轴承零件清洗中超声波技术应用探讨

摘 要：轴承零件清洁度关系着轴承运行质量，是轴承的重要考核指标。本文介绍了传统清洗轴承零件的方式，如煤油清洗、汽油清洗或喷淋清洗等，但都难以达到高度清洁的清洗水平。针对上述问题，本文介绍了一种新的清洗方法——超声波技术，阐述了其清洗原理，分析了其清洗流程和关键技术。本文思想对轴承清洗、延长使用寿命有帮助作用。

关键词：轴承零件；零件清洗；超声波技术

中图分类号：TM611 文献标识码： A 文章编号： 2095-8412 （2016） 04-656-03

工业技术创新 URL： http：// DOI： 10.14103/j.issn.2095-8412.2016.04.020

Abstract： The cleanliness of bearing parts is related to the quality of the bearing. It is an important evaluation index of the bearing. In the process of bearing production， it is important to pay attention to the cleaning of bearing parts and improve the quality of cleaning. The traditional way of cleaning bearing parts is mainly using kerosene cleaning agent， gasoline cleaning agent， or spraying. It is not only difficult to achieve the requirements of cleaning， but also high cost， low efficiency， causing damage to the environment. It is necessary to find a new way to clean the bearing parts. Ultrasonic technology， as a new cleaning method， is paid more and more attention to the bearing industry. This paper mainly discusses the application of ultrasonic technology in the cleaning of bearing parts， by elaborating its cleaning mechanism， analyzing its cleaning procedure and key techniques. The idea of this paper will help a lot for bearing parts cleaning and working life extension.

Key words： Bearing Parts； Parts Cleaning； Ultrasonic Technology

引言

轴承零件的清洗方法有很多，常规的清洗方法主要有浸洗、刷洗、高压喷洗、喷淋等。影响清洗效果的因素有很多，包括轴承零件的结构和尺寸、清洗剂的性能、清洗的劳动要求等。对于要求不高的轴承，这些清洗便能够达到要求，但是对于要求比较高的轴承，比如低噪声轴承，就无法达到清洁度的要求。轴承零件的清洁度影响轴承的使用寿命、振动和噪声等。提高清洁度对满足轴承异音、降低噪声、提高使用寿命有重要作用。

所以轴承零件清洗十分重要，本文探讨了使用超声波技术清洗轴承零件的清洗原理、關键技术等，对结构复杂的轴承零件清洗有很好的效果。

1 超声波清洗原理及优势

1.1 超声波清洗原理

超声波是指频率高于20 kHz的声波，这种声波既有良好的方向性，又有很强的穿透能力，能够比较容易地聚焦声能。超声波可用于测量速度、距离、杀菌消毒、碎石、焊接、清洗等；利用超声波的机械振荡可以实现雾化、粉碎固化、凝聚、匀化或者提取等功能。

利用超声波震荡，能够清洗不容易溶解的污渍，使它们分解、脱落；同时超声波又能够加速可溶解污物的溶解程度，使清洗剂充分发挥作用，提高清洗的效率和质量。

复杂结构轴承零件的清洗，使用超声波技术清洗效果好。超声波清洗机实际上使用的是超声振动的能源。在轴承零件清洗中使用的超声波清洗机，主要由超声波清洗器和超声波发生器两部分组成。通过超声波发生器，能够产生超声频带的电讯号，为换能器提供超声频电功率。超声频电功率在换能器的作用下，能够转化成超声波能量。在对轴承零件清洗的过程中，由于超声波的作用，清洗液会呈现密集、稀疏的状态[1]。液体在密集的状态下受正压力的影响，在稀疏的状态下受负压力的影响。通过超声波的振动，清洗液会产生许多微气泡，一部分附着在固体的表面上，一部分溶在液体中。稀疏状态下的气泡会不断增长，吸收更多的气泡，密集状态下的气泡相反，是不断缩小的。缩小的气泡与液体质点的运动速度成反比关系，在气泡闭合的时候，液体质点的运动突然停止，就会发生空化的作用，即迅速释放出集中在微小容积内的动能，从闭合的气泡中心，会传播出一个球形的冲击波，在这一点上会有数千个大气压。空化作用的频率与超声波相同，经常产生在固体和液体的交界处。因为超声波有很强的穿透力，能够在零件的清洗中穿透到它的另一侧面，尤其是复杂的轴承零件。对于狭缝、盲孔、内腔等部分，都能有效地清洗污垢。另外，由于超声波的中和作用和乳化作用，可以在清洗中有效地防止污垢重新附着。

1.2 超声波清洗优势

轴承生产及使用企业使用超声波清洗，在技术方面有两大好处：一是对复杂结构轴承清洗效果更好，比如带牙口的轴承外套，超声波清洗的洁净效果是其他清洗方式达不到的。二是适用性广，由于超声波有很强的穿透能力，只要将轴承及零件放在溶液内，超声波就能发挥清洗作用，而且保证清洗的质量。

效益方面也有两大好处：一是成本低，利用超声波技术进行轴承零件的清洗，能够节约成本。虽然超声波机器设备开始的投入成本比传统的溶剂清洗和人工清洗都要高，但其使用寿命很长，至少十年；同时延长了轴承的寿命，投入产出比高[2]。二是降低劳动强度，节省人力。用超声波清洗零件主要是通过超声波清洗机进行的，机器设备的使用满足了大批量的零部件清洗要求[3]。通过使用机器设备，避免了轴承零件清洗中繁重的体力劳动。

