碳?xì)淝逑醇夹g(shù)在軸承行業(yè)中的應(yīng)用

劉宏偉，王連吉，李興林，王續(xù)躍

（1.大連理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 大連 116024；2.杭州軸承試驗(yàn)研究中心有限公司，杭州 310022）

長(zhǎng)期以來(lái)，汽油、煤油和水基清洗劑作為傳統(tǒng)的清洗劑，廣泛應(yīng)用于軸承行業(yè)。但是隨著制造業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)軸承壽命、振動(dòng)、噪聲的要求越來(lái)越高，傳統(tǒng)的清洗劑和清洗技術(shù)已難以滿(mǎn)足精密軸承清洗的質(zhì)量要求。

碳?xì)淝逑磩┑某霈F(xiàn)和碳?xì)淝逑醇夹g(shù)的發(fā)展很好地彌補(bǔ)了傳統(tǒng)清洗劑的不足。在日本，碳?xì)淝逑磩V泛應(yīng)用于工業(yè)清洗中，以碳?xì)淙軇┳鳛榍逑磩┮殉蔀槿毡厩逑葱袠I(yè)的主流［1-2］。歐美各國(guó)也早已積極采用碳?xì)淝逑醇夹g(shù)，用于精密和超精密機(jī)械產(chǎn)品的清洗。我國(guó)引入碳?xì)淝逑醇夹g(shù)較晚，尤其是在軸承行業(yè)，碳?xì)淝逑醇夹g(shù)的應(yīng)用較少，對(duì)碳?xì)淝逑吹墓に嚒⑶逑茨芰蛢?yōu)勢(shì)缺乏足夠的了解。下文對(duì)碳?xì)淝逑磩┩瑐鹘y(tǒng)軸承清洗劑進(jìn)行了比較，闡述了碳?xì)淝逑磩┑奶攸c(diǎn)、清洗力、工藝以及設(shè)備的典型應(yīng)用，為軸承行業(yè)了解和使用碳?xì)淝逑磩┨峁﹨⒖肌?/p>

1 傳統(tǒng)軸承清洗劑與碳?xì)淝逑磩┑膶?duì)比

傳統(tǒng)軸承清洗劑有汽油、煤油、水基清洗劑等。汽油的清洗效果較好，清洗后的軸承容易干燥，但其易揮發(fā)、極易燃燒，危險(xiǎn)性較大，對(duì)人體和環(huán)境的危害也較為嚴(yán)重；煤油安全性較高，清洗性能不如汽油，不是專(zhuān)用清洗劑，成分復(fù)雜、閃點(diǎn)在42℃左右，干燥時(shí)間較長(zhǎng)；水基清洗劑對(duì)有機(jī)污物的清洗效果較差，清洗后容易有活性劑殘留在軸承表面，不易干燥，防銹性能不好，所以在清洗軸承成品時(shí)一般不采用水基清洗劑。

碳?xì)淝逑磩┩汀⒚河屯瑢贌N類(lèi)清洗劑，廣義角度講，三者均屬有機(jī)化合物中的碳?xì)浠衔铩Ｌ細(xì)淝逑磩┲饕煞譃楦呒兌韧闊N［3］，是石油經(jīng)精餾塔蒸餾出來(lái)的更適合于清洗的成分，然后再經(jīng)過(guò)加氫，脫硫、脫芳烴等工藝處理得到飽和烷烴，再?gòu)?fù)配以穩(wěn)定劑等制備而成。碳?xì)淝逑磩┤コ椭芰?qiáng)，清洗效果、干燥效率大大優(yōu)于煤油和水基清洗劑；其閃點(diǎn)在42～80℃，不易揮發(fā)，安全性高，是較為理想的清洗劑。傳統(tǒng)軸承清洗劑與碳?xì)淝逑磩┑男阅軐?duì)比如表1所示［4-5］。

