王秀軍 王連吉 徐文驥（jì） 李國超
（大連理工大學機械工程學院，遼（liáo）寧大連 116024）
摘 要（yào）：從超聲波（bō）清洗機理入手，結合軸承（chéng）成品清洗實際情況，研（yán）製了超聲波清洗（xǐ）機，極大地提高了軸承的清潔度；使用碳化水素清洗液，達到了國家（jiā）環保要求（qiú）；采用PLC實現自動控製，和其它設備一起實現了生產線的連線，降低了工人的勞動強度，提高了效（xiào）率。
關鍵詞：軸承成品；超（chāo）聲波清洗（xǐ）機；環保清洗液；自動控製PLC
1 引言
軸承的清潔度對其振動（dòng）、噪聲和使用壽命有很（hěn）大影響，尤其對（duì）於小型低噪聲深溝球軸承而（ér）言（yán）更是（shì）如此。所以，清潔度是軸承（chéng）質量的一項考核指標（biāo），必須由生產（chǎn）過程的清洗質量來保證。軸（zhóu）承清洗在生產過程中一般分為兩步，即裝配前的零件清（qīng）洗和裝（zhuāng）配後的成品清洗（xǐ）。軸承的常規清洗方法有刷洗、浸洗、噴淋清洗或高壓噴洗等。但對清潔（jié）度（dù）要求甚高的低（dī）噪聲軸承而言， 這些清洗方法的效果都不夠理想（xiǎng），而超聲波清洗作為（wéi）一種優良的新工藝，已在軸承行業越（yuè）來越受到重視。
2 超聲波清洗機理
一般來說，人能聽到的聲音是頻率在20～20 kHz的聲波（bō）信號，高於20 kHz的聲波稱為超聲波（bō）。超聲波清洗裝置（zhì）主（zhǔ）要由超聲波（bō）發生器（qì）（包括超聲電源和超聲換能器）和清洗液槽組成，如圖1所示。超聲電源將50Hz的交流（liú）電轉換成超聲頻（比如（rú）40 kHz）電振蕩（dàng）信號後，通過（guò）輸（shū）出（chū）電纜將其輸送給液槽底部的超聲換能（néng）器，由換能器將超聲頻電振（zhèn）蕩（dàng）信（xìn）號（hào）轉換為超（chāo）聲頻（pín）機（jī）械振動並傳至清洗液中。
超聲波的傳遞依照聲（shēng）源強弱，一層強（qiáng）一層弱依次向前傳播，當弱的聲波信號作用於液（yè）體時，會對液體（tǐ）產生一定的負壓，使液體內形成許多微小的氣（qì）泡；當強的聲波信號作用於（yú）液體時，則會對液（yè）體產生一定的正壓，從而將液擊力，瞬間產生幾百攝氏度的高溫和高達上百萬千帕的壓力。這種現象即為“空化效（xiào）應”。隨著空化（huà）氣泡的反（fǎn）複（fù）生成和閉（bì）合（hé）運動，衝擊力不斷作用，Z終使粘附（fù）在（zài）工件上的各（gè）類汙垢剝落，使工件表麵達（dá）到高清潔度。
清洗液中除有空化效（xiào）應（yīng）外，由於超聲振動的引入（rù），加（jiā）速了清洗液的乳化作用和增（zēng）溶作（zuò）用（yòng），使汙垢微細地擴（kuò）散於清洗液中，加速清洗過程。所以，超聲清洗過程實際上是多方麵綜合作用的結果。
3 關（guān）鍵技術（shù）分析
3.1 清洗液的選擇（zé）
超聲（shēng）清（qīng）洗的主要機理是超聲空化作用，而超聲空化的（de）強弱與聲學參數（shù）、清洗液的物理化學性質及環境條件有關。所以要得到良（liáng）好的清洗效果，必須選擇適當的清（qīng）洗液和聲學參（cān）數。清洗液的選擇要從（cóng）以下幾個方麵來考慮（lǜ）：
首先是要從汙物的性（xìng）質來選擇去汙能力強的清洗液；其次是清洗液產生空（kōng）穴（xué）的能力要強（qiáng）; 再就是清洗液要符合人體安全和環境（jìng）保護（hù）的要求。
用於超聲波清洗的清洗液可以是石油溶劑清洗液（yè）、化學清洗液和水基清洗液等，但這些清洗液都有不（bú）盡（jìn）如人意的地方。從環保方麵考慮，作為非（fēi）ODS類溶劑的碳化水素清洗液，由於它具有毒性小、清洗力強和（hé）對金（jīn）屬造（zào）成腐蝕的可能性小等優點，正在受到廣泛關注。但（dàn）碳氫化合物有一定可燃性，所以使用碳氫化合物類清（qīng）洗劑時Z需要重視（shì）的是防火安全（quán）對策。
3.2 超聲波發生器
液體的（de）空化閾值與超聲波頻率有密切（qiē）關係。頻率越高，空化閾也越（yuè）高，即頻率（lǜ）越高，在液體（tǐ）中產生空穴所（suǒ）需要的聲強或聲功率也越大。而（ér）超聲波頻率低時，容易產生空穴，同時在低頻率情況下，液（yè）體受到的壓縮與稀疏作用之間有更長的時間間隙，使氣（qì）泡在破裂前能長到較大尺寸，使崩潰時空化強度增高有利於清洗作用。因此對於質量和體積較大的（de）物體，一般選（xuǎn）用較低頻率的超聲波清洗機， 對（duì）於一些小巧、形狀（zhuàng）較複雜的零件，清洗時則選用較高（gāo）頻率的超聲波清洗機。
