殷曉旦

（上海汽車集團(tuán)股份有限公司乘用車分公司）

隨著汽車行業(yè)的發(fā)展，零部件的設(shè)計(jì)精度越來(lái)越高，工程師對(duì)零部件的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，尤其是新能源汽車零部件。零部件清潔度是保證汽車性能和可靠性的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，和傳統(tǒng)零部件制造相比，很多新能源汽車的零部件都是在無(wú)塵、無(wú)靜電的環(huán)境下進(jìn)行裝配的，比如電池、電子電控箱等，這樣能夠更好地保證系統(tǒng)的清潔度。但是，很少有廠家選擇使用無(wú)塵車間來(lái)裝配新能源的變速箱，這就給清潔度的控制帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。目前國(guó)內(nèi)絕大部分汽車主機(jī)廠以及零部件廠參考的清潔度標(biāo)準(zhǔn)為ISO 16232[1]以及VDA 19[2]。文章以這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，論述了新能源混動(dòng)變速箱的清潔度檢測(cè)方法。

1 清潔度檢測(cè)的目的

清潔度檢測(cè)的目的是為了盡可能地識(shí)別出生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的，以及運(yùn)輸、儲(chǔ)存過(guò)程中沾染的污染物。零部件清潔度是指零部件內(nèi)外表面在經(jīng)過(guò)有效清潔后殘留污染物的總質(zhì)量或殘留污染物顆粒的數(shù)目。當(dāng)殘留的污染物達(dá)到一定程度時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)或零部件的功能，因此需要對(duì)零部件進(jìn)行清潔度控制。零部件清潔度通常設(shè)定為一個(gè)控制上限而非一個(gè)公差范圍，超過(guò)控制上限并不一定導(dǎo)致零部件出現(xiàn)功能失效，但是會(huì)大幅度提升零部件失效的風(fēng)險(xiǎn)，而發(fā)生問(wèn)題的概率取決于零部件自身對(duì)于污染物的敏感性。零部件出現(xiàn)的功能失效包括：軸承和滑動(dòng)面的堵塞、閥的卡滯、過(guò)濾器或噴嘴的堵塞、觸點(diǎn)短路等，如圖1所示。

圖1 清潔度導(dǎo)致的功能失效示例

2 新能源混動(dòng)變速箱的清潔度檢測(cè)規(guī)范設(shè)定

清潔度檢測(cè)規(guī)范的設(shè)定需要通過(guò)3個(gè)步驟：1）定義系統(tǒng)中的關(guān)鍵零部件；2）確定單件清潔度的限值；3）確定系統(tǒng)清潔度的限值。在定義關(guān)鍵零部件的過(guò)程中，主要考慮零部件的構(gòu)造特點(diǎn)（例如：間隙、孔徑等）以及可能的失效模式（例如：類似的系統(tǒng)、經(jīng)驗(yàn)庫(kù)等），并且需要對(duì)標(biāo)目前行業(yè)內(nèi)的加工情況以及清潔水平。

清潔度的限值分為2個(gè)部分：質(zhì)量以及顆粒度大小。對(duì)于系統(tǒng)質(zhì)量限值來(lái)說(shuō)，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)只允許一定數(shù)量的雜質(zhì)，所以系統(tǒng)質(zhì)量限值為系統(tǒng)所有零部件的質(zhì)量之和。一般情況下，越大的零部件引入系統(tǒng)的雜質(zhì)越多，所以，單零部件的清潔度的限值可以通過(guò)表面積的面積比來(lái)得出，即零部件與系統(tǒng)的雜質(zhì)比等于零部件與系統(tǒng)的面積比。

對(duì)于系統(tǒng)顆粒度限值而言，因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)部是相互連接的，所以系統(tǒng)中對(duì)顆粒最敏感的組件的顆粒度限值為系統(tǒng)中所有組件的顆粒度限值的最低要求。比如，在一個(gè)液壓系統(tǒng)中，如果某個(gè)單向閥的顆粒度要求為300μm，超過(guò)這個(gè)大小的顆粒會(huì)使單向閥卡滯，那么對(duì)于液壓系統(tǒng)以及其組件的顆粒度要求也必須為不能有大于300μm的顆粒。顆粒的分級(jí)定義應(yīng)從50μm開始，通常50μm以上的顆粒才能在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試中測(cè)出。

