图1  清洗机结构

在曲轴的实际生产加工过程中，除了要保证曲轴切削加工的几何精度、尺寸公差和形位公差精度要求之外，还有一项重要的指标就是曲轴产品的清洁度要求，而清洗是保证曲轴清洁度符合要求的重要环节。

发动机的清洁度是指发动机中被检件被检部位的清洁程度，用规定方法从规定部位采集到的杂质微粒的大小和重量来表示。发动机的可靠性是指在规定的使用条件和寿命期间内，完成规定功能的能力。随着对产品质量和可靠性要求的不断提高，清洁度已成为发动机行业产品的主要质量指标。就发动机曲轴的清洁度而言，其清洗质量标准极为严格。要提高曲轴的清洁度，首先要对曲轴的清洗过程进行分析，即要了解何种因素使曲轴的清洁度受到影响，全面了解问题产生的原因，并制定相应的措施，落实跟踪，并验证。

图2  曲轴的清洗工艺

本文对影响曲轴清洁度的原因及改善方案做了阐述，并对工作中的心得体会、经验及验证结果进行了总结，希望与业内同仁分享。

曲轴的工作原理及重要性

曲轴是发动机最重要的机件之一。现有某曲轴用球墨铸铁铸造而成，并由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、心轴端及凸缘端等组成。为提高耐磨性和耐疲劳强度，轴颈表面经精磨加工与各轴颈沟槽滚压加工，以达到表面硬度和表面粗糙度的高要求。它与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘的传动机构，同时，驱动配气机构和其他辅助装置，如水泵、起动机等。工作时，曲轴承受气体压力、惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且受力复杂，并且承受交变负荷的冲击作用。

图3  2008年4～9月曲轴清洁度超差频次统计

另外，由于曲轴还是高速旋转件，因此要求曲轴具有足够的刚度和强度，并且有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损、润滑良好。本文讨论的曲轴也是一种全支承曲轴，主轴颈数比气缸数目多一个，即每一个连杆轴颈两边都有一个主轴颈。四缸发动机全支承曲轴有五个主轴颈。这种支承曲轴，其强度和刚度都比较好，并且减轻了主轴载荷，减小了磨损。

曲轴在清洗机中的清洗过程

1．清洗机工作原理及结构

曲轴最终清洗机由机体、上料端横移送料装置、下料端横移送料装置、抬起步伐式输送装置、自动封门装置、固定清洗装置、回转清洗装置、升降闷孔清洗装置、回转吹干装置、升降闷孔吹干装置、固定吹干装置、冷却降温装置、清洗液电加热装置、雾气处理装置、液位控制装置、浮油排除装置、过滤及排屑装置、布袋过滤器、清洗泵组及管路系统、吹干管路系统、维修门、气动系统以及电气系统（人机界面）等主要功能单元组成（见图１），以PLC 编程控制机床动作。分为21个工位，分别由机械手放零件工位、2个零件清洗工位、2个油孔清洗工位、2个零件吹干工位、2个油孔吹干工位、4个零件冷却工位、机械手抓零件工位及7个空工位组成。该清洗机清洗B10D及B11、12D两种型号的曲轴，零件通过一个伺服电动机驱动抬起步进式输送系统进行输送清洗。

2．清洗工艺

曲轴的具体清洗工艺及流程如图2所示。

曲轴清洁度不合格现象

从图３可以看出：2008年4～9月，曲轴清洁度超差频次平均为5次／月。每次均有500件的下线零件需要重新清洗，甚至还需要返修第三次，而批量大、返修频次高的问题，极大地增加了返修工作难度。在正常的三班生产中，如此繁重的返修任务会影响正常生产和产能的输出，导致曲轴下线FTQ（一次送检合格率）下降，返修费用增加，以及工厂能耗增加等问题。为此，我们对现状进行调查，并确定了目标。

图4  曲轴清洁度超差因素分析

具体来说，改进前的状态主要表现为：清洗机压力极不稳定，水箱漏水情况严重，极大地降低了清洗机的清洗能力；成品下线后曲轴表面金属粉粒较多；曲轴清洁度超差频繁发生，每次均有500件下线曲轴（班次）需要重新清洗。我们改进的目标是：曲轴清洁度超差发生频次降为每月零次，并将曲轴清洁度控制在清洁度标准的警界线之内进行监控。

