【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 在最佳點(diǎn)附近。對(duì)于不同的溶劑最佳的清洗溫度也不同。對(duì)于水來(lái)講，當(dāng)水溫達(dá)到水沸點(diǎn)時(shí)，產(chǎn)生氣泡，會(huì)對(duì)聲波有阻抗，使清洗效果下降，清洗液的最佳點(diǎn)在 60℃ 左右。本次設(shè)計(jì)的清洗機(jī)規(guī)定清洗液的溫度即為 60℃ 。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 （ 6）影響超聲清洗效果的其它因素 清洗液的流動(dòng)速度對(duì)超聲清洗效果也有很大影響。 最好是在清洗過(guò)程中液體靜止不流動(dòng)，這時(shí)泡的生長(zhǎng)和閉合運(yùn)動(dòng)能夠充分完成。如果清洗液的流速過(guò)快，則有些空化核會(huì)被流動(dòng)的液體帶走有些空化核則在沒(méi)有達(dá)到生長(zhǎng)閉合運(yùn)動(dòng)整過(guò)程時(shí)就離開(kāi)聲場(chǎng)，因而使總的空化強(qiáng)度降低。在實(shí)際清洗過(guò)程中有時(shí)為避免污物重新粘附在清洗件上，清洗液需要不斷流動(dòng)更新，此時(shí)應(yīng)注意清洗液的流動(dòng)速度不能過(guò)快，以免降低清洗效果。 被清洗件的聲學(xué)特性和在清洗槽中的排列對(duì)清洗效果也有較大的影響。吸聲大的清洗件，如橡膠，布料等清洗效果差，而對(duì)聲反射強(qiáng)的清洗件，如金屬件，玻璃制品的清洗效果好。清洗件面積小的一面應(yīng)朝聲源排放，排列要有一定的間距。清洗件不能直接放在清洗槽底部，尤其是較重的清洗 件．以免影槽底板的振動(dòng)，也避免清洗件擦傷底板而加速空化腐蝕。清洗件最好是懸掛在槽中，或用金屬羅筐盛好懸掛。但須注意要用金屬絲做成，并盡可能用細(xì)絲做咸空格較大的筐，以減少聲的吸收和屏蔽。清洗液中氣體的含量對(duì)超聲波清洗效果也有影響。在清洗液中如果有殘存氣體 (非空化核 )會(huì)增加聲傳播損失，此外在空化泡運(yùn)動(dòng)過(guò)程中擴(kuò)散到泡中的氣體，在空化泡崩潰時(shí)會(huì)降低沖擊波強(qiáng)度而削弱清洗作用。因此有些超聲清洗設(shè)備具有除氣功能，在開(kāi)機(jī)時(shí)先進(jìn)行低于空化閾值的功率水平作振動(dòng)，以脈沖或間歇方式振動(dòng)進(jìn)行除氣。然后功率加到正常清洗的功率水平進(jìn)行超 聲清洗；有些超聲清洗設(shè)備附有抽氣裝置 （ 所謂真空脫氣 )，其目的同樣是減少清洗液中的殘存氣體。 駐波的影響。清洗槽是有限空間，超聲波由聲源向液面?zhèn)鞑r(shí)。在液體和氣體的交界面會(huì)反射回來(lái)而形成駐波，駐波的特征是在液體空間的某些地方聲壓最小，而在另外一些地方聲壓最大，這樣會(huì)造成清洗不均勻的現(xiàn)象。要減少駐波的影響，有時(shí)清洗槽特意做成 不規(guī)則的形狀以避免駐波的形成，有時(shí)在超聲電源方面采取掃頻的工方式，使聲壓最小處不固定在一個(gè)地方而是不斷地移動(dòng)．以達(dá)到較均勻的清洗。 超聲波清洗形式的影響。超聲波清洗形式是針對(duì)清洗對(duì)象來(lái)確定 的。 槽內(nèi)清洗式 ： 它是將被清洗對(duì)象浸入盛有清洗液的超聲波清洗槽內(nèi)，由超聲波換能器產(chǎn)生的超聲振動(dòng)傳至清洗液內(nèi)進(jìn)行清洗。適于中小型制件。 局部清洗式 ： 它有兩種方式，一種是將制件局部依次浸入清洗液中進(jìn)行清洗，直至全部洗遍。另一種是根據(jù)大型制件的形狀和局部清洗的部位要求，將超聲波換能器設(shè)計(jì)成特殊形狀的專(zhuān)用超聲波清洗機(jī)進(jìn)行清洗，適于外形尺寸及重量方而對(duì)清洗槽來(lái)說(shuō)均較大的制件。 分槽清洗式 ： 就是采用幾種不同的清洗液分槽依次清洗，亦可與其它清洗方法配合清洗。如，先用加熱浸洗，再用超聲波清洗。此方法適 于清潔度要求高的制件。 