Очистка деталей

Промышленная мойка для очистки водных деталей

Очистка деталей — это этап различных производственных процессов , используемый как для подготовки к отделке поверхности , так и для защиты хрупких компонентов. Один из таких процессов, гальваника , особенно чувствителен к чистоте деталей, поскольку даже тонкие слои масла могут препятствовать покрытия адгезии .

Методы очистки включают очистку растворителем , очистку горячим щелочным моющим средством , электроочистку и травление кислотой . В промышленных условиях испытание на водонепроницаемость является обычной практикой для оценки чистоты оборудования. Этот тест включает тщательное ополаскивание и удержание поверхности в вертикальном положении. Гидрофобные загрязнения, такие как масла, заставляют воду скапливаться и разрушаться, что приводит к быстрому дренажу. Напротив, идеально чистые металлические поверхности гидрофильны и сохраняют непрерывный слой воды, не образуя капель и не стекая. Важно отметить, что этот тест может не обнаружить гидрофильные загрязнения, но они могут быть вытеснены в процессе гальваники на водной основе. Поверхностно-активные вещества, такие как мыло, могут снизить чувствительность теста, поэтому их следует тщательно смыть.

Определения и классификации

Для описанных здесь видов деятельности часто встречаются следующие термины: очистка металла, очистка металлических поверхностей, очистка компонентов, обезжиривание, промывка деталей и очистка деталей. Они хорошо зарекомендовали себя в использовании технического языка, но у них есть свои недостатки. Очистку металлов легко спутать с очисткой неочищенных металлов. Очистка металлических поверхностей и очистка металла не учитывают растущее использование пластмасс и композитных материалов в этом секторе. Термин «очистка компонентов» не включает очистку стальных профилей и листов, и, наконец, обезжиривание описывает только часть темы, поскольку в большинстве случаев также необходимо удалить стружку, мелкую фракцию, частицы, соли и т. д.

Термины «очистка коммерческих и промышленных деталей», «очистка деталей в ремеслах и промышленности» или «очистка коммерческих деталей», вероятно, лучше всего описывают эту сферу деятельности. Некоторые специалисты предпочитают термин «чистка промышленных деталей», поскольку хотят исключить обслуживание зданий, помещений, площадей, окон, полов, резервуаров, машин, средств гигиены , мытья рук, душевых и других некоммерческих объектов.

Элементы и их взаимодействие

Факторы

Деятельность по уборке в этом секторе можно достаточно охарактеризовать только путем описания нескольких факторов. Они обозначены на первом изображении выше.

Детали и материалы, подлежащие очистке

Сначала рассмотрите детали, которые необходимо очистить. Они могут включать необработанные или плохо обработанные профили, листы и проволоку, а также обработанные детали или собранные компоненты, нуждающиеся в очистке. Следовательно, они могут состоять из разных металлов или разных комбинаций металлов. Пластмассы и композитные материалы встречаются часто, и их количество действительно растет, поскольку, например, автомобильная промышленность, как и другие, использует все больше и более легких материалов.

Масса может иметь очень важное значение для выбора методов очистки. Например, большие шахты кораблей обычно очищаются вручную, тогда как крошечные шахты электроприборов часто очищаются большими партиями на высокоавтоматизированных установках.

Не менее важна геометрия деталей. Длинные, тонкие, разветвленные отверстия с резьбой, в которых может застрять стружка, представляют собой одну из самых серьезных проблем в этой области техники. Одним из способов удаления этой стружки является высокое давление и процесс мойки под высоким давлением , а также роботы , которые запрограммированы на точную промывку просверленных отверстий под высоким давлением.

Загрязнения

Детали обычно покрыты нежелательными веществами, загрязнениями или загрязнениями. Используемое определение совершенно иное. В некоторых случаях эти покрытия могут быть желательны: например, можно не удалять слой краски , а удалять только верхний материал. В других случаях, когда необходима защита от трещин, слой краски приходится удалять, так как он считается нежелательным веществом.

Классификация загрязнений соответствует структуре слоев, начиная с основного материала:

Структура металлической поверхности

• Деформированный пограничный слой, > 1 мкм
• Реакционный слой, 1–10 нм
• Сорбционный слой, 1–10 нм
• Слой загрязнения, > 1 мкм

См. рисунок 2: Структура металлической поверхности.

