термины «коммерческая и промышленная очистка деталей», «очистка деталей в ремесле и промышленности» или «коммерческая очистка деталей», вероятно, лучше всего описывают эту сферу деятельности. Некоторые специалисты предпочитают термин «промышленная очистка деталей», поскольку они хотят исключить обслуживание зданий, помещений, территорий, окон, полов, резервуаров, машин, гигиену , мытье рук, душевые и другие некоммерческие объекты.
Очистительные работы в этом секторе можно в достаточной степени охарактеризовать только путем описания нескольких факторов. Они представлены на первом изображении выше.
Сначала рассмотрите детали, которые нужно очистить. Они могут включать необработанные или плохо обработанные секции, листы и провода, а также обработанные детали или собранные компоненты, требующие очистки. Поэтому они могут состоять из разных металлов или разных комбинаций металлов. Пластики и композитные материалы можно часто встретить, и их действительно становится все больше, потому что, например, автомобильная промышленность, а также другие отрасли, используют больше и легче материалов.
Масса может быть очень важна для выбора методов очистки. Например, большие валы для кораблей обычно очищаются вручную, тогда как маленькие валы для электроприборов часто очищаются оптом на высокоавтоматизированных заводах.
Аналогично важна геометрия деталей. Длинные, тонкие, разветвленные, резьбовые отверстия, которые могут содержать застрявшую стружку, являются одной из самых больших проблем в этой технической области. Высокое давление и процесс мойки под давлением являются одним из способов удаления этой стружки, а также роботы , которые запрограммированы на точную промывку просверленных отверстий под высоким давлением.
Детали обычно покрыты нежелательными веществами, загрязнителями или загрязнениями. Используемое определение совершенно иное. В некоторых случаях эти покрытия могут быть желательны: например, кто-то может не желать удалять слой краски , а только материал сверху. В других случаях, когда необходима защита от трещин, необходимо удалить слой краски, так как он рассматривается как нежелательное вещество.
Классификация загрязнений следует структуре слоев, начиная с основного материала:
См. рисунок 2: Структура металлической поверхности [1]
Чем ближе слой к поверхности субстрата, тем больше энергии требуется для его удаления. Соответственно, сама очистка может быть структурирована по типу подводимой энергии: [1]
Затем слой загрязнения можно дополнительно классифицировать по следующим признакам:
Американское общество по испытаниям и материалам ( ASTM ) представляет шесть групп загрязнений в своем руководстве «Выбор процесса очистки» и связывает их с наиболее распространенными методами очистки, обсуждается пригодность методов очистки для удаления данного загрязнения. [2] Кроме того, они перечисляют примерные процессы очистки для различных типичных применений. Поскольку при выборе процесса необходимо учитывать очень много различных аспектов, это может служить только первой ориентацией. Группы загрязнений указаны:
Чтобы выбрать подходящее оборудование и среду, следует также знать, какое количество и какая пропускная способность должны быть обработаны. На более крупных заводах небольшие количества практически всегда очищаются экономично [ необходимо разъяснение ] . Кроме того, необходимо определить метод ценообразования. Иногда чувствительные детали необходимо фиксировать в коробках. При работе с большими количествами можно использовать объемную загрузку, но трудно достичь достаточного уровня чистоты, поскольку плоские детали слипаются. Сушка также может быть затруднена в этих случаях.
Еще одним соображением является место очистки. Очистка в мастерской требует иных методов по сравнению с очисткой, которая должна проводиться на месте, что может иметь место при работах по техническому обслуживанию и ремонту.
Обычно очистка происходит в мастерской. Несколько распространенных методов включают обезжиривание растворителем , обезжиривание паром и использование водной мойки деталей . Компании часто хотят, чтобы загрузка, погрузка и выгрузка были интегрированы в производственную линию, что гораздо более требовательно с точки зрения размера и всей способности системы очистки.
Такие системы очистки часто точно соответствуют требованиям относительно деталей, загрязняющих веществ и методов зарядки (специальное производство). Обычно используется центральное очистное оборудование, часто построенное как многозадачные системы. Эти системы могут соответствовать различным требованиям очистки. Типичными примерами являются моечные стенды или небольшие очистные машины , которые встречаются на многих промышленных предприятиях.
Во-первых, можно выделить следующие методы (в порядке от наиболее к наименее технологичным):
Процесс может быть выполнен в один этап, что особенно актуально для ручной очистки, но обычно он требует нескольких этапов. Поэтому на крупных заводах, например, в медицинской и оптической промышленности, нередко можно встретить от 10 до 20 этапов. Это может быть особенно сложным, поскольку в такие заводы могут быть интегрированы этапы, не связанные с очисткой, такие как нанесение слоев защиты от коррозии или фосфатирование . Очистка также может быть простой: процессы очистки интегрированы в другие процессы, как в случае с гальванопокрытием или цинкованием , где она обычно служит этапом предварительной обработки.
