超声波清洗工艺在汽车清洗中的应用.doc

第 8 卷 第 5 期2007 年 10 月北华大学学报 (自然科学版)Vol . 8 No . 5J OU RNAL O F B EI HUA U N IV ERSI T Y( Nat ural Science) Oct . 2007文章编号 :100924822 (2007) 0520466203超声波清洗工艺在汽车清洗中的应用孙志刚( 吉林铁道职业技术学院 机电工程系 , 吉林 吉林1 32 002 )摘要 :对汽车清洗技术中传统的机械清洗法 、湿法化学清洗法的应用现状进行了分析 ,介绍了超声波清洗技术的工艺特点以及与传统清洗技术相比具有的优势 . 通过对超声波清洗设备结构 、清洗机理和清洗过程的介绍 ,进一 步阐述了超声波清洗技术在汽车上的具体应用和广阔的发展前景 .关键词 :超声波清洗 ;机理 ;汽车清洗中图分类号 : TB559文献标识码 :A清洗是汽车零部件检测与安装中的重要环节 . 传统的清洗方法包括机械清洗法和化学清洗法 ,但它们在环境保护和高精度要求方面的应用受到很大的限制 . 超声波清洗技术是近50 a来飞速发展的新型清洗 技术 ,它以自身的许多优点在汽车零部件检测与安装中逐步取代了传统的清洗工艺 ,展示出广阔的发展 前景.传统汽车清洗技术在汽车零部件的检测与组装过程中 ,常常需要用到清洗技术 . 例如 ,汽车零部件的电镀 、磷化 、喷涂 、焊 接以及在生产线装配时 ,为确保下道工序的质量 ,必须除去表面上的油脂 、灰尘 、锈垢及残留的溶剂 、粘结 剂等污物1 .表面污垢一般是以锈迹和油脂为主 ,混合有灰尘 、颗粒等其他杂质 . 传统的清洗方法分为 2 类 :1) 机械清洗法 ,即采用刮 、擦 、刷等手段达到去除表面污物的目的 ;2) 湿法化学清洗法 ,它是利用有机清洗剂 ,通过 喷 、淋或高频振动除去油污等表面附着物2 23 .传统清洗方法尽管还在较大范围内使用 ,但其自身的局限性暴露无遗 :机械方法无法满足高清洁度的 清洗要求 ,而化学清洗方法容易导致环境污染 ,获得的清洁度也很有限 ,特别是当污垢成分复杂时 ,必须重复选用多种清洗剂反复清洗才可能满足表面清洁度的要求 . 在这种情况下 ,需要找到 1 种高效 、快捷的清 洗方法. 超声波清洗技术作为 1 项新兴清洗技术 ,能适应各种表面污物的清洗 ,对环境污染极小 ,也不损伤基体 ,已成为传统清洗方法的补充和延伸 ,并因其固有的许多优点而展示了广阔的应用前景 .12 超声波清洗技术的工艺特点2 . 1超声波清洗的工艺特点超声波清洗技术具有如下特点 :1) 清洗更彻底 . 超声波清洗技术的超声波原理表明该种方式非常适合 清洗发动机类形状复杂的构件 ;2) 操作安全 、节约能源 . 目前 ,小型零部件的清洗多使用汽油或柴油刷洗 ,因此操作安全系数很低 ,易造成事故 . 而超声波技术清洗使用水基清洗剂 ,绝无事故隐患 ; 3) 工作效率高.只需将零部件解体后放在清洗机的槽中 (丝网料筐中) 并按一下开关即可 ,在清洗过程中 ,维修人员可以做 其他工作 ;4) 清洗成本低 . 因清洗剂重复使用率高 ,耗材采购廉价 ,故清洗成本只有传统清洗方法的 1/ 81/ 3 ;5) 能够降低环境污染.收稿日期 :2007207209作者简介 :孙志刚 (1971 - ) ,男 ,讲师 ,工程硕士 ,主要从事汽车检测与维修研究 .第 5 期孙志刚 :超声波清洗工艺在汽车清洗中的应用4672 . 2国内外现状对超声波清洗技术的机理研究 、工艺研究及应用 ,在国外已有近50 a的历史 ,而我国起步较晚. 