表1 多種清洗劑的部分性能對(duì)比

2 碳?xì)淝逑磩┨攸c(diǎn)及清洗能力

2.1 主要特點(diǎn)［1，6］

（1）清洗性能好。碳?xì)淝逑磩┡c大多數(shù)防銹油、機(jī)加工油等油脂同為非極性的石油餾分，碳?xì)淝逑磩┣逑催@類(lèi)礦物油效果較好。

（2）沸點(diǎn)高（150～190℃），自然狀態(tài)下蒸發(fā)損失量小，對(duì)包裝和設(shè)備的密封要求不高。

（3）干燥后無(wú)殘留。碳?xì)淝逑磩┦欠浅＜儍舻木迫軇稍飼r(shí)可完全揮發(fā)，沒(méi)有任何殘留。

（4）無(wú)毒。碳?xì)淝逑磩┑奈攵拘浴⒔?jīng)口毒性和皮膚接觸毒性均為低毒，且不屬于致癌物質(zhì)，安全性高。

（5）材料相容性好。碳?xì)淝逑磩┲胁缓趾吐取⒘虻雀g物，對(duì)各種金屬材料不會(huì)產(chǎn)生腐蝕和氧化。

（6）黏度低，表面張力小。碳?xì)淝逑磩┑慕n效果特別好，很容易浸漬到被洗工件的狹小縫隙中。清洗軸承時(shí)，不存在浸漬死角。

（7）環(huán)保。碳?xì)淝逑磩┛梢宰匀唤到猓部梢曰厥绽没蚍贌贌闹饕晌餅镃O2和水，無(wú)污染。

盡管碳?xì)淝逑磩┯兄T多優(yōu)點(diǎn)，但其沸點(diǎn)高而閃點(diǎn)低（40～80℃），屬于易燃物品。沸點(diǎn)高，其在自然狀態(tài)下干燥性不如傳統(tǒng)的鹵代烴溶劑，需要干燥裝置；閃點(diǎn)低，需在清洗、干燥和蒸餾再生中采取消防措施；若采用超聲波清洗，必須加裝冷卻水裝置，以防碳?xì)湟簻囟冗^(guò)高。為克服這些缺點(diǎn)，更好地利用碳?xì)淝逑磩枰倪M(jìn)工藝裝備，這也增大了清洗設(shè)備的一次性投入成本。

2.2 清洗能力

軸承零件在機(jī)械加工、熱處理及裝配過(guò)程中，其表面附有許多無(wú)機(jī)和有機(jī)污物［7］，主要污染物包括機(jī)加工冷卻液、熱處理油、切屑及灰塵等。污物比較復(fù)雜，要求碳?xì)淝逑磩┡c污物的各種組分具有良好的相容性。石油類(lèi)碳?xì)浠衔餅橹咀鍩N（石蠟）、脂肪族烴（環(huán)烷）及芳香族烴（芳烴）的混合物。礦物油等組分容易溶解在脂肪族烴中；當(dāng)污物中含有不易溶于碳?xì)浠衔锏乃苄曰衔飼r(shí)，可用酒精類(lèi)進(jìn)行溶解；芳香族烴雖然溶解能力強(qiáng)，但氣味大、缺乏安全性，所以現(xiàn)用的碳?xì)淝逑磩┲幸话悴缓枷阕鍩N。

碳?xì)淝逑磩┣逑葱阅艿暮饬恐笜?biāo)有［2］：

（1）苯胺點(diǎn)。衡量石油類(lèi)碳?xì)淝逑磩?duì)極性有機(jī)物的溶解能力，苯胺點(diǎn)越低表示溶劑對(duì)極性有機(jī)物溶解能力越強(qiáng)。

（2）KB值。是對(duì)樹(shù)脂類(lèi)物質(zhì)溶解力的性能指標(biāo)，KB值越大說(shuō)明溶劑溶解樹(shù)脂的能力越強(qiáng)。但KB值對(duì)油性污垢的清洗能力并無(wú)直接關(guān)系。

（3）溶解度參數(shù)SP值。SP值可表示為：

式中：ΔE為蒸發(fā)能；V為摩爾體積。SP值相近的物質(zhì)具有相近的凝集能，因而易于互相溶解，一般碳?xì)淝逑磩┑腟P值為7～8，此值因與機(jī)械加工油、潤(rùn)滑油等的SP值相近，因此易于將加工后殘留的油污溶解，并且具有很高的清洗能力，因此，碳?xì)淝逑磩?duì)清洗軸承極為有利。

碳?xì)淝逑磩┚唧w清洗能力如圖1所示。由圖1可知，用碳?xì)淝逑磩┣逑摧S承，其表面的機(jī)加工冷卻液、熱處理油等均會(huì)被碳?xì)淝逑磩┖芎玫厝芙猓鴫m埃、切屑等不溶組分也失去了黏附能力，很容易被清洗掉。