Чем ближе слой к поверхности подложки, тем больше энергии требуется для его удаления. Соответственно, саму очистку можно структурировать по типу энергозатрат:

• Механически-абразивные: пескоструйная обработка, шлифовка.
• Механический – неабразивный: перемешивание, смешивание, ультразвук , распыление.
• Термически-реактивный: термообработка при температуре намного выше 100 °C в химически активных газах.
• Термический – нереактивный: температура ниже 100 °C, повышенная температура ванны, обезжиривание паром.
• Химические – абразивные/реактивные: травление в жидкостях, плазменная очистка , очистка распылением , электрополировка.
• Химические – нереакционноспособные: органические растворители, водные растворы, сверхкритический CO ₂

Слой загрязнения может быть дополнительно классифицирован в соответствии с:

• Источник
• Состав: например, смазочно-охлаждающие жидкости могут иметь другой состав. Отдельные компоненты могут создавать большие проблемы, особенно для уборщиков цехов, которые не имеют контроля над предыдущими процессами и, следовательно, не знают о загрязнителях. Например, силикаты могут препятствовать азотированию .
• Агрегатное состояние
• Химические и физические свойства

Американское общество по испытаниям и материалам ( ASTM ) представляет шесть групп загрязнений в своем руководстве «Выбор процесса очистки» и относит их к наиболее распространенным методам очистки, обсуждается пригодность методов очистки для удаления данного загрязнения. Кроме того, они перечисляют примерные процессы очистки для различных типовых применений. Поскольку при выборе процесса приходится учитывать очень много различных аспектов, это может служить лишь первым ориентиром. Указываются группы загрязнений:

• Пигментированные составы для рисования
• Непигментированные масла и смазки
• Стружка и смазочно-охлаждающие жидкости
• Полировальные и полирующие составы
• Ржавчина и окалина
• Другие

Зарядка

Чтобы выбрать подходящее оборудование и среду, необходимо также знать, какой объем и какую пропускную способность необходимо обрабатывать. На более крупных заводах небольшие количества практически никогда не очищаются экономично. . Кроме того, необходимо определить метод ценообразования. Чувствительные детали иногда необходимо закрепить в коробках. При работе с большими объемами можно использовать объемную загрузку, но при слипшихся плоских кусках сложно добиться достаточного уровня чистоты. В этих случаях сушка также может быть затруднена.

Место уборки

Еще одним фактором является место уборки. Очистка в мастерской требует других методов по сравнению с очисткой, выполняемой на месте, что может иметь место при работах по техническому обслуживанию и ремонту.

Обычно чистка происходит в мастерской. Некоторые распространенные методы включают обезжиривание растворителем , обезжиривание паром и использование водного средства для промывки деталей . Компании часто хотят, чтобы загрузка, загрузка и разгрузка были интегрированы в производственную линию, что требует гораздо более высоких требований с точки зрения размера и возможностей системы очистки.

Такие системы очистки зачастую точно соответствуют требованиям, предъявляемым к деталям, загрязнениям и способам заправки (специальное производство). Обычно используется центральное уборочное оборудование, часто построенное в виде многозадачных систем. Эти системы могут удовлетворить различные требования к очистке. Типичными примерами являются умывальники или небольшие чистящие машины , которые имеются на многих промышленных предприятиях.

Чистящее оборудование и процедура

Во-первых, можно различать следующие методы (в порядке убывания технологичности):

• Руководство
• Механический
• Автоматический
• Робот поддерживается

Процесс может быть выполнен в один этап, что особенно актуально для ручной очистки, но обычно он требует нескольких этапов. Поэтому на крупных предприятиях, например, в медицинской и оптической промышленности, нередко можно встретить от 10 до 20 ступеней. Это может быть особенно сложно, поскольку на таких предприятиях могут быть включены 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 гальваники или гальванизации , где она обычно служит этапом предварительной обработки.

Довольно распространена следующая процедура:

1. Предварительная очистка
2. Основная уборка
3. Полоскание
4. Промывка деионизированной водой
5. Промывка с защитой от коррозии
6. Сушка

Каждый из этих этапов может осуществляться в отдельной ванне, камере или, в случае очистки распылением, в своей зоне (линейное или многокамерное оборудование). Но часто эти этапы могут иметь одну камеру, в которую закачивается соответствующая среда (однокамерная установка).

Очищающие средства играют важную роль, поскольку они удаляют загрязнения с подложки.

Для жидких сред можно использовать следующие очистители: водные средства, полуводные средства (эмульсия растворителей и воды), растворители на углеводородной основе и галогенированные растворители. Обычно последние относят к хлорсодержащим средствам, но можно использовать бромированные и фторированные вещества. Традиционно используемые хлорированные агенты, ТХЭ и ПХЭ , которые являются опасными, теперь применяются только на герметичных заводах, а современные системы изменения объема ограничивают любые выбросы. В группе растворителей на основе углеводородов есть некоторые недавно разработанные агенты, такие как сложные эфиры жирных кислот, изготовленные из натуральных жиров и масел, модифицированные спирты и двухосновные сложные эфиры .