超聲波清洗的時(shí)間 超聲波清洗的效果和質(zhì)量與清洗時(shí)間有關(guān)，時(shí)間太短達(dá)不到清洗的質(zhì)量要求，時(shí)間太長(zhǎng)不但效率低，同時(shí)還會(huì)發(fā)生 空化腐蝕影響制件的表面質(zhì)量。形狀復(fù)雜、污物嚴(yán)重的制件，清洗時(shí)間宜長(zhǎng) — 些，反之短一些，具體清洗時(shí)間的確定須經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)而定。 超聲波清洗的特點(diǎn) （ 1）超聲波清洗機(jī)理 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 超聲波清洗可達(dá)到比較理想的清洗效果，這點(diǎn)可從它的清洗機(jī)理來(lái)解釋。 超聲波的發(fā)源是從聲頻方面開(kāi)始的。 超聲波清洗機(jī)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)超聲振動(dòng)的能源，它是由超聲波發(fā)生器和超聲波清洗器兩 大部份組成。超聲波發(fā)生器是一個(gè)產(chǎn)生超聲頻電訊號(hào)的功率源，它供給清洗器中的換能器工作時(shí)所必需的超聲頻電功率，換能器將這個(gè)超聲頻電功率轉(zhuǎn)換成超聲波能量，即將高頻電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，產(chǎn)生超聲振動(dòng)。清洗液在超聲振動(dòng)作用下出現(xiàn)稀疏、密集狀態(tài)，在密集狀態(tài)時(shí)液體受正壓力作用，在稀疏狀態(tài)時(shí)液體受拉力作用，即負(fù)壓力作用。清洗液在超聲振動(dòng)的作用下產(chǎn)生許多微氣泡，溶于液體中和附著在固體表面上。在稀疏狀態(tài)時(shí)氣泡增長(zhǎng)，并吸收液體中更多的氣泡，而當(dāng)密集狀態(tài)時(shí)氣泡縮小。在此過(guò)程中液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度是與逐漸縮小的氣泡半徑成反比。當(dāng)液體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng) 在氣泡閉合時(shí)突然停止，集中在微小容積內(nèi)的動(dòng)能就要迅速釋放出來(lái)，就會(huì)從閉合的氣泡中心向外傳播一個(gè)球形沖擊波，在這 —點(diǎn)上的壓力就有數(shù)千個(gè)大氣壓，即發(fā)生空化作用?？栈饔玫拇螖?shù)與超聲波頻率相同，如超聲波頻率為 80KHz，則空化作用將以每秒鐘 2萬(wàn)次的沖擊力轟擊物體表面。在這個(gè)壓力作用下，驅(qū)動(dòng)清洗液流入制件，足以使固體表面的污物被剝離，尤如 —把強(qiáng)有力的刷子將制件上各處臟物沖刷出來(lái)，特別是手不可及的盲孔、溝槽處污物也被沖洗干凈，這就是空化的侵蝕作用。同時(shí)，空化作用使液 ——液相界面互相加速，互相分散和在氣泡附近產(chǎn)生高速的 微沖流，使沾附在制件表面上的污物更易脫離掉，這分別是空化的乳化作用和攪拌作用。 （ 2）超聲換能器 在早期，超聲換能器的材料主要采用石英。在 60年代，為了滿足功率大，機(jī)械強(qiáng)度高的要求，同時(shí)也為了適于做成幾十千赫頻率范圍的換能器，大量采用了金屬磁致伸縮材料，而到了如今，則利用 PZT壓電陶瓷片的夾心式超聲換能器。由于其效率較高，價(jià)格較低，來(lái)源豐富，已大量發(fā)展應(yīng)用，基本上取代了其他換能器而占主導(dǎo)地位。在電功率發(fā)生器方面，早期大都采用電子管型的電功率放大器，但是到了目前，已經(jīng)發(fā)展采用一般晶體管型的，場(chǎng)效應(yīng)管型的 ，可控硅型的等各種新型電路，從而使這類(lèi)電發(fā)生器的效率更高，重量更輕，使用更方便。