圖1 碳?xì)淝逑磩┣逑茨芰?/p>

3 碳?xì)淝逑吹墓に?/h2>

3.1 常規(guī)清洗

常規(guī)清洗方式包括超聲波清洗、噴淋清洗、漂洗等。

3.1.1 超聲清洗及真空脫氣工藝

目前超聲波清洗技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于軸承行業(yè)，超聲波在清洗液中傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生正負(fù)交變聲壓，沖擊清洗件；非線(xiàn)性效應(yīng)產(chǎn)生聲流和微聲流；超聲空化在固體和液體界面上會(huì)產(chǎn)生高速微射流。所有這些作用能夠破壞污物，除去或削弱邊界層，增加攪拌、擴(kuò)散作用，加速可溶性污物的溶解［1］。但是當(dāng)碳?xì)淝逑磩┲袣埓鏆怏w較多時(shí)，由于超聲波在空氣中傳播衰減很快，氣泡的存在會(huì)增加超聲傳播損失。另一方面，液體中殘存氣體越多，空化閾值就越小，越容易發(fā)生空穴，但隨著空化泡生長(zhǎng)過(guò)程中擴(kuò)散到泡中的氣體增加，在空化泡崩潰時(shí)會(huì)降低沖擊波的強(qiáng)度，從而削弱超聲波清洗作用。因此，通過(guò)對(duì)封閉的超聲波清洗工位儲(chǔ)液槽抽真空，使儲(chǔ)液槽內(nèi)的氣壓降低，殘存在清洗液內(nèi)部的氣體大量析出，以強(qiáng)化超聲波的清洗作用。所以碳?xì)淝逑丛O(shè)備一般配備有真空脫氣裝置，真空脫氣的真空度約為-0.06～-0.04 MPa。

3.1.2 噴淋清洗、漂洗等工藝

常規(guī)的清洗工藝，一般是在經(jīng)過(guò)超聲波清洗后進(jìn)行噴淋清洗或者漂洗。因?yàn)槌暡ㄇ逑春螅行┪畚镫m然在超聲空化的作用下已經(jīng)松軟和浮化，但仍然附著在軸承表面，所以需要經(jīng)過(guò)噴淋沖洗將附著在零件表面的污物清除。如果對(duì)軸承的潔凈度要求較低，也可不用超聲波清洗而直接選用噴淋清洗。所以噴淋清洗可以作為單獨(dú)工序也可作為超聲清洗后續(xù)工序進(jìn)行選擇使用。

漂洗實(shí)質(zhì)上是對(duì)殘留在軸承表面的污染清洗介質(zhì)進(jìn)行稀釋。軸承從清洗槽里取出來(lái)之前，實(shí)質(zhì)上是處在已經(jīng)污染的清洗劑當(dāng)中，取出之后，表面必然會(huì)帶出或殘留有污染的清洗介質(zhì)，需通過(guò)漂洗去除。因此，漂洗一般不會(huì)單獨(dú)使用，而是作為清洗后的工序進(jìn)行選擇使用。

3.2 真空狀態(tài)下的碳?xì)淝逑?/h3>

真空狀態(tài)下的超聲波清洗、漂洗等工藝對(duì)軸承的清洗經(jīng)濟(jì)性不好，應(yīng)用較多的還是氣相清洗。

3.2.1 氣相清洗與真空干燥工藝

碳?xì)湟旱臍庀嗲逑词菍?duì)清洗槽不斷通碳?xì)湔魵猓細(xì)湔魵鉁囟容^高，遇到溫度低的軸承時(shí)產(chǎn)生相變，碳?xì)湔魵庖蛳嘧儺a(chǎn)生的熱量使軸承溫度升高。由于不斷地提供碳?xì)湔魵猓S承和碳?xì)湟旱臏囟炔粩嗌撸細(xì)湟簩?duì)污垢的溶解力也隨溫度的升高而不斷增強(qiáng)，而且總是潔凈的碳?xì)湟涸谶M(jìn)行氣相清洗，所以一般經(jīng)過(guò)氣相清洗后的軸承潔凈度會(huì)達(dá)到很高的水平；并且氣相清洗在真空槽內(nèi)進(jìn)行，隔絕了氧氣，安全系數(shù)高。

氣相清洗同真空干燥在同一槽內(nèi)進(jìn)行，對(duì)軸承進(jìn)行氣相清洗的過(guò)程，同時(shí)也是對(duì)軸承加熱的過(guò)程，氣相清洗在低真空狀態(tài)下進(jìn)行，根據(jù)清洗軸承類(lèi)型的不同，清洗到達(dá)一定時(shí)間后，停止對(duì)干燥槽通碳?xì)湔魵猓懦霾蹆?nèi)液體，然后對(duì)干燥槽抽高真空，干燥槽內(nèi)的真空度急劇下降，而溫度卻依然較高，殘留的碳?xì)淝逑磩┍銜?huì)在瞬間進(jìn)入崩沸狀態(tài)，成為碳?xì)湔魵獗徽婵毡梦撸瑥亩鴮?shí)現(xiàn)軸承的完全干燥。

3.2.2 碳?xì)湟赫麴s工藝

碳?xì)湔魵庖话阌烧麴s機(jī)蒸餾產(chǎn)生，在常壓狀態(tài)下，碳?xì)淝逑磩┑姆悬c(diǎn)比較高（150～190℃），但是如果對(duì)密閉的儲(chǔ)液槽抽真空，碳?xì)淝逑磩┑姆悬c(diǎn)會(huì)顯著降低。真空泵將蒸餾罐內(nèi)的壓力降到10 mmHg時(shí)，將碳?xì)淝逑磩┘訜岬?0℃左右其便會(huì)崩沸而產(chǎn)生大量蒸氣。一部分碳?xì)湔魵饪捎糜跉庀嗲逑矗溆嗟奶細(xì)湔魵饪梢酝ㄟ^(guò)冷卻系統(tǒng)，使之冷凝后重復(fù)使用，而沸點(diǎn)高的油污和雜質(zhì)則存留在蒸餾裝置內(nèi)，定期清理即可。用于氣相清洗的碳?xì)湔魵猓部赏ㄟ^(guò)真空泵抽入到氣液分離裝置進(jìn)行冷凝后重復(fù)使用，從而實(shí)現(xiàn)綠色清洗。