Следующая процедура довольно распространена:
Каждый из этих этапов может происходить в своей собственной ванне, камере или, в случае распылительной очистки, в своей собственной зоне (линейное или многокамерное оборудование). Но часто эти этапы могут иметь одну камеру, в которую закачиваются соответствующие среды (однокамерная установка).
Чистящие средства играют важную роль, поскольку они удаляют загрязнения с поверхности.
Для жидких сред можно использовать следующие очистители: водные агенты, полуводные агенты (эмульсия растворителей и воды), растворители на основе углеводородов и галогенированные растворители. Обычно последние называют хлорированными агентами, но можно использовать бромированные и фторированные вещества. Традиционно используемые хлорированные агенты, TCE и PCE , которые являются опасными, теперь применяются только на герметичных установках, а современные системы смещения объема ограничивают любые выбросы. В группе растворителей на основе углеводородов есть некоторые недавно разработанные агенты, такие как эфиры жирных кислот, изготовленные из натуральных жиров и масел, модифицированные спирты и двухосновные эфиры .
Водные очистители в основном представляют собой комбинацию различных веществ, таких как щелочные моющие средства, поверхностно-активные вещества и связывающие агенты. При очистке черных металлов в водный очиститель добавляют ингибиторы ржавчины, чтобы предотвратить мгновенное ржавление после мытья. Их использование растет, поскольку их результаты оказались в большинстве случаев такими же хорошими или даже лучше, чем у углеводородных очистителей. Образующиеся отходы менее опасны, что снижает затраты на утилизацию.
Водные очистители имеют преимущества в отношении частиц и полярных загрязнителей и требуют только более высоких затрат механической и тепловой энергии для эффективности, тогда как растворители легче удаляют масла и смазки, но имеют риски для здоровья и окружающей среды. Кроме того, большинство растворителей огнеопасны, создают опасность пожара и взрыва. В настоящее время при наличии надлежащего промышленного оборудования для мойки деталей принято считать, что водные очистители удаляют масло и смазку так же легко, как и растворители.
Другой подход — с использованием твердых очищающих сред (струйная обработка), которая включает в себя процесс сухого льда CO2 : для более жестких требований используются гранулы, а для более чувствительных материалов или компонентов применяется CO2 в виде снега. Одним из недостатков является высокое потребление энергии , необходимое для производства сухого льда.
И последнее, но не менее важное: существуют процессы без использования сред, такие как вибрация, лазер, щеточная обработка и системы продувки/вытяжки.
Все этапы очистки характеризуются средой и применяемыми температурами, а также их индивидуальным перемешиванием/применением (механическим воздействием). Существует широкий спектр различных методов и комбинаций этих методов:
Наконец, каждый этап очистки характеризуется временем, которое очищаемые детали проводят в соответствующей зоне, ванне или камере, и, таким образом, среда, температура и перемешивание могут влиять на загрязнение.
Каждый элемент оборудования для очистки нуждается в так называемой периферии. Этот термин описывает меры и оборудование, с одной стороны, для обслуживания и контроля ванн, а с другой стороны, для защиты людей и окружающей среды.
На большинстве установок моющие средства циркулируют до тех пор, пока их очищающая способность в конечном итоге не снизится и не достигнет максимально допустимого уровня загрязнения. Чтобы максимально отсрочить замену ванны, используются сложные очистные приспособления, удаляющие загрязнения и отработанные средства из системы. Необходимо добавлять свежие моющие средства или их части, что требует управления ванной. Последнее все больше упрощается в режиме онлайн и, таким образом, позволяет производить замену ванны с помощью компьютера. С помощью маслоотделителей, деэмульгаторов и испарителей водные процессы могут проводиться «без сточных вод». Полная замена ванн становится необходимой только каждые 3–12 месяцев.
При использовании органических растворителей предпочтительным методом достижения длительного срока службы ванны является дистилляция, особенно эффективный метод разделения загрязняющих веществ и агентов.
Периферия также включает меры по защите рабочих, такие как инкапсуляция, автоматическое отключение питания, автоматическое пополнение и заточка сред (например, газовый челнок), меры по предотвращению взрывов, вытяжная вентиляция и т. д., а также меры по защите окружающей среды, например, улавливание летучих растворителей, отстойники, извлечение, обработка и утилизация образующихся отходов. Процессы очистки на основе растворителей имеют то преимущество, что грязь и чистящее средство можно легче отделить, тогда как в водных процессах это сложнее.
В процессах без чистящих средств, таких как лазерная абляция и вибрационная очистка, необходимо утилизировать только удаленную грязь, поскольку чистящее средство отсутствует. В таких процессах, как струйная обработка CO2 и автоматическая очистка щетками, образуется довольно мало отходов за счет более высоких затрат на электроэнергию.