Водные чистящие средства в основном представляют собой комбинацию различных веществ, таких как щелочные компоненты, поверхностно-активные вещества и изолирующие агенты. При очистке черных металлов в водный очиститель добавляются ингибиторы ржавчины, чтобы предотвратить быстрое ржавление после мойки. Их использование растет, поскольку их результаты оказались в большинстве случаев лучше или лучше, чем у углеводородных очистителей. Образующиеся отходы менее опасны, что снижает затраты на утилизацию.

Водные очистители имеют преимущества в отношении твердых частиц и полярных загрязнений и требуют только более высоких затрат механической и тепловой энергии, тогда как растворители легче удаляют масла и жиры, но несут риски для здоровья и окружающей среды. Кроме того, большинство растворителей огнеопасны, что создает опасность пожара и взрыва. , что при наличии соответствующего промышленного оборудования для мойки деталей В настоящее время считается водные очистители удаляют масло и жир так же легко, как и растворители.

Другой подход заключается в использовании твердых чистящих средств (струйная очистка), которая включает CO ₂ процесс сухого льда : для более жестких требований используются гранулы, а для более чувствительных материалов или компонентов _{CO 2} применяется в виде снега. Одним из недостатков является высокий расход энергии, необходимый для производства сухого льда.

И последнее, но не менее важное: существуют процессы, в которых не используются среды, такие как вибрация, лазер, щетки и системы продувки/выпуска.

Все этапы очистки характеризуются средами и применяемыми температурами, а также их индивидуальным перемешиванием/применением (механическое воздействие). Существует широкий спектр различных методов и комбинаций этих методов:

• Взрывные работы
• Кипячение под давлением
• Очистка углекислым газом
• Циркуляция ванны
• Наводнение
• Нагнетание газа или воздуха в ванну
• Гидрозон
• Инъекционное заводнение
• Мегазвуковая, см. мегазвуковая очистка.
• Движение деталей (поворотное, колебательное, поворотное)
• Процесс мойки под напряжением
• Напорное затопление
• Распыление
• Опрыскивание
• Ультразвуковая, см. ультразвуковая очистка.

Наконец, каждый этап очистки описывается временем, которое подлежащие очистке детали проводят в соответствующей зоне, ванне или камере, и, таким образом, среда, температура и перемешивание могут влиять на загрязнение.

Каждому предмету уборочной техники нужна так называемая периферия. 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 заводов чистящие средства циркулируют до тех пор, пока их очищающая способность не снизится и не достигнет максимально допустимого уровня загрязнения. Чтобы максимально отсрочить замену ванны, используются сложные очистные приспособления, удаляющие загрязнения и израсходованные реагенты из системы. Необходимо добавлять свежие чистящие средства или их части, что требует контроля ванны. Последнее все более упрощается онлайн и, таким образом, позволяет менять ванну с помощью компьютера. С помощью маслоотделителей, деэмульгаторов и испарителей можно проводить водные процессы «без сточных вод». Полная замена ванн необходима только каждые 3–12 месяцев.

При использовании органических растворителей предпочтительным методом достижения длительного срока службы ванны является дистилляция, особенно эффективный метод отделения загрязнений и агентов.

Периферия также включает меры по защите работников, такие как герметизация, автоматическое отключение электропитания, автоматическая дозаправка и заточка сред (например, газовая челночная техника), 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. Преимущество процессов очистки с использованием растворителей состоит в том, что грязь и чистящее средство легче отделить, тогда как в водных процессах это более сложно.

В процессах без чистящих средств, таких как лазерная абляция и вибрационная очистка, необходимо удалять только удаленную грязь, поскольку чистящее средство отсутствует. и автоматическая очистка щетками, образуется довольно мало отходов _{В таких процессах, как струйная очистка CO 2} за счет более высоких затрат на электроэнергию.

Требования к качеству

Стандартизация требований к качеству очищенных поверхностей относительно последующего процесса (например, нанесение покрытия, термообработка) или с точки зрения технической функциональности затруднена. Однако можно использовать общие классификации. В Германии попытались 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, прецизионную очистку и критическую очистку (см. таблицу), которые на практике рассматриваются только как общие рекомендации.

