民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承清洗技術(shù)研究

彭偉++李琳++梁霄

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.095

摘 要：軸承的清洗技術(shù)近年來(lái)快速發(fā)展，綠色、環(huán)保的清潔方式成為行業(yè)內(nèi)發(fā)展的趨勢(shì)。現(xiàn)代民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承的清洗，必須從高起點(diǎn)進(jìn)行發(fā)展，清潔、綠色、環(huán)保的清洗方式成為清洗技術(shù)發(fā)展的必然。本文論述了水基清洗劑、超聲波清洗技術(shù)在軸承清洗中的運(yùn)用，介紹了水基軸承清洗線的流程，相關(guān)設(shè)備的組成、功能及水基清洗劑的選取，投產(chǎn)前的工藝驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：軸承 水基清洗劑 超聲波清洗技術(shù)

中圖分類號(hào)：V233.45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（a）-0095-03

Abstract： Recently，cleaning technology of bearing develops rapidly. The cleaning method of green and environmental protection becomes the trend of the development of the industry. The cleaning technology of modern civil aviation engine bearing must develop from a high starting point. The cleaning method of green and environmental protection becomes a necessarily of cleaning technology. The article illuminates the water-based cleaning agent and application of ultrasonic cleaning technology in cleaning bearing. It introduces the process of water-cleaning bearings， the composition of equipment and the choice of water-based cleaning agent. At last， it also introduces the process validation before putting into production.

Key Words： Bearings； Water-based cleaning agent； Ultrasonic cleaning technology

航空發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速高，在減少發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)振動(dòng)值，保證發(fā)動(dòng)機(jī)安全、可靠的工作方面，軸承發(fā)揮著重要作用。清潔度是保證軸承質(zhì)量的指標(biāo)之一，清潔方式是達(dá)到清潔度標(biāo)準(zhǔn)的具體實(shí)施過(guò)程。航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承屬于高精密零件，對(duì)于高精密零件的清潔度，清洗對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、增強(qiáng)產(chǎn)品的可靠性、延長(zhǎng)產(chǎn)品使用壽命等方面的作用已逐漸地被人們所認(rèn)識(shí)。軸承清潔度的高低直接影響軸承的工作運(yùn)轉(zhuǎn)環(huán)境，對(duì)提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)的安全可靠性意義重大。

在國(guó)內(nèi)的軍機(jī)行業(yè)，對(duì)于軸承清洗，普遍采用汽油進(jìn)行人工刷洗這一傳統(tǒng)方式，而在國(guó)外民機(jī)行業(yè)，軸承的清洗更多的是采用新型清洗方式，如超聲波水基清洗。目前，中國(guó)大力發(fā)展民用航空發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)業(yè)，關(guān)于軸承清洗，應(yīng)該從更高的起點(diǎn)開(kāi)始發(fā)展，因此，必須走新型清洗方式這條道路。

1 傳統(tǒng)與新型清洗方式利弊對(duì)比

傳統(tǒng)與新型清洗方式的利弊，可分別從清洗方式、清洗介質(zhì)兩方面進(jìn)行分析對(duì)比。

1.1 清洗方式的對(duì)比

手工刷洗，通過(guò)用毛刷在軸承表面上的擦拭來(lái)剝離臟物，由液體帶走臟物實(shí)現(xiàn)的，此方法雖然可以將軸承清洗得比較干凈，但是對(duì)于軸承表面沾附力很強(qiáng)的油垢、微顆粒、研磨膏等雜質(zhì)，則很難完全徹底清理干凈，對(duì)于盲孔、縫隙、窄溝槽、小孔處的污物更是清洗不掉。

相比手工涮洗，超聲波清洗技術(shù)作為一種新型的清洗工藝技術(shù)，在軸承行業(yè)受到越來(lái)越多的重視。超聲波無(wú)孔不入，能清洗幾何形狀復(fù)雜的物體和各種有微孔、盲孔、窄縫等的零部件，超聲波則具有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

（1）清洗質(zhì)量好。采用超聲波清洗技術(shù)，使軸承的清潔度得到提高，清洗效果好。

（2）效率高。超聲波清洗機(jī)適于大批量生產(chǎn)，清洗速度快，節(jié)省了清洗時(shí)間。

（3）勞動(dòng)強(qiáng)度低。超聲波清洗能在生產(chǎn)線上一次性完成從內(nèi)外環(huán)清洗到烘干的全過(guò)程，減少了中間環(huán)節(jié)、降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了手工刷洗的體力勞動(dòng)。

（4）成本低。超聲波清洗機(jī)配有自動(dòng)循環(huán)過(guò)濾裝置，保證了清洗質(zhì)量，延長(zhǎng)了清洗液更換周期，既節(jié)省了清洗劑，又質(zhì)量好、效率高，顯然使成本降低。