Стандартизация требований к качеству очищенных поверхностей относительно последующего процесса (например, покрытие, термическая обработка) или с точки зрения технической функциональности затруднительна. Однако можно использовать общие классификации. В Германии была предпринята попытка определить очистку как подкатегорию обработки металла (DIN 8592: Очистка как подкатегория процессов резки), но это не справляется со всеми сложностями очистки.
Достаточно общие правила включают классификацию на промежуточную очистку, окончательную очистку, точную очистку и критическую очистку (см. таблицу), на практике рассматриваемую лишь как общее руководство.
Таким образом, по-прежнему соблюдается правило, согласно которому требования к качеству считаются выполненными, если последующий процесс (см. ниже) не вызывает никаких проблем. Например, лакокрасочное покрытие не отслаивается до окончания гарантийного срока.
Там, где этого недостаточно, особенно в случае внешних заказов, из-за отсутствия стандартов, часто имеются особые требования заказчика относительно остаточных загрязнений, защиты от коррозии, пятен и уровня блеска и т. д.
Методы измерения для обеспечения качества, таким образом, не играют большей роли в цехах, хотя существует широкий спектр различных методов, от визуального контроля простых методов тестирования (тест на разрыв воды, тест на протирание, измерение угла контакта, тестовые чернила, тест с лентой и т. д.) до сложных методов анализа ( гравиметрический тест, подсчет частиц, инфракрасная спектроскопия , спектроскопия тлеющего разряда, энергодисперсионный рентгеновский анализ, сканирующая электронная микроскопия и электрохимические методы и т. д.). Существует лишь несколько методов, которые можно применять непосредственно на линии и которые предлагают воспроизводимые и сопоставимые результаты. Только недавно были достигнуты большие успехи в этой области [5]
Тем временем общая ситуация изменилась из-за резкого повышения требований к чистоте некоторых компонентов в автомобильной промышленности. Например, тормозные системы и системы впрыска топлива должны быть оснащены все меньшими диаметрами, и они должны выдерживать все более высокие давления. Поэтому даже незначительное загрязнение частицами может привести к большим проблемам. Из-за растущей скорости инноваций отрасль не может позволить себе выявлять возможные неисправности на относительно поздней стадии. Поэтому был разработан стандарт VDA 19/ISO 16232 «Дорожные транспортные средства. Чистота компонентов жидкостных контуров», который описывает методы, которые могут контролировать соблюдение требований к чистоте.
При выборе методов очистки, чистящих средств и процессов очистки особый интерес представляют последующие процессы, т.е. дальнейшая обработка очищенных деталей.
Классификация в основном следует теории металлообработки:
Со временем были установлены эмпирические значения того, насколько эффективной должна быть очистка, чтобы обеспечить процессы на определенный гарантийный период и далее. Выбор метода очистки часто начинается отсюда.
Приведенные выше данные иллюстрируют, насколько сложна эта конкретная область. Небольшие изменения в требованиях могут привести к совершенно разным процессам. Становится все более важным получать требуемую чистоту как можно более экономически эффективно и с постоянно минимизированными рисками для здоровья и окружающей среды, поскольку очистка стала иметь центральное значение для цепочки поставок в производстве. [6] Компании, подающие заявки, обычно полагаются на своих поставщиков, которые — благодаря большой базе опыта — предлагают адекватное оборудование и процессы, которые затем адаптируются к подробным требованиям на испытательных станциях на территории поставщика. Однако они ограничены своей областью технологий. Чтобы предоставить практикам возможность рассмотреть все соответствующие возможности, отвечающие их требованиям, некоторые институты разработали различные инструменты:
SAGE: К сожалению, более не действующая, комплексная экспертная система для очистки и обезжиривания деталей предоставила градуированный список с относительно общими процессами растворителей и альтернативными процессами. Разработана Программой очистки поверхностей в Исследовательском институте треугольника , Роли, Северная Каролина , США, в сотрудничестве с Агентством по охране окружающей среды США (ранее была доступна по адресу: http://clean.rti.org/).
Cleantool: База данных «Лучших практик» на семи языках с комплексными и конкретными процессами, напрямую зарегистрированными в компаниях. Кроме того, она содержит интегрированный инструмент оценки, который охватывает области технологий, качества, охраны труда и техники безопасности, охраны окружающей среды и затрат. Также включен полный глоссарий (семь языков, ссылка ниже).
Bauteilreinigung: система выбора для очистки компонентов, разработанная Университетом Дортмунда , помогающая пользователям анализировать свои задачи по очистке с точки зрения подходящих процессов очистки и чистящих средств (только на немецком языке, ссылка приведена ниже).
TURI, Toxic Use Reduction Institute: Отделение Университета Лоуэлла, Массачусетс (США). Лаборатория TURI проводит оценку альтернативных чистящих средств с 1993 года. Большинство этих средств были разработаны для очистки металлических поверхностей. Результаты доступны в режиме онлайн через базу данных лабораторий Института.
[1]