怎樣提高水基超聲波清洗設備潔凈度的有效途徑
1．前言
隨著《中國清洗行業ODS整體淘汰計劃》的逐步實施，各類用于機械加工零件清洗的ODS清洗劑逐漸被淘汰，水基清洗劑以其所具有的不燃、低毒和成本較低等優點得到了更廣泛的應用，成為主要替代清洗劑之一。隨著各行業對產品的質量要求越來越高，逐步向先進的國際標準看齊，國內清洗行業對零件的清潔度要求也越來越高。對此，除采用先進的清洗工藝處理外，設計、制造適合采用先進清洗工藝及水基清洗劑的高清潔度零件清洗機作為替代清洗設備已非常必要。筆者所在單位通過十幾年設計、制造水基清洗設備，在盡可能降低被清洗零件的可溶性及不可溶性冗余物，有效提高工件清潔度方面積累了一定的經驗，希望能對同行起到借鑒作用。
2．提高清潔度的主要途徑
2.1 采用沉浸塊式超聲波清洗機
用超聲波對工件進行清洗是一種比較先進的清洗工藝，也是目前在清洗領域中廣泛應用的物
能器將超音頻電信號轉換成高頻機械振動傳入到超聲波清洗液中，清洗液體在強烈的超聲波作用下，液體分子時而受拉，時而受壓，形成許多微小的空洞（空穴），即一般所說的“空化效應”。由于空洞的內外壓力相差十分懸殊，空洞破裂時在一瞬間具有強大的沖擊力，當被清洗的工件表面、狹縫、內腔、盲孔、小孔等受到這個沖擊力時，粘附在其中的各類油污、細屑等污物就剝落下來。超聲波除了其本身有巨大的能量外，還具有攪拌作用，使清洗液發生運動，新鮮清洗液不斷作用于污垢使其加速溶解，從而達到清洗的目的。
通常采用沉浸塊式換能器，可根據工件的清潔度要求采用單塊或多塊布置，單槽或多槽布置。另外可根據工件的形狀、大小將換能器安排在槽內側壁或底部。
采用超聲波清洗方式，清洗液的溫度一般為50℃～60℃較為適宜；清洗時間根據工藝要求而定，從30s～10 min不等；超聲波強度大約設定在0.5～1W/cm2。超聲波清洗特別適合多孔性物體和幾何形狀復雜的小零件，例如類似于壓縮機中曲軸、連桿、活塞、彈簧和閥板等。我單位為某用戶設計、制造的水基零件全自動超聲波清洗機，其清潔度指標可達到：液態含塵量0.5～15mg/件，固態含塵量0.1～3mg/件（十幾種零件的材質、形狀不同，其清潔度指標也不同），
2.2 采用機械搖動清洗在采用上述超聲波清洗的同時，根據零件的特點及用戶的要求，可增設機械搖動清洗，即采用偏心輪或凸輪機構；也可采用氣缸振動清洗使工件筐產生上下搖動（振動），以增強清洗脫污效果。沉浸塊式超聲波清洗及機械搖動清洗適合 于浸泡式的清洗。
2.3采用高壓定點噴淋清洗
高壓噴淋清洗具有強大的清洗力，能去除頑固附著在物體表面的污垢，特別適合某些形狀特殊、盲孔較深及清潔度要求高的零件（如曲軸箱），同時還具有一定的去除毛刺、飛邊、焊渣等功能。與低壓噴淋清洗相比，其清潔度指標可提高3倍左右。采用定點方式，可清洗傳統方式不易清洗的小孔、盲孔和具有特殊形狀的零件，其傳送方式一般采用間歇運行的步進式。在工件上料端驅動軸處設置旋轉編碼器采集鏈輪的旋轉角度，調整傳送機構的運動（在鏈條發生變形、節距變化時能夠相應調整），并以PLC 為核心對變頻調速器進行控制，從而使傳送鏈平滑啟動、快速位移、平穩減速、準確到位，可以實現±1mm的定位精度。準確的定位和高壓噴淋相結合，可以確保高清潔度的清洗效果。
常用的適合零件清洗的高壓噴淋清洗壓力為3.5MPa～6 MPa，當有特殊需要時，也可選用更高的壓力甚至超高壓力（≈100 MPa）。采用高壓噴淋清洗，除了需要注意壓力及其高壓泵、高壓軟管及附件的選擇外，還要注意噴嘴的材質、形狀和噴射距離等，尤其是零件必須有可靠的裝夾方式，同時設備還要有較完善的減震、降噪和安全等措施。
