怎样提高水基超声波清洗设备洁净度的有效途径
1．前言
随着《中国清洗行业ODS整体淘汰计划》的逐步实施，各类用于机械加工零件清洗的ODS清洗剂逐渐被淘汰，水基清洗剂以其所具有的不燃、低毒和成本较低等优点得到了更广泛的应用，成为主要替代清洗剂之一。随着各行业对产品的质量要求越来越高，逐步向先进的国际标准看齐，国内清洗行业对零件的清洁度要求也越来越高。对此，除采用先进的清洗工艺处理外，设计、制造适合采用先进清洗工艺及水基清洗剂的高清洁度零件清洗机作为替代清洗设备已非常必要。笔者所在单位通过十几年设计、制造水基清洗设备，在尽可能降低被清洗零件的可溶性及不可溶性冗余物，有效提高工件清洁度方面积累了一定的经验，希望能对同行起到借鉴作用。
2．提高清洁度的主要途径
2.1 采用沉浸块式超声波清洗机
用超声波对工件进行清洗是一种比较先进的清洗工艺，也是目前在清洗领域中广泛应用的物
能器将超音频电信号转换成高频机械振动传入到超声波清洗液中，清洗液体在强烈的超声波作用下，液体分子时而受拉，时而受压，形成许多微小的空洞（空穴），即一般所说的“空化效应”。由于空洞的内外压力相差十分悬殊，空洞破裂时在一瞬间具有强大的冲击力，当被清洗的工件表面、狭缝、内腔、盲孔、小孔等受到这个冲击力时，粘附在其中的各类油污、细屑等污物就剥落下来。超声波除了其本身有巨大的能量外，还具有搅拌作用，使清洗液发生运动，新鲜清洗液不断作用于污垢使其加速溶解，从而达到清洗的目的。
通常采用沉浸块式换能器，可根据工件的清洁度要求采用单块或多块布置，单槽或多槽布置。另外可根据工件的形状、大小将换能器安排在槽内侧壁或底部。
采用超声波清洗方式，清洗液的温度一般为50℃～60℃较为适宜；清洗时间根据工艺要求而定，从30s～10 min不等；超声波强度大约设定在0.5～1W/cm2。超声波清洗特别适合多孔性物体和几何形状复杂的小零件，例如类似于压缩机中曲轴、连杆、活塞、弹簧和阀板等。我单位为某用户设计、制造的水基零件全自动超声波清洗机，其清洁度指标可达到：液态含尘量0.5～15mg/件，固态含尘量0.1～3mg/件（十几种零件的材质、形状不同，其清洁度指标也不同），
2.2 采用机械摇动清洗在采用上述超声波清洗的同时，根据零件的特点及用户的要求，可增设机械摇动清洗，即采用偏心轮或凸轮机构；也可采用气缸振动清洗使工件筐产生上下摇动（振动），以增强清洗脱污效果。沉浸块式超声波清洗及机械摇动清洗适合 于浸泡式的清洗。
2.3采用高压定点喷淋清洗
高压喷淋清洗具有强大的清洗力，能去除顽固附着在物体表面的污垢，特别适合某些形状特殊、盲孔较深及清洁度要求高的零件（如曲轴箱），同时还具有一定的去除毛刺、飞边、焊渣等功能。与低压喷淋清洗相比，其清洁度指标可提高3倍左右。采用定点方式，可清洗传统方式不易清洗的小孔、盲孔和具有特殊形状的零件，其传送方式一般采用间歇运行的步进式。在工件上料端驱动轴处设置旋转编码器采集链轮的旋转角度，调整传送机构的运动（在链条发生变形、节距变化时能够相应调整），并以PLC 为核心对变频调速器进行控制，从而使传送链平滑启动、快速位移、平稳减速、准确到位，可以实现±1mm的定位精度。准确的定位和高压喷淋相结合，可以确保高清洁度的清洗效果。
常用的适合零件清洗的高压喷淋清洗压力为3.5MPa～6 MPa，当有特殊需要时，也可选用更高的压力甚至超高压力（≈100 MPa）。采用高压喷淋清洗，除了需要注意压力及其高压泵、高压软管及附件的选择外，还要注意喷嘴的材质、形状和喷射距离等，尤其是零件必须有可靠的装夹方式，同时设备还要有较完善的减震、降噪和安全等措施。