1.2 清洗介質(zhì)的對(duì)比

用汽油來(lái)清洗軸承，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)行業(yè)應(yīng)用較為普遍。但是汽油揮發(fā)性極強(qiáng)、閃點(diǎn)極低（汽油的閃點(diǎn)：-10℃，煤油的閃點(diǎn)：38℃），因此在使用中存在較大的安全隱患（必須在有防爆措施的環(huán)境中使用）；由于汽油還具有較強(qiáng)的刺激，而清洗過(guò)程中操作者不可避免的直接接觸皮膚，對(duì)使用者的健康也造成了較大的危害。

在汽油清洗軸承的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)，汽油揮發(fā)成蒸氣后的體積擴(kuò)展為原來(lái)的幾十倍，當(dāng)空氣中汽油蒸氣達(dá)到2%～7%時(shí)，遇到火花就會(huì)引起爆炸；汽油中含有的苯為致癌物，在生產(chǎn)環(huán)境中汽油以蒸氣形式經(jīng)呼吸道吸收，同時(shí)還會(huì)穿過(guò)人體表皮滲入到肉體，對(duì)人的身體健康危害較大。

用水基清洗劑配制的清洗液的清洗效果與油類清洗劑相當(dāng)，但水基清洗劑對(duì)人體危害小，對(duì)周圍的環(huán)境影響小，是綠色、環(huán)保的清洗方式，并且在國(guó)外民航業(yè)內(nèi)有成熟的應(yīng)用。

1.3 對(duì)比結(jié)論

基于以述兩方面的對(duì)比分析，生產(chǎn)中需用汽油、煤油的替代溶劑來(lái)進(jìn)行清洗軸承。而這種汽油、煤油的替代品不但要求閃點(diǎn)高，而且不能使金屬零件產(chǎn)生腐蝕。經(jīng)過(guò)廣泛的調(diào)研，并參考國(guó)內(nèi)外同行業(yè)的經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為水基清洗劑是一種很好的汽油、煤油的替代品。endprint

2 超聲波水基清洗技術(shù)

2.1 技術(shù)原理

（1）水基清洗劑：所有表面活性劑分子同時(shí)含有親油基團(tuán)和親水基團(tuán)。清洗時(shí)，表面活性劑分子的親油部分吸附在污垢上與其互溶，親水部分則滲透到工件與污垢之間，使界面張力下降并通過(guò)乳化、增溶、分散，有效阻止了污物再凝結(jié)。借助超聲波等物理作用，使污物脫離零件表面，分散到清洗液中，從而達(dá)到去污目的。

（2）超聲波：空化作用是指液體分子激烈碰撞產(chǎn)生非常強(qiáng)大的沖擊力，將被清洗物體表面的污物撞擊下來(lái)。這些無(wú)數(shù)細(xì)小而密集的氣泡破裂時(shí)產(chǎn)生沖擊波的現(xiàn)象。超聲波除了有空化作用，同時(shí)還有乳化、中和作用，能更有效防止被清洗掉的油污重新附著在被清洗物件上。

2.2 技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)

水基清洗技術(shù)在國(guó)內(nèi)航空系統(tǒng)內(nèi)未能得到大量的應(yīng)用，主要原因在于清洗環(huán)節(jié)易造成零件生銹。筆者認(rèn)為，只要采用對(duì)常用金屬材料無(wú)腐蝕、防銹性能優(yōu)良的清洗劑，并研究其清洗前后配套工藝方法及適用的材料種類，水基清洗技術(shù)完全可用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)上精密零件的清洗。

2.3 技術(shù)重點(diǎn)

2.3.1 濃度比例問(wèn)題

用水基型清洗劑與去離子水混合配制的清洗液在清洗不同類型發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，兩者所占的比例是不同的。另外，配制好的清洗液必須滿足不腐蝕發(fā)動(dòng)機(jī)的零部件及有關(guān)表面涂層的要求。參考有關(guān)國(guó)外資料，并根據(jù)試驗(yàn)情況，確定用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件清洗的清洗液用航空特種表面水基清洗劑與去離子水混合配制而成，清洗液中溶劑濃度高低變化，對(duì)軸承最終的清洗效果有著直接的影響。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)過(guò)程，總結(jié)出清洗劑在清洗液中所占的比例為5%～10%，清洗效果、清洗成本都較好，從而達(dá)到一個(gè)平衡。

2.3.2 清洗劑選擇問(wèn)題

對(duì)水基清洗劑的選擇問(wèn)題，主要從如下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮。（1）能有效地清除機(jī)件上的污垢、積炭和鹽漬；（2）清洗液對(duì)渦噴發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)件表面無(wú)超過(guò)規(guī)定的腐蝕；（3）清洗液本身易于保管、運(yùn)輸、儲(chǔ)存。

3 技術(shù)運(yùn)用

通過(guò)上述分析，可知超聲波水基清洗技術(shù)可勝任航空發(fā)動(dòng)機(jī)軸承的清洗。目前，我公司采購(gòu)了一臺(tái)全自動(dòng)超聲波軸承清洗機(jī)SC2641，清洗介質(zhì)采用水基清洗劑，到目前為止，該設(shè)備運(yùn)行良好。