我單位研制的高壓定點噴淋清洗機，經用戶質量檢測中心嚴格檢測，其清潔度可達到：可溶物≤8mg，不可溶物≤2mg，滿足用戶要求，并優于進口同類設備的清潔度指標。
2.4設置油水分離器
脫脂工序是清洗設備的重要工序。被清洗零件在脫脂過程中的油污必須及時清除，否則油分的濃度隨著處理零件量的增加，脫脂能力不斷下降，零件的清潔度也隨之下降，因此除了必須定期更新脫脂液外，還需要對脫脂液進行油水分離處理。當脫脂液中油分濃度達到5～10g/L時就須進行更新，否則脫脂油在脫脂液中將不再以乳化狀態存在，而重新附著在被清洗零件上，從而影響后續被清洗零件的清潔質量。
油水分離器是一種將乳化油排入集油桶并經過自動排油處理后，再使去油后的脫脂液回到脫脂槽中的裝置。常用的油水分離器主要由油水分離槽、泵、閥門、管路附件和集油斗等組成。
2.5 設置磁性分離器
被清洗的零件往往經磨床及其它機床加工后帶有鐵粉末、切屑，經過脫脂清洗后，這些粉末和切屑都渾濁在脫脂液中，只有通過磁性分離器上的磁性滾筒或磁片，才能把脫脂液中的粉末、切屑吸出、排掉，使脫脂液保持干凈，以利于提高零件的清潔度。磁性分離器主要由箱體、磁性滾筒（磁鼓）或磁片、減速機和刮板等組成。
2.6 設置過濾循環裝置
過濾循環裝置是將清洗槽內較臟的液體（含有不可溶物質）抽入附槽進行過濾，同時將附槽內經過濾的較干凈的液體再泵入清洗槽，該裝置對提高零件的清潔度有著很重要的作用。
根據被清洗零件的具體要求，浸漬式、噴淋式的清洗方式均可設置合適網目數的網板過濾器、籃筐過濾器、袋式過濾器和濾芯過濾器等。
2.7設置風刀吹水裝置
對清潔度要求較高的零件，在清洗、漂洗工序后，常常設置風刀吹水裝置。這不僅有利于零件的最后干燥，而且是解決零件表面產生水斑的途徑。由于漂洗用水含有雜質，零件干燥后易在表面留下水斑，即使用純水漂洗，也有生成水斑的可能。采用風刀吹水裝置，利用風壓可將零件表面的水吹除掉。
2.8 其他方面
1）對浸泡式清洗，清洗筐的結構設計也很重要。清洗筐與清洗液的接觸面積要小，零件在筐內的擺放方式對清潔度會產生一定的影響；對噴淋式清洗，輸送帶、工裝夾具的形式對清潔度也會產生一定的影響。
2）無論是浸泡式清洗還是噴淋式清洗，選擇合適的加熱溫度（電加熱或蒸汽加熱），也有助于清潔度的提高。因為水和有機溶劑對污垢的溶解能力是隨溫度升高而提高的，所以升高溶劑的溫度有利于溶劑發揮它的溶解作用而使污垢易于去除，升高水的溫度有利于把吸附在零件表面的堿和表面活性劑溶解去除。
3）設置攪拌裝置
設置攪拌裝置，可提高污垢被解離、乳化、分散的效率，也有助于提高清潔度。常用的攪拌裝置是在清洗槽內設置排氣管，經過過濾且有一定壓力的壓縮空氣通過排氣管排向清洗槽，生成的氣泡迅速上升造成清洗液的流動，從而起到攪拌作用，這是讓液體流動的攪拌方式之一。另外，也可以采用讓零件（清洗筐）運動的攪拌方式，如前面“2.2 采用機械搖動清洗”所述。
經過二十多個用戶使用表明，這種水基清洗設備在充分考慮到設備的安全性、可靠性、合理性、方便性以及自動化程度、成本、外觀、噪聲等因素的情況下，采用上述適于水基清洗設備的清洗技術，對無氟制冷壓縮機零件、汽車零件以及電子產品的清洗均達到了國外著名公司所提出的清潔度指標。可廣泛用于替代ODS清洗劑的水基清洗。綜上所述，在設計水基清洗設備時，根據不同材質、不同形狀的零件合理采用不同的清洗工藝和技術，對獲得更好的清洗效果至關重要。
作者：深圳市好順超聲設備有限公司|日期：2011-03-08
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