但目前的情況是，盡管一臺(tái)電功率發(fā)生器可以做到幾千瓦的量級(jí)，但是單個(gè)超聲換能器的容量一般仍只限于幾十瓦到上百瓦的范圍，對(duì)大功率超聲清洗設(shè)備來(lái)說(shuō)，只能由多個(gè)換能器聯(lián)合工作，有時(shí)很不方便，所以更大功率的超聲換能器的研究，發(fā)展，仍然是目前引起很多人重視的一個(gè)問(wèn)題，對(duì)于超聲換能器和電功率發(fā)生器的這種發(fā)展情況來(lái)說(shuō)，在其他一些超聲處理應(yīng)用項(xiàng)目中，例如，超聲焊接，超聲加工等等，似乎也經(jīng)歷著頗為雷同的過(guò)程。 ① 超聲換能器結(jié)構(gòu)的選擇 在低超聲頻段 (20—100KHz)，目前工業(yè)上絕大多數(shù)是采用單螺釘夾緊的夾心式壓電換能器 (復(fù)合換能器 )，結(jié)構(gòu)上的差別主要在于輻射體 (與不銹鋼板粘接的鋁塊 )的形狀，一種是錐體喇叭；另一種直棒形狀。如圖 和 所示。 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 圖 錐體喇叭形 圖 直棒形狀 較大的聲功率，而消耗在換能器上的電功率較少，因而換能器的發(fā)熱也低。當(dāng)輸入換能器的電功率相同時(shí)，由于喇叭輻射面的面積比棒狀換能器大，所以輻射面的聲強(qiáng)較低，與其粘 結(jié)的不銹鋼板表面空化腐蝕小。清洗槽 (或浸入式換能器）的壽命延長(zhǎng)。所以在一般情況下采用喇叭狀換能器較好，為進(jìn)一步提高聲輻射效率、展寬頻帶，采用半穿孔結(jié)構(gòu)的寬頻帶超聲清洗換能器，如圖 12 所示。這種換能器尤其在較高頻段（ 40KHz 以上），其優(yōu)點(diǎn)更為突出喇叭狀換能器的聲輻射效率比棒狀換能器高，即同樣的輸入電功率。在清洗槽中得到。因?yàn)樗梢韵魅鯔M向振動(dòng)所帶來(lái)的不良影響由于頻帶較寬，也有利于掃頻清洗。 圖 半穿孔結(jié)構(gòu)的寬頻帶超聲清洗換能器 ② 換能器在清洗槽中的分布及粘結(jié)問(wèn)題 一般選用功率強(qiáng)度每平方厘米低于 (按粘有換能器的鋼板面積計(jì)算 )。如果清洗槽較深，除槽底粘有換能器外，在槽壁上也應(yīng)考慮粘結(jié)換能器。換能器與清洗槽的粘結(jié)質(zhì)量對(duì)超聲清洗機(jī)整機(jī)的質(zhì)量影響很大．不但要粘牢，而且要求膠層均勻、不缺膠和不允許有裂縫，使超聲能量最大限度地向清洗液中傳輸，以提高整機(jī)效率和清洗效果。目前有些清洗設(shè)備為避免換能器從清洗槽上掉下來(lái)。采取螺釘加粘膠的固定方式，這種連接方式雖然換能器不會(huì)掉下來(lái)，但是存在 許多隱患。如果螺釘焊接質(zhì)量差，例如不垂直于不銹鋼全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 板表面，則膠層不均勻，甚至有裂痕或缺膠，能量傳輸會(huì)削弱；另一方面．如果焊接不好也會(huì)影響不銹鋼表面的平整，導(dǎo)致加速空化腐蝕，縮短使用壽命．判斷粘結(jié)質(zhì)量的方法之一，是在清洗槽裝水并開(kāi)機(jī)工作一段時(shí)間后，測(cè)量換能器的溫升。如果在眾多的換能器中某個(gè)換能器溫升特別快，則表明該換能器可能粘結(jié)不好．因?yàn)榇藭r(shí)聲輻射不好，電能量大部分消耗在換能器上而發(fā)熱。另一個(gè)方法是在小信號(hào)條件下逐個(gè)測(cè)量 換能器的電阻抗大小來(lái)判別粘結(jié)質(zhì)量。目前在超聲波清洗機(jī)的性能方面還存在一些模糊的認(rèn)識(shí)：認(rèn)為功 率越大，換能器數(shù)目越多．其性能越好，價(jià)值越高，甚至以此論價(jià)．這種認(rèn)識(shí)是不全面的．如上述，換能器布得過(guò)密，功率密度過(guò)大，不但清洗效果不好，而且槽底易空化腐蝕。另一方面，目前超聲 波清洗機(jī)商品所標(biāo)的功率大多是電功率而不是聲功率，如果所標(biāo)是指消耗工頻功率，則超聲波清洗機(jī)質(zhì)量的優(yōu)劣應(yīng)該由效率來(lái)判斷。如果效率低，在同樣清洗效果時(shí)則耗電大，反而增加了用戶的費(fèi)用。超聲清洗機(jī)的效率包括兩部分．一是超聲頻電源的效率．