除非有特殊說(shuō)明，清潔度限值都來(lái)自零部件的總表面沖洗所獲得的雜質(zhì)。所謂零部件總表面是指零部件內(nèi)表面和外表面之和，而內(nèi)表面是和工作流體相接觸的關(guān)鍵表面(除非有特殊說(shuō)明，通常指油道)。

以某混動(dòng)變速箱總成為例，清潔度檢測(cè)規(guī)范如表1所示。

表1 某混動(dòng)變速箱清潔度檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

3 新能源混動(dòng)變速箱的清潔度檢測(cè)方案選擇

區(qū)別于其他直接的檢測(cè)方式，清潔度檢測(cè)需要一個(gè)提取污染物的過(guò)程。根據(jù)零部件尺寸、形狀、材料和具體位置的不同，需要選擇不同的檢測(cè)方案如表2所示。

表2 清潔度檢測(cè)方法選擇示例

新能源混動(dòng)變速箱內(nèi)部大零部件基本都采用噴洗的方式進(jìn)行清潔度檢測(cè)（注意電機(jī)總成在噴洗后需要報(bào)廢處理），個(gè)別極小的零部件需達(dá)到一定的數(shù)量級(jí)后使用超聲波檢測(cè)方式。對(duì)于冷卻水管以及存在貫通水道的模塊則使用沖洗的清潔度檢測(cè)方式。

在檢測(cè)方式確定后，還需進(jìn)行衰減試驗(yàn)。檢測(cè)方式的有效程度決定了零部件的清潔度水平是否被正確評(píng)價(jià)，而衰減試驗(yàn)是用來(lái)證明采用的清洗方式以及各項(xiàng)參數(shù)能否把全部可脫落的雜質(zhì)顆粒最大程度地提取下來(lái)。

衰減試驗(yàn)的具體步驟是通過(guò)對(duì)零部件進(jìn)行重復(fù)清洗，來(lái)確定每次提取到的雜質(zhì)是否逐漸減小，如圖2所示。如果在衰減曲線上的某一點(diǎn)提取到的雜質(zhì)是之前所有提取到的雜質(zhì)的10%，如公式1所示，即證明檢測(cè)方式正確有效。這個(gè)點(diǎn)之前所有點(diǎn)的檢測(cè)合集即為完整的清潔度檢測(cè)方案，此方案至少能夠清洗掉90%的雜質(zhì)。如果一直得不到正確的衰減曲線，則需要對(duì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行調(diào)整（關(guān)鍵參數(shù)見表2）。注意，如果零部件在清洗過(guò)程中遭到腐蝕或破壞，也可能會(huì)造成衰減曲線結(jié)果不穩(wěn)定。另外，對(duì)于雜質(zhì)含量特別低的零部件，也可能很難展現(xiàn)出衰減曲線，此時(shí)需要改變測(cè)量方案，比如提高測(cè)量樣機(jī)的數(shù)量來(lái)達(dá)到清潔度檢測(cè)效果的驗(yàn)證。

圖2 清潔度檢測(cè)衰減曲線圖

4 新能源混動(dòng)變速箱的清潔度檢測(cè)方法

清潔度檢測(cè)即通過(guò)對(duì)測(cè)試樣品進(jìn)行清洗，以及收集清洗測(cè)試樣品后的清洗液，通過(guò)過(guò)濾設(shè)備收集沉淀物，稱重并記錄沉淀物總質(zhì)量及進(jìn)行顆粒物分析的操作方法，大致步驟見圖3。

圖3 清潔度檢測(cè)步驟

圖3 中，中間3個(gè)步驟最為重要：1）提取顆粒：通過(guò)清洗介質(zhì)從零部件表面帶走顆粒物，提取方式基于檢測(cè)對(duì)象的特征而定；2）過(guò)濾顆粒：通過(guò)選用適當(dāng)?shù)臑V膜來(lái)截取清洗介質(zhì)中的顆粒物，濾膜的選擇需要依據(jù)檢測(cè)對(duì)象的清潔度規(guī)范；3）顆粒分析：根據(jù)相關(guān)特性來(lái)分析顆粒的質(zhì)量以及大小數(shù)量級(jí)。

清潔度檢測(cè)工作必須在干燥、清潔和安全的室內(nèi)進(jìn)行。保持檢室溫20～24℃，相對(duì)濕度45%～65%。所有取樣工具和盛放測(cè)試樣品的容器均應(yīng)清洗干凈，目測(cè)無(wú)異物。