4 碳?xì)淝逑丛O(shè)備分類(lèi)及典型應(yīng)用

4.1 設(shè)備的分類(lèi)

軸承碳?xì)淝逑丛O(shè)備依據(jù)分類(lèi)方法不同有多種類(lèi)型：按被清洗物不同，可分為軸承零件清洗機(jī)和軸承成品清洗機(jī)；按被清洗軸承成品及零部件的外徑不同，可分為小型軸承清洗機(jī)、中型軸承清洗機(jī)和大型軸承清洗機(jī)；按清洗方式不同，可分為通過(guò)式清洗機(jī)、一體式清洗機(jī)、多槽式清洗機(jī)和組合式清洗機(jī)。

4.2 典型應(yīng)用

4.2.1 通過(guò)式碳?xì)淝逑丛O(shè)備

通過(guò)式清洗目前在軸承清洗行業(yè)中應(yīng)用較為普遍，常用輸送鏈、輥?zhàn)印鈩?dòng)或液壓輸送以及機(jī)械手輸送等，進(jìn)行流水線(xiàn)式清洗作業(yè)。此類(lèi)清洗設(shè)備的應(yīng)用非常靈活，可以根據(jù)軸承被清洗污物的多少及種類(lèi)確定不同的清洗工藝，清洗效率較高，適合用于大批量生產(chǎn)，但設(shè)備占地面積較大。

氣動(dòng)裝置輸送軸承的通過(guò)式清洗機(jī)的清洗工藝為：退磁→粗噴淋→超聲波清洗→精噴淋→空氣吹干→熱風(fēng)烘干［8］。而新研制的通過(guò)式清洗機(jī)，其采用輸送鏈帶動(dòng)軸承通過(guò)清洗機(jī)，清洗工藝為：退磁→超聲波清洗→粗噴淋→精噴淋→空氣吹干→下料。

4.2.2 多槽式碳?xì)淝逑丛O(shè)備

為應(yīng)對(duì)風(fēng)電軸承對(duì)潔凈度的更高要求，發(fā)揮碳?xì)淝逑磩庀嗲逑春驼婵崭稍锏膬?yōu)勢(shì)，研制了三槽式真空干燥清洗機(jī)，專(zhuān)門(mén)用于風(fēng)電軸承的清洗。該設(shè)備采用超聲清洗→搖動(dòng)漂洗→真空干燥的清洗工藝。超聲清洗采用真空脫氣技術(shù)，對(duì)超聲清洗儲(chǔ)液槽進(jìn)行脫氣處理，減少清洗液中氣體含量，增強(qiáng)超聲清洗的效果；本機(jī)接蒸餾機(jī)，對(duì)碳?xì)淝逑匆哼M(jìn)行蒸餾，完成氣相清洗和真空干燥，實(shí)時(shí)蒸餾清洗液又可循環(huán)使用。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著碳?xì)淝逑醇夹g(shù)與設(shè)備發(fā)展的不斷深入，現(xiàn)有的成熟技術(shù)與設(shè)備將在相關(guān)行業(yè)得到推廣應(yīng)用。碳?xì)淝逑醇夹g(shù)在軸承行業(yè)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)主要為：

（1）碳?xì)淝逑磩┫啾葌鹘y(tǒng)清洗劑在清洗能力、環(huán)保性等各個(gè)方面都具有優(yōu)勢(shì)，干燥效果和干燥效率也優(yōu)于煤油和水基清洗劑。

（2）碳?xì)淝逑磩?duì)軸承的各種污物均有很好的清洗能力，適合用于軸承的精密和超精密清洗。

（3）碳?xì)淝逑垂に嚨倪x擇較為靈活，可以根據(jù)不同的軸承清潔度要求和清洗效率的要求選擇合適的清洗工藝，從而降低設(shè)備的投入成本。

（4）碳?xì)淝逑磩┑目芍貜?fù)回收性是其他清洗劑所不具有的。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，碳?xì)淝逑磩┧鶐?lái)的潛在經(jīng)濟(jì)效益也是其他清洗劑所無(wú)法比擬的。

（5）碳?xì)淝逑磩┐嬖诳扇夹缘热秉c(diǎn)，但通過(guò)對(duì)清洗設(shè)備的改進(jìn)可以得到解決。