Условия	Макс. разрешенная грязь	Почвы удалены	Пояснения
Промежуточная очистка			Например, в металлорежущем производстве.
Заключительная уборка	≤ 500 мг/м² (1)	Частицы размером в мил и остатки толще монослоя	Например, перед сборкой или нанесением покрытия
Детали для фосфатирования, покраски, эмалирования	500 - ≤ 5 мг С/м² (2)
Детали для цементации, азотирования, нитроцементации и т.п. вакуумная обработка	500 - ≤ 5 мг С/м² (2)
Детали для гальваники, электронные детали	20 – ≤ 5 мг С/м² (2)
Точная очистка	≤ 50 мг/м² (1)	Супермикрометровые частицы и остатки тоньше монослоя	Контролируемая среда (Дурки)
Критическая очистка	≤ 5 мг/м² (1)	Субмикрометровые частицы и нелетучие остатки измеряются в ангстремах.	чистая комната (Дурки)

(1) Относится к общему загрязнению; (2) Относится только к углероду

Таким образом, по-прежнему соблюдается эмпирическое правило, согласно которому требования к качеству выполняются, если последующий процесс (см. ниже) не вызывает каких-либо проблем. Например, лакокрасочное покрытие не отслаивается до окончания гарантийного срока.

Там, где этого недостаточно, особенно в случае внешних заказов, из-за отсутствия стандартов часто существуют особые требования заказчика относительно остаточных загрязнений, защиты от коррозии, пятен, уровня блеска и т. д.

Таким образом, методы измерения для обеспечения качества не играют большей роли в мастерских, хотя существует широкий спектр различных методов, от визуального контроля до простых методов тестирования (тест на разрыв воды, тест на вытирание, измерение угла контакта, тестовые чернила, лента). тест, среди прочего) до сложных методов анализа ( гравиметрический тест, подсчет частиц, инфракрасная спектроскопия , спектроскопия тлеющего разряда, энергодисперсионный рентгеновский анализ, сканирующая электронная микроскопия и электрохимические методы и другие). Существует лишь несколько методов, которые можно применять непосредственно на линии и которые дают воспроизводимые и сопоставимые результаты. Лишь недавно в этой области были достигнуты большие успехи.

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 иметь все меньший диаметр и выдерживать все более высокое давление. Поэтому даже незначительное загрязнение частицами может привести к большим проблемам. Из-за растущей скорости инноваций отрасль не может позволить себе выявлять возможные сбои на относительно поздней стадии. Поэтому был разработан стандарт VDA 19/ISO 16232 «Дорожные транспортные средства. Чистота компонентов гидравлических контуров», в котором описаны методы контроля соблюдения требований чистоты.

Последующий процесс

При выборе методов очистки, чистящих средств и процессов очистки особый интерес представляют последующие процессы, то есть дальнейшая обработка очищенных деталей.

Классификация в основном соответствует теории обработки металлов:

• Обработка
• Резка
• Присоединение
• Покрытие
• Термическая обработка
• Сборка
• Измерение, тестирование
• Ремонт, обслуживание

Со временем были установлены эмпирические значения того, насколько эффективной должна быть очистка, чтобы гарантировать соблюдение процессов в течение определенного гарантийного периода и после него. Выбор метода очистки часто начинается отсюда.

Вызовы и тенденции

Приведенные выше детали показывают, насколько чрезвычайно сложна эта конкретная область. Небольшие изменения в требованиях могут вызвать совершенно разные процессы. Становится все более важным обеспечить требуемую чистоту с максимальной рентабельностью и с постоянным минимизацией рисков для здоровья и окружающей среды, поскольку очистка стала иметь центральное значение для цепочки поставок на производстве. Компании-заявители обычно полагаются на своих поставщиков, которые, благодаря большому опыту, предлагают подходящее оборудование и процессы, которые затем адаптируются к подробным требованиям на испытательных станциях на территории поставщика. Однако они ограничены рамками своих технологий. Чтобы дать практикующим специалистам возможность рассмотреть все соответствующие возможности, отвечающие их требованиям, некоторые институты разработали различные инструменты:

МУДРЕЦ: К сожалению, комплексная экспертная система очистки и обезжиривания деталей, которая больше не работает, предоставила градуированный список относительно общих процессов с использованием растворителей и альтернативных процессов. Разработано Программой очистки поверхностей Исследовательского института Triangle , Роли, Северная Каролина , США, в сотрудничестве с Агентством по охране окружающей среды США (раньше было доступно по адресу: http://clean.rti.org/ ).