我单位研制的高压定点喷淋清洗机，经用户质量检测中心严格检测，其清洁度可达到：可溶物≤8mg，不可溶物≤2mg，满足用户要求，并优于进口同类设备的清洁度指标。
2.4设置油水分离器
脱脂工序是清洗设备的重要工序。被清洗零件在脱脂过程中的油污必须及时清除，否则油分的浓度随着处理零件量的增加，脱脂能力不断下降，零件的清洁度也随之下降，因此除了必须定期更新脱脂液外，还需要对脱脂液进行油水分离处理。当脱脂液中油分浓度达到5～10g/L时就须进行更新，否则脱脂油在脱脂液中将不再以乳化状态存在，而重新附着在被清洗零件上，从而影响后续被清洗零件的清洁质量。
油水分离器是一种将乳化油排入集油桶并经过自动排油处理后，再使去油后的脱脂液回到脱脂槽中的装置。常用的油水分离器主要由油水分离槽、泵、阀门、管路附件和集油斗等组成。
2.5 设置磁性分离器
被清洗的零件往往经磨床及其它机床加工后带有铁粉末、切屑，经过脱脂清洗后，这些粉末和切屑都浑浊在脱脂液中，只有通过磁性分离器上的磁性滚筒或磁片，才能把脱脂液中的粉末、切屑吸出、排掉，使脱脂液保持干净，以利于提高零件的清洁度。磁性分离器主要由箱体、磁性滚筒（磁鼓）或磁片、减速机和刮板等组成。
2.6 设置过滤循环装置
过滤循环装置是将清洗槽内较脏的液体（含有不可溶物质）抽入附槽进行过滤，同时将附槽内经过滤的较干净的液体再泵入清洗槽，该装置对提高零件的清洁度有着很重要的作用。
根据被清洗零件的具体要求，浸渍式、喷淋式的清洗方式均可设置合适网目数的网板过滤器、篮筐过滤器、袋式过滤器和滤芯过滤器等。
2.7设置风刀吹水装置
对清洁度要求较高的零件，在清洗、漂洗工序后，常常设置风刀吹水装置。这不仅有利于零件的最后干燥，而且是解决零件表面产生水斑的途径。由于漂洗用水含有杂质，零件干燥后易在表面留下水斑，即使用纯水漂洗，也有生成水斑的可能。采用风刀吹水装置，利用风压可将零件表面的水吹除掉。
2.8 其他方面
1）对浸泡式清洗，清洗筐的结构设计也很重要。清洗筐与清洗液的接触面积要小，零件在筐内的摆放方式对清洁度会产生一定的影响；对喷淋式清洗，输送带、工装夹具的形式对清洁度也会产生一定的影响。
2）无论是浸泡式清洗还是喷淋式清洗，选择合适的加热温度（电加热或蒸汽加热），也有助于清洁度的提高。因为水和有机溶剂对污垢的溶解能力是随温度升高而提高的，所以升高溶剂的温度有利于溶剂发挥它的溶解作用而使污垢易于去除，升高水的温度有利于把吸附在零件表面的碱和表面活性剂溶解去除。
3）设置搅拌装置
设置搅拌装置，可提高污垢被解离、乳化、分散的效率，也有助于提高清洁度。常用的搅拌装置是在清洗槽内设置排气管，经过过滤且有一定压力的压缩空气通过排气管排向清洗槽，生成的气泡迅速上升造成清洗液的流动，从而起到搅拌作用，这是让液体流动的搅拌方式之一。另外，也可以采用让零件（清洗筐）运动的搅拌方式，如前面“2.2 采用机械摇动清洗”所述。
经过二十多个用户使用表明，这种水基清洗设备在充分考虑到设备的安全性、可靠性、合理性、方便性以及自动化程度、成本、外观、噪声等因素的情况下，采用上述适于水基清洗设备的清洗技术，对无氟制冷压缩机零件、汽车零件以及电子产品的清洗均达到了国外著名公司所提出的清洁度指标。可广泛用于替代ODS清洗剂的水基清洗。综上所述，在设计水基清洗设备时，根据不同材质、不同形状的零件合理采用不同的清洗工艺和技术，对获得更好的清洗效果至关重要。
作者：深圳市好顺超声设备有限公司|日期：2011-03-08
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