2 超声波清洗工艺及应用

2.1 工艺流程

超声波清洗包括三要素：清洗液、清洗装置和清洗工艺。

清洗液和清洗装置是硬件设施，在进行喷淋清洗时，应使用碳氢溶剂，其清洗效果比煤油更好，而且清洗成本较低[4]。碳氢溶剂的渗透力强，流动性好，而且表面的张力小，对超声波非线性产生的微声流和声流非常有利。其溶解油脂的能力很强，能够充分利用超声波的空化作用，使固体粒子脱落，使不溶性的污物破解，分散在清洗液中。

使用超声波清洗机时，清洗工艺流程与轴承零件数量、清洗难易程度正相关[5]。首先进行喷洗，或者热浸洗，将轴承零件上的污垢进行溶解、软化和分离，通过喷洗或者热浸洗，可以使下一道工序的工量降低，喷洗是利用喷嘴，将清洗液喷射出来冲击轴承零件的表面，它一般由喷嘴、阀门、泵、电机、储液箱、过滤器等组成。接着进行超声波清洗，这一步是关键，通过超声波的振动，以及产生的空化作用，可以使轴承零件表面的锈蚀物、油渍以及其他表面污染物消除[6]。

无论零件的外形如何复杂，不仅可以进行自动化操作，也可以进行大批量小型件的清洗。具体步骤如下：（1） 进行冷漂洗，主要是使用流动的进水，清除已经脱落，但是浮在零件表面上的污垢；（2） 将轴承零件放在干净的清水中，进行超声波漂洗，清除零件缝隙或者边角上的污垢；（3） 用冷或热的净水进行漂洗，将零件表面的污垢微粒清洗干净；（4） 进入风干区，如果轴承上残留有清洗剂，会影响轴承的润滑，使用空气吹干系统可以解决残留清洗液的问题，促进烘干。根据轴承零件的实际情况，通过一定的风速和温度，进行热风烘干，快速干燥轴承零件。烘干时温度不能过高，主要通过温度传感器和PLC装置，准确控制风的温度。

2.2 关键技术应用

传统的超声波轴承零件清洗，使用超声波轴承清洗机，主要工序是先外圈装料，在退磁前外圈就可以装料，退磁之后平铺在不锈钢的网带上。内圈是共同进入超声波清洗区，将轴承零件放在网带的卡槽内进入。网带的传送速度是可以调节的，超声波清洗的时间可以调整，在超声波清洗区，网带的上下都有振板。在清洗区清洗之后，进行喷淋漂洗。为了保证清洗液的洁净程度，在这两个区域中都有多级过滤系统。同时也有冷却系统，主要是保证清洗液固定的温度，达到最佳的清洗效果。超声波清洗技术对轴承零件清洗，尤其是低振动值、低噪声的轴承有重要意义。

随着时代的发展，超声波清洗技术不断进步，在设备上和工艺上都有较大的突破，出现了许多先进的清洗技术。其中高频超声清洗技术对超微污染物粒子有明显的效果。类似硅片表面直径非常小的污染物，使用常规的超声波技术不能达到最佳的效果，近年来发明了高频的超声波清洗技术，这种兆赫级别的高频清洗，其关键不是气泡，也不是利用空化作用，而是使用高频的压力波，因为高频率下空化作用不明显，使用兆赫级别的高频超声技术，对污染物的消除率几乎可以达到100%。在陶瓷、硅晶片、超大规模集成电路的芯片上，一般使用这种高频清洗技术。另外还出现了机械扫描聚焦式超声清洗技术，它主要针对微孔零件的清洗。由于过去超声波对此类零件的清洗技术不太理想，使用这种清洗技术，能够明显使微孔中的污物自行脱离。这种清洗技术以低频为主，使用15 kHz或者20 kHz，要求达到高声强，并使用600 W左右或更高一点的电功率。机械扫描聚焦式超声清洗技术对一些微孔物件的清洗有很强的效果。

3 超声波清洗效果影响因素

（1） 清洗液温度

清洗液的温度影响超声波技术清洗的效果。清洗液的温度升高，有利于超声波空化作用的增强，同时蒸汽压也会相应地上升，减弱超声波的空化作用，影响清洗轴承零件的效果。因此要选择适宜的温度，每种清洗液的适合温度不同，要根据具体的需要進行调节，保证轴承零件的清洗效果。

（2） 清洗时间

利用超声波技术清洗轴承零件时，要注意清洗的时间。虽然时间长会提高清洗的效果，但是也会对轴承零件造成负面的影响，例如长期在清洗液中浸泡可能会腐蚀轴承零件的表面，影响零件的使用，也降低了企业的生产效率。

（3） 清洗工作频率和功率

超声波工作时的频率和功率对清洗效果有很大的影响。超声波的清洗力主要来源于两种清洗剂，即水分剂和化学溶剂，超声波技术清洗的原理主要是空化的作用，前者提供了化学作用力，后者提供了物力作用力，相互配合，完成轴承零件的有效清洗[5]。超声波工作频率在固定的情况下需要恒定的声强度，但是如果超过这个固定值，空化作用所需要的声强度就会增加。同样的声强度状态下，当工作频率低时，空化气泡的体积比较大，微激波的冲击力也就比较强，空化的效果好，清洗的效果比较高。同时工作频率也不能过低，否则会使噪声增大。另外，不同轴承零件的体积也不同，超声功率要随之发生变化，使用最适宜的超声功率，才能达到最好的清洗效果。

4 结束语

综合全文所述，超声波技术在轴承零件的清洗中具有重要的作用。轴承零件的清洁度关系着轴承的质量，利用超声波技术，可以达到最佳的清洗效果。随着社会的发展，科学技术的进步，超声波技术会越来越成熟，轴承零件的清洗效率和质量会进一步提高，并将被广泛应用于生产生活中。

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