Чистый инструмент: База данных «Лучшие практики» на семи языках с подробными и конкретными процессами, записанными непосредственно в компаниях. Кроме того, он содержит интегрированный инструмент оценки, который охватывает области технологий, качества, здоровья и безопасности на работе, защиты окружающей среды и затрат. Также включен обширный глоссарий (на семи языках, ссылку см. ниже).

Bauteilreinigung: Система выбора для очистки компонентов, разработанная Дортмундским университетом , помогающая пользователям анализировать задачи по очистке с точки зрения подходящих процессов очистки и чистящих средств (только на немецком языке, ссылку см. ниже).

TURI, Институт сокращения использования токсичных веществ: Кафедра Университета Лоуэлла, Массачусетс (США). Лаборатория TURI проводит оценку альтернативных чистящих средств с 1993 года. Большинство этих продуктов были разработаны для очистки металлических поверхностей. Результаты доступны в режиме онлайн через лабораторную базу данных института.

См. также

• Акустическая очистка
• Очиститель тормозов
• Мойка деталей
• Обезжиривание растворителем
• обработка ультразвуком
• Ультразвуковая очистка
• Обезжиривание паром

Дальнейшее чтение

• Джон Б. Дурки: «Управление технологиями и процессами промышленной очистки», 2006, Elsevier, Оксфорд, Великобритания, ISBN   0-08-044888-7 .
• Кэрол А. ЛеБлан: Поиск более безопасных и экологически чистых химических растворителей для очистки поверхностей: предлагаемый инструмент для поддержки принятия экологических решений. 2001, Центр экологических исследований Университета Эразма, Роттердам, Нидерланды.
• Дэвид С. Петерсон: Практическое руководство по промышленной очистке металла. 1997, Hanser Gardner Publications, Цинциннати, Огайо, США. ISBN   1-56990-216-X
• Ред. Барбары Канегсберг: Справочник по критической уборке. 2001, CRC Press, Бока-Ратон, Флорида, США. ISBN   0-8493-1655-3
• Малкольм К. Маклафлин и др.: Справочник по водной очистке: руководство по процедурам, методам и проверке критически важных очисток. 2000, Издательская группа Моррис-Ли, Роузмонт, Нью-Джерси, США. ISBN   0-9645356-7-X
• Карен Томас, Джон Лапланте, Алан Бакли: Справочник по альтернативным вариантам очистки деталей: сделать уборку более экологичной в Массачусетсе. 1997, Институт сокращения использования токсичных веществ, Массачусетский университет, Лоуэлл, Массачусетс, США.
• ASM International: Выбор процесса очистки. 1996, ASM International, Парк материалов, Огайо, США. ISBN   0-87170-572-9
• ASM International: Руководство по кислотной, щелочной, эмульсионной и ультразвуковой очистке. 1997, ASM International, Парк материалов, Огайо, США. ISBN   0-87170-577-X
• ASM International: Руководство по обезжириванию паром и холодной очистке растворителем. 1996, ASM International, Парк материалов, Огайо, США. ISBN   0-87170-573-7
• ASM International: Руководство по системам механической очистки. 1996, ASM International, Парк материалов, Огайо, США. ISBN   0-87170-574-5
• ASM International: Руководство по травлению и удалению накипи, а также очистке ванн с расплавленной солью. 1996, ASM International, Парк материалов, Огайо, США. ISBN   0-87170-576-1
• Клаус-Петер Мюллер: Практическая технология обработки поверхностей. Издание 2003.XII, просмотр, Брауншвейг/Висбаден, ISBN   978-3-528-36562-2
• Томас В. Елинек: Очистка и обезжиривание в металлургической промышленности. 1-е издание 1999 г., Leuze Verlag, Саульгау, ISBN   3-87480-155-1
• Бриджит Хаазе: Насколько чистой должна быть поверхность? в: Журнал Surface Technology. № 4, 1997 г.
• Бриджит Хаазе: Чистка или предварительная обработка? Состояние поверхности и результаты азотирования, очистка компонентов, контроль и анализ процесса. Бремерхафенский университет
• Бернд Кюнне: Интернет-книга для специалистов по промышленной уборке. на: bauteilreinigung.de. Дортмундский университет, кафедра элементов машин
• Райнер Грюн: Очистка и предварительная обработка – состояние и перспективы. в: Гальваническая технология. 90, 1999, № 7, стр. 1836-1844.
• Гюнтер Крайзель и др.: Комплексный баланс/оценка технологий очистки/предварительной обработки при обработке поверхности. 1998, Йена, Институт технической химии БСС.