清潔度檢測(cè)涉及測(cè)試設(shè)備包括但不限于：電子顯微鏡、濾膜、超聲波清洗機(jī)、帶有溫度計(jì)的烘干箱、分析天平（分度值≤0.1 mg）、帶有可清洗并可排疏的不銹鋼沖洗收集槽的清洗機(jī)、干燥器、真空泵或真空過(guò)濾設(shè)備、過(guò)濾漏斗、量杯、清洗瓶。

零部件的清潔度檢測(cè)可能存在將外部雜質(zhì)引入到分析結(jié)果的風(fēng)險(xiǎn)。所以檢測(cè)前需進(jìn)行空白紙?jiān)囼?yàn)，來(lái)保證清潔度檢測(cè)系統(tǒng)的可靠性。一般通過(guò)噴淋以及沖洗的方式，用清洗液徹底沖洗設(shè)備內(nèi)壁，經(jīng)真空泵以及干燥后的空白濾膜過(guò)濾所有的清洗液，最后測(cè)量空白濾膜的質(zhì)量。通?？瞻字挡荒艹^(guò)待檢測(cè)零部件所要求的雜質(zhì)質(zhì)量的10%。如超過(guò)該要求，則必須對(duì)清洗設(shè)備重新清洗并再次進(jìn)行系統(tǒng)清潔度測(cè)試，直至系統(tǒng)清潔度小于空白值要求，方可進(jìn)行后續(xù)測(cè)試。

下面以某新能源混動(dòng)變速箱為例，具體的清潔度檢測(cè)步驟為：

1）準(zhǔn)備空白的過(guò)濾膜，將濾膜放入清洗液中浸泡后取出，用鑷子夾取，置于清潔后的培養(yǎng)皿中，放入烘箱內(nèi)烘干，之后放入干燥器中冷卻。將干燥后濾膜連帶培養(yǎng)皿一起用分析天平稱重，記為G1；

2）將混動(dòng)變速箱總成運(yùn)至密閉房間或者試驗(yàn)室中，打開放油螺栓，收集殘油至清潔的量杯中；

3）將總成拆解為散件及小總成。注意拆解過(guò)程需佩戴干凈無(wú)紡布手套、使用干凈拆解工具，避免引入二次污染；

4）按照順序?qū)⒉鹕⒑蟮牧悴考湃肭逑床郏褂脠A形噴射流分別噴淋各個(gè)小總成。如無(wú)特殊要求，外露零部件，如連接螺栓、開關(guān)、傳感器等無(wú)需進(jìn)行拆解清洗；暴露在箱體外部的齒軸、軸端和端蓋等外表面無(wú)需進(jìn)行清洗；

5）清洗零部件所有的加工內(nèi)表面、孔、溝槽及其他功能重要的位置；

6）附著在零部件上的殘屑（如在殼體內(nèi)的）應(yīng)通過(guò)觀察，用鉤子（無(wú)磁性）挑落收集于清洗液中；

7）將量杯中的油與清洗液1:1混合，倒入清洗槽；

8）將量杯口朝下，用噴槍對(duì)其內(nèi)部進(jìn)行沖洗，并將殘留在里面的清洗液倒出；

9）打開清洗機(jī)沖洗清洗槽內(nèi)壁，同時(shí)用噴槍對(duì)清洗槽壁從上到下進(jìn)行掃射式?jīng)_洗；

10）從過(guò)濾設(shè)備上移出濾膜。在烘箱內(nèi)烘干取出，放入干燥器中冷卻后，置于分析天平上稱重，記為G2；

11）計(jì)算質(zhì)量清潔度G=G2-G1；

12）用顯微鏡(或自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器)對(duì)最大顆粒尺寸進(jìn)行觀察并記錄；

13）可根據(jù)變速箱總成情況，將要沖洗的小總成分批單獨(dú)檢測(cè)，最終按照匯總數(shù)據(jù)評(píng)價(jià)總成清潔度。

5 結(jié)論

文章通過(guò)對(duì)清潔度檢測(cè)的研究，總結(jié)了新能源混動(dòng)變速箱清潔度檢測(cè)的一般方案以及實(shí)際操作方法。通過(guò)文章可以快速制定新能源混動(dòng)變速箱的清潔度檢測(cè)規(guī)范，也可以為后續(xù)研究新能源三電系統(tǒng)零部件清潔度檢測(cè)提供參考。