一般采用（yòng）的（de）頻率範圍（wéi）是20～50 kHz，美國（guó）必能信超聲波發生器以其豐富的功能和可靠的性（xìng）能成為首選（xuǎn）。一般裝置有粗精兩個超聲槽，故選（xuǎn）用兩套超聲波發生係（xì）統。
3.3 泵循環過濾係統（tǒng）
除在（zài）液箱中安裝多層粗濾濾網外，還在液壓泵之後采（cǎi）用（yòng）大通過（guò）量的過濾器。噴射粗洗和超聲（shēng）波粗洗采用一（yī）級（jí）過濾，噴射精洗和超聲波精洗采用兩級過濾，Z終的過濾精度保證在0.5μm。過濾係統安裝有壓差開關，實時檢測濾（lǜ）芯通（tōng）堵狀況，在（zài）濾芯堵塞情況下，操作麵板上自動提醒更換（huàn）濾芯。
3.4 空氣吹幹係統
空氣吹幹安排（pái）在清洗之後，用於吹去軸承表麵和溝道內的清洗液。為保證壓縮空氣不對清洗幹淨的軸承造成汙染，必須對壓縮空氣進行過濾，此處使用的過濾器的精（jīng）度為0.1μm。
3.5 熱風烘幹係統
碳化（huà）水素清（qīng）洗液是非常純淨（jìng）的精製溶液，可徹底揮發無痕跡（jì）。由於一般（bān）工廠的壓縮空氣的潔淨度（dù）很難達到要求，必須對壓縮空（kōng）氣進行過濾，此處使用的過濾器的精度為（wéi）0.1μm。
3.6 消防係統
盡管碳化水素清洗（xǐ）液有諸多優點，但與ODS類清洗液相比，其沸點高（150℃～190℃）而閃點低（dī）（43℃～70℃），較（jiào）低的閃（shǎn）點提高了設備的防火要求。雖然配備了冷水裝置，用於控製清洗液的溫度，但為安（ān）全起見，需要安裝消防罐和（hé）消防傳感器，能在設定的條件下自動噴射環保型滅火劑。所使用的滅火劑揮（huī）發性強，滅火時不（bú）會（huì）汙染清洗液、軸（zhóu）承和設備本身（shēn）。
3.7 冷水係統
由於泵循環係統（tǒng）和超聲波作用的結（jié）果，清洗液的溫度會逐漸（jiàn）升高。如前所（suǒ）述，碳化水素清洗液的閃點較低，根據控製要求，需將清洗液的溫度控（kòng）製在適（shì）宜的溫度（dù）範圍內。所以必須配備冷水循環係統。
3.8 設備本體
為盡量減（jiǎn）小外部對清洗過程的影響，設備本體全部采（cǎi）用不鏽鋼製造，抗（kàng）汙染、耐腐蝕。
3.9 控製係統
可編程控製器（PLC）具有可靠性高、響應快和編程使用方便等優點，所以（yǐ）成（chéng）為控（kòng）製首（shǒu）選。應用PLC 的自動控製（zhì）係統可以在線（xiàn）監控（kòng）整個清洗過程，能方便修改清洗工藝參數，還可以對異常情況作出判斷並（bìng）作出保護動作（zuò）。
4 典型應用實例
基於前述（shù）分析，我們為某軸承廠設計了專業清洗小型成品（pǐn）軸承的全自動超聲波清洗機。主要工藝流程如圖2所示。超（chāo）聲波清洗作為（wéi）一種高效的清（qīng）洗方法，宜於用作精清（qīng）洗。可把（bǎ）超聲波清洗安（ān）排在退磁和煤油粗（cū）清洗之後、注脂壓（yā）蓋之前。裝置所實（shí）現的工序主要包括噴淋粗洗、超聲波粗洗、超聲波精洗、噴淋精洗、空氣（qì）吹幹和熱風烘幹等。軸承輸送采用氣缸推進式，包含兩路導軌，可以高效地完成軸（zhóu）承清洗工作。
實際（jì）使用證明，設（shè）備運行可靠，性能穩定，主要有以下幾個特（tè）點：
（1）清洗後軸承的清（qīng）潔度達到機械工業部“滾動軸承清潔度及評定辦法”標準，而且優（yōu）於（yú）工廠原來使用的煤油清洗方法。
（2）由於（yú）采用了環保型（xíng）碳化水素（sù）清洗液，使（shǐ）得工人的工作條件大為改善，對環境的汙染也降到了Z低。同時，此清洗液可以在蒸（zhēng）餾後循環使用，大（dà）大（dà）節約了成本。
（3）由於在電控係統中采用了PLC控製，維護十分方便，更改工藝流程和工作節奏可通（tōng）過修改程（chéng）序或直（zhí）接在操作麵板上更改參數來（lái）實現，無需（xū）更改接線，大大提高了設備的使用效率和性（xìng）價比（bǐ）。
（4）本設備很方便地（dì）和其它（tā）設備連（lián）線組成了生產線，降低了工人勞動強度，提高了勞動生產率。
5 結語
為了滿足當前機電產品（pǐn）對軸承清洗質（zhì）量的要求，設計了（le）新型軸承成品超聲波清洗機，使用清洗效（xiào）果好的環保（bǎo）型碳化水素清洗液。使用結果表明，該清（qīng）洗機提高了軸承的清（qīng）潔度，保證了軸承的質量；通過（guò）自動控製（zhì）係統確保了設備運行的可靠性和安全性；同時（shí）降低了生產成本，並大幅度提高了生產效（xiào）率。
來源：《機械工程師》2006年第1期