上世纪80 年代前 ,我国的超声波清洗研制单位无论从研制队伍还是从生产能力上看 ,能够形成规模的为数很少 .80 年代后 ,特别是 90 年代开始 ,随着我国国民经济的飞速发展 ,以及科技的不断进步 ,尤其是先进制造技 术的需求 ,促使超声波清洗技术的研究与超声波清洗设备的研制得到了迅速发展 . 目前 ,超声波清洗已成为国内外最有效的清洗手段 ,并逐步深入到科技领域的诸多方面和各种生产环节 ,特别是在汽车工业领域 的应用更为普遍.3 超声波清洗设备超声波清洗设备一般可分为通用和专用两种机型 .3 . 1通用超声波清洗机超声波清洗机的结构一般有超声电源和清洗器合为一体或分开布局两种形式 ,一般小功率 ( 200 W 以 下) 清洗机采用一体式结构 ,而大功率清洗机采用分体式结构 .3 . 2专用超声波清洗机专用超声波清洗机一般安装在某些特定物件清洗的生产流水线上 . 如某典型的软磁器件超声波清洗 设备 ,被清洗物件从进料口可传动的不锈钢专用网带送入超声波清洗槽清洗 ,再经喷淋 、烘干等工序后出料 ,被清洗物件可直接包装入库.通用超声清洗机清洗零件适用性强 ,已广泛应用于电子 、钟表 、光学 、机械 、汽车 、航空 、原子能工业 、医 疗器械等许多行业4 .4超声波清洗机理和清洗过程频率高于20 k Hz的声波被称为超声波 . 声波的传播是能量传递的 1 种方式. 在液体中存在着微小的气泡 (空化核) ,当超声波以正压和负压交替产生 (其交替的频率达每 s 数万次) 的形式在液体中传播时 ,这些小的空化核会在负压区因负压的突然产生而迅速长大 ,又会在正压区因正压的突然产生而急速闭合破裂 ,这就是超声空化作用 .超声空化作用可以把声场能量集中起来 ,在空化泡崩溃的瞬间 ,液体在极小空间内将其高度集中的能 量释放出来 ,会形成异乎寻常的高温 ( 4 000 ) 和高压 ( 5 107 Pa) . 当被清洗的工件浸没于清洗溶液 中时 ,超声波以强大的空化作用作用于工件的内 、外表面 ,即可达到清洗的目的 . 超声波清洗特别适合于复 杂多孔 、不能用硬物擦洗的零件表面 ,如电动机气缸体 、气缸盖等 .超声清洗就是利用了空化作用的冲击波 ,其清洗过程由下列 4 个因素作用所引起 、构成.1) 因空化泡破灭时产生强大的冲击波 ,污垢层在冲击波的作用下被剥离下来 ,即分散及脱落 .2) 因空化现象产生如图 1 a 所示的气泡 ,冲击形 成的污垢层与表面之间的间隙及向空隙渗透 ,由于这 种小气泡与声压同步膨胀 、收缩 ,产生像剥皮那样的物 理力重复作用于污垢层 ,污垢被一层层剥开 ( 如图 1 b所示) ,小气泡再继续向前推进 ,直到污垢层被剥下为止 . 这就是空化二次效应 .图 1 气泡的作用Fig. 1 Bubble role3) 超声清洗中清洗液的超声振动本身对清洗的作用力. 例如 : 20 k Hz ,2 W/ cm2 的超声波在清洗液中传播时 ,它将引起质点的振动 , 位移幅度 1 . 32 m , 速度 0 . 16 m/ s , 加速度为 2 . 04 104 m/ s2 , 声压为 1 . 45105 Pa ,这表明清洗物表面的污垢层每 s 将遭到 2 万次的激烈冲击5 .4) 清洗剂溶解了污垢 ,产生乳化分散的化学力 . 468 北华大学学报 (自然科学版) 第 8 卷环 、液压零件 、压缩机零件等机械五金零件 ,在生产加工工序间或终端清洗6 .5 . 2 应用分析1) 精密零件装配前的清洗 . 汽车发动机的活塞 、活塞环 、连杆等主要零部件和液压 、气动元件都有较高 的清洁度要求 ,装配前采用超声波清洗可获得极佳的效果. 如轿车汽油机活塞清洗可制定 6 工位清洗过 程 ,即可满足清洁度要求 (含尘量 1 . 5 mg/ 件) .2) 成型和加工过程中的清洗 . 汽车车轮是由型材轧制成型再进行焊接组装的 ,成型前和焊接后都要进 行碱性除油和强酸清洗 ,以去除氧化皮和焊渣 . 