3.1 設(shè)備組成

SC2641軸承清洗機(jī)，該設(shè)備上共有5個(gè)槽子，分別為超聲波除油槽（1號(hào)槽）、噴淋槽（2號(hào)槽）、冷水漂洗槽（3號(hào)槽）、脫水油槽（4號(hào)槽）、防腐油槽（5號(hào)槽）。每個(gè)槽子的尺寸均為680mm×600mm×650mm，主體材料為SUS304不銹鋼。該設(shè)備是全自動(dòng)的，采用PLC可編程控制，可自動(dòng)上料、退磁、自動(dòng)換槽、自動(dòng)下料等。設(shè)備的實(shí)物圖，見(jiàn)圖1。

3.2 清洗工藝路線

軸承的清洗工藝路線圖，見(jiàn)圖2。清洗前，先將軸承放到退磁機(jī)內(nèi)進(jìn)行退磁處理，退磁合格后，將待洗的軸承放入清洗籃筐，籃筐依次從1號(hào)槽、2號(hào)槽、3號(hào)槽、4號(hào)槽、5號(hào)槽進(jìn)行清洗、處理，籃筐在每個(gè)槽位停留時(shí)間可在程序中直接設(shè)定，零件從進(jìn)料、到出料全部實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

3.3 水基清洗劑的確定

3.3.1 清洗劑牌號(hào)的確定

水基清洗劑種類繁多，主要分為有機(jī)類和無(wú)機(jī)類，成份一般含有堿性清潔劑、防腐劑及潤(rùn)濕劑。國(guó)內(nèi)外有多個(gè)廠商（如德國(guó)漢高、德國(guó)Chemetal等）提供不同牌號(hào)規(guī)格專門(mén)針對(duì)不同材質(zhì)、不同污染物的清洗劑（如Ardrox 185L、Turco 4181L、Cee-Bee J-84AL等），不同的清洗劑，適用的對(duì)象也千差萬(wàn)別。對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，尤其是軸承，屬于特殊的零部件，則應(yīng)參照標(biāo)準(zhǔn)HB5226進(jìn)行選取，并且通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)HB5227規(guī)定的各項(xiàng)試驗(yàn)科目（腐蝕性試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)、清洗能力試驗(yàn)、漂洗能力試驗(yàn)）、外觀檢查及pH值的檢測(cè)后，方可選定出具體的針對(duì)性清洗劑牌號(hào)。

3.3.2 清洗液濃度的確定

從控制成本及漂洗、環(huán)保方面考慮，一般在達(dá)到清潔效果的同時(shí)盡量使用低濃度的清洗液，以試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)一般可從2.5%起開(kāi)始使用，針對(duì)不同污染程度的零件，可適當(dāng)提高濃度比例，但在可加溫的設(shè)備中使用一般不超過(guò)10%。對(duì)于清洗劑來(lái)說(shuō)，達(dá)到一定比例濃度后，對(duì)同樣的污染物的清洗能力基本相同，但濃度的不斷提高會(huì)給漂洗帶來(lái)難度，如果設(shè)備漂洗的水量不足，則會(huì)因漂洗不凈而使溶劑殘留于零件表面，形成白斑，不僅影響外觀，而且時(shí)間長(zhǎng)了會(huì)對(duì)零件本身產(chǎn)生進(jìn)一步腐蝕。

3.4 清洗工藝驗(yàn)證

對(duì)于科研階段的型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)，軸承清洗工藝必須經(jīng)過(guò)清洗工藝驗(yàn)證才可正式投產(chǎn)使用。

軸承清洗工藝定型前，選取3種不同的清洗劑，Ardrox 185L、Turco 4181L、Cee-Bee J-84AL，按照規(guī)定的濃度比例進(jìn)行溶液配比，分別進(jìn)行腐蝕性試驗(yàn)、濕熱試驗(yàn)、清洗能力試驗(yàn)、漂洗能力試驗(yàn)等共4個(gè)試驗(yàn)科目。通過(guò)多輪反復(fù)的試驗(yàn)效果分析，對(duì)比三種清洗劑的清洗效果，形成最終的試驗(yàn)報(bào)告，并經(jīng)資深專家評(píng)審?fù)ㄟ^(guò)后，正式納入到公司的生產(chǎn)體系中，超聲波水基清洗機(jī)才正式投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。

4 結(jié)語(yǔ)

盡管超聲波水基清洗技術(shù)在國(guó)內(nèi)的軸承清洗行業(yè)還處于摸索階段，但是它以清潔、綠色、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)必將成為未來(lái)軸承清洗技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。超聲波水基清洗技術(shù)在軸承行業(yè)起步較晚，還有很多課題亟待研究開(kāi)發(fā)，但它應(yīng)用前景廣泛，可以肯定的是，它在軸承零件的清洗中將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

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