曲轴清洁过程问题分析

1. 分析曲轴清洁度超差原因

通过图4对各个环节进行分析，我们得出清洁度超差的初步原因：

（1）二次污染，送零件的过程，操作工在送检过程中和实验室清洗测量时，造成二次污染；

（2）喷头堵塞，清洗机的各清洗参数出错，喷头堵塞，造成清洗能力下降；

（3）撇油器不能正常运转，撇油能力差，造成零件表面含油量增加，吸附异物；

（4）过滤布袋不及时更换，随着产量的增加，过滤布袋更换不及时会使过滤能力下降，清洗液较脏；

（5）清洗压力低，水箱漏水造成机床清洗零件清洗压力较低；

（6）抛丸材料不理想，曲轴毛坯表面质量不好，铁粉过多，也会使清洗难度加大。

图5  布袋过滤器

２．影响曲轴清洁度因素验证

从“人、机、料、法、环”方面分析，进行深入的检查和验证，从而确认了曲轴清洁度超差问题产生的原因。

首先从“人”的方面入手，针对曲轴在送检和测量过程中可能造成的二次污染，进行原因排除：检查当天曲轴清洗样本报告发现超差；送检与曲轴同一时间下线的零件，清洁度样本也超差。由于清洁度样本的黑色铁粉较多，因此判定不是人为原因造成的。

针对“机”的方面，检查喷嘴堵塞或者损害情况；检查布袋过滤器（见图5），发现布袋内铁粉较多，未及时清理和正常更换，会对清洁度超差有一定影响；检查浮油排除装置（见图6），开机后只有10 min撇油时间，就停止工作，对清洁度超差有较大影响；检查水箱，发现水箱漏水，压力为0.3MPa左右，而标准为1.3MPa，影响很大。

在“料”的方面，检查上线前曲轴表面，发现与之前曲轴相比，曲轴表面黑色铁粉较多，这会对曲轴清洁度超差有较大影响。供应商对曲轴毛坯生产过程进行检查，确认黑色铁粉为抛丸造成。供应商检查抛丸机，确认抛丸能力不足，同时提供改善后的抛丸效果零件并做实验，提高了曲轴毛坯表面清洁度，减少了曲轴表面的黑色铁粉。

在“法”的方面，检查清洗液浓清度pH值和清洗机的各清洗液参数，均正常。

从以上所述的几个方面，我们确认了清洁度超差的根本原因为：曲轴毛坯抛丸效果不好，造成曲轴表面黑色铁粉较多，清洗不干净；清洗机过滤布袋未及时清理、更换，造成过滤能力不足；清洗机浮油排除装置里的撇油器撇油能力不足，使曲轴表面含油量增加；清洗机的水箱漏水，造成清洗压力不足。

图6  浮油排除装置

3．解决办法

针对问题产生的原因，我们采取了以下有效措施：首先，改善毛坯抛丸效果，与供应商沟通，通过改造抛丸机，改善抛丸效果，从而减少曲轴表面铁粉颗粒；其次，定期清理并及时更换过滤布袋；第三，改造撇油器，将撇油器改造成与清洗机同步工作；此外，提高清洗压力，进行压力监控，重新设计水箱，将清洗压力提高到0.6～1.0 MPa之间，监控压力为0.5 MPa。

4．实施效果

通过一系列改善措施的实施，改善效果十分显著。具体来说，改善前OP140清洗压力为0.3～0.4 MPa，清洗能力很低，当清洗液或零件不干净时即有曲轴清洁度超差的危险；改善后，即更换了清洗头液箱，将清洗压力提到0.8 MPa以上，提高了清洗机的清洗压力，有效降低了清洁度超差的风险。同时，加强了对清洗机清洗压力的监控：改善前，清洗机的清洗压力无系统监控，当出现清洗压力低时，不能及时发现，造成大批量清洗度超差，返修数量1 500个左右。为此，我们在清洗机的清洗管口处增加了压力表和报警功能，以便出现问题能及时抑制。另外，我们改造了曲轴清洗机油水分离器，降低了清洗液的含油量。要知道，曲轴清洗的前一个工位为抛光工位，零件上会有很多抛光油到清洗机中，造成清洗液含油量增加，从而影响清洗能力。

通过改善，不仅曲轴的清洁度质量有了大幅提高，由改善前的清洁度报告为6.75 mg提高到1.75 mg，而且使曲轴清洁度超差频次逐步降低为零次（见图7）。此外，还为我们带来了极大的经济效益，每年可节约成本30万元。

图7  改善后曲轴清洁度发生频次

5.标准化作业

由于取得了良好的生产效果，最终我们还将改善措施纳入到标准化作业中，即对过滤布袋进行定期更换和清理；通过全员生产维护（TPM）对OP140压力进行监控；通过项目管理（PM）定期检查清洗机喷嘴状况。

结语

清洁度是发动机行业面临的重要问题，现将影响曲轴清洁度的原因及改善措施与业内同仁分享，希望能够对发动机整机清洁度起到一些启示作用，可以推广到发动机其他零部件的清洁度控制。作为发动机可靠性的重要影响因素，清洁度的质量日益受到行业的关注，希望与业内同仁共同努力，从而推动汽车行业更好地发展。