比如采用超声波清洗设备对车轮的原材料进行批量清洗 , 可以避免使用强酸清洗 ;汽车车轮厂 、车架厂采用超声波清洗设备进行除油 、除锈 、除氧化皮和磷化的综合 处理 ,从而保证了漆膜的结合力 ,可以改善漆膜的外观质量 .3) 汽车维修中的除污清洗 . 随着汽车维修业的快速发展 ,维修设备也在不断更新 ,采用超声波清洗设备进行精密零件的维修清洗省时 、省力 、节省清洗费用 ,是效果最佳的清洗方式 . 比如 ,无论何种材质 、用途 的过滤器 ,使用一段时间后 ,都会由于杂质造成通透性降低导致报废 ,普通滤芯价格较低还可以接受 ,但对 于高档汽车 ,进口滤芯价格非常高 ,弃之实在可惜. 采用聚能型超声波清洗机 ,可把1 k W以上的能量集中 在200 mm 20 mm的辐射面上 ,超声强度大 ,能够快速将堵塞物去除 ,而清洗 1 个滤芯的时间仅为 10 15 min7 .结语6超声波清洗是 1 种效果显著的强化清洗法 ,易于实现机械化 、自动化 ,对于形状复杂和多孔的零件 ,与其他清洗方式相比有无法比拟的优越性. 随着我国汽车工业的飞速发展 ,汽车及零部件生产普遍需要精密 清洗 ,对清洗技术和清洗设备提出了新的要求 ,超声波清洗设备的采用将越来越广泛. 利用我国现有的超声波技术条件 ,开发配套的超声波清洗设备 ,并使其在短时间内实用化 、产业化是完全可能的. 在我国 ,超声波 清洗设备正朝着大规模 、高效率和自动化的方向发展 ,这对推动高新技术产业的发展具有重要意义.参考文献 :1234567谢益香 . 清洗 、油封与防污染新技术 M . 北京 :国防工业出版社 ,1984 .唐春华 . 现代磷化技术问答 (二) J . 电镀与环保 ,1998 ,18 (2) :36 .陈慧 . 免费清洗技术在印刷制板装联中的实用性和经济性及今后发展趋势 J . 电子工艺技术 ,1998 ,19 (5) :175 .刘艳武 ,张仁良 ,高大江 ,等 . 超声波清洗的典型应用与经济效益 J . 洗净技术 ,2003 (3) :50254 .韩连香 . 超声波清洗技术及在汽车工业中的应用 J . 重型汽车 ,2001 (5) :16217 .胡兴军 ,杨燕 . 超声波清洗技术备受瞩目 J . 清洗世界 ,2004 ,20 (2) :26229 .胡兴军 ,杨燕 . 超声波清洗技术的应用及优势 J . 苏南技术开发 ,2004 (6) :20221 .Application of Ultra sonic Cleaning Technolo gy on the Automo bileS UN Zhi2gang( Elect rom echa nical En gi nee ri n g Dep a rt m en t of J i l i n R ai l w ay V ocat ion al a n d Tech nical Col lege , J i l i n 132002 , Chi n a)Abstract :Based o n t he analysis of t raditio nal cleaning technology such as mechanical cleaning , wet chemicalcleaning met ho d , t his paper int ro duces a specific ult raso nic cleaning technique and co mpares to t raditio nal cleaning met ho d. Thro ugh t he st ruct ure of ult raso nic cleaning equip ment , cleaning mechanism and t he