即輸入換能器的 高頻電功率與消耗工頻電功率之百分比；另一部分是電聲轉(zhuǎn)換效率，即進(jìn)入清洗液中的聲功率與輸入換能器 的電功率之百分比．目前我國(guó)在工業(yè)生產(chǎn)中還沒(méi)有一種簡(jiǎn)便的方法和設(shè)備來(lái)測(cè)量電聲轉(zhuǎn)換效率。各廠家所標(biāo)的超聲波清洗機(jī)的功率是含糊不清的，亟需有行業(yè)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)． 相比其他多種的清洗方式，超聲波清洗機(jī)顯示出了巨大的優(yōu)越性，尤其在專(zhuān)業(yè)化、集團(tuán)化的生產(chǎn)企業(yè)中，已逐漸用超聲波清洗機(jī)取代了傳統(tǒng)的浸洗、刷洗、壓力沖洗、振動(dòng)清洗和蒸氣清洗等工藝方法，超聲波清洗機(jī)的高效率和高清潔度，得益于其聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)產(chǎn)生的穿透性和空化沖擊疚，所以很容易將帶有復(fù)雜外形，內(nèi)腔和細(xì)空的零部件清洗干凈，對(duì)一般的除油、防銹、磷化等工藝過(guò)程，在超聲波作 用下只需兩三分鐘即可完成，其速度比傳統(tǒng)方法可提高幾倍，甚至幾十倍，清潔度也能達(dá)到高標(biāo)準(zhǔn)，這在許多對(duì)產(chǎn)品表面質(zhì)量和生產(chǎn)率要求較高的場(chǎng)合，更突出地顯示了用其它處理方法難以達(dá)到或不可取代的結(jié)果。 （ 3） 各種液相清洗方法的比較 目前，機(jī)械行業(yè)常見(jiàn)的液相清洗方法大致可分為：加熱進(jìn)入清洗，加壓噴淋清洗，毛刷清洗，超聲波清洗。 加熱進(jìn)入清洗，加壓噴淋清洗的清洗原理是利用液體在之間表面上的強(qiáng)制流動(dòng)沖走贓物的。而毛刷清洗則是通過(guò)毛刷制件表面揭揩擦玻璃贓物，液體帶走贓物來(lái)實(shí)現(xiàn)的。上述三種方法決可講經(jīng)各種加工下來(lái)的之間清晰的比較 干凈，但對(duì)于制件表面粘附力很強(qiáng)的污垢，微顆粒，研磨膏等雜質(zhì)則很難完全清洗干凈，對(duì)盲孔、窄溝槽、小孔處的污物清洗是困難的。而超聲波清洗對(duì)于上述問(wèn)題有著很好的解決。 表 21各種清洗方法效果比較 清洗方法 清洗后剩余污物（ %） 超聲波清洗法 人工刷子清洗法 8 液體強(qiáng)迫流動(dòng)法 70 全套設(shè)計(jì)（圖紙）請(qǐng)聯(lián)系 174320523 各專(zhuān)業(yè)都有 按清洗介質(zhì)分類(lèi)，可分為水劑清洗和油劑清洗兩大類(lèi)型，按清洗的方式分，可分為： ① 人工強(qiáng)制式：即將產(chǎn)品套入專(zhuān)用銷(xiāo)柱， 用人手把持，然后使柱銷(xiāo)旋轉(zhuǎn)，達(dá)到清洗要求，或者將產(chǎn)品放入專(zhuān)用槽中，使槽做上下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行清洗。 ② 機(jī)械強(qiáng)制式：即將產(chǎn)品套在專(zhuān)用鏈條上通過(guò)強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)，達(dá)到清洗的目的。 ③ 流動(dòng)旋轉(zhuǎn)式：即利用液體噴頭水柱沖向軸承一側(cè)，使其旋轉(zhuǎn)，然后再?zèng)_向另一側(cè)，進(jìn)行反向旋轉(zhuǎn)，達(dá)到清洗目的。 對(duì)于以上幾種清洗方式，均存在一個(gè)共同的缺點(diǎn)：就是在清洗中，清洗零件由于受到強(qiáng)制旋轉(zhuǎn)或受液體推動(dòng)的離心力的作用，產(chǎn)生相互的 “輾壓 ”作用，致使塵粒 “劃傷 ”零件的工作表面，降低產(chǎn)品壽命。 由上面的對(duì)比可以看出，超聲波清洗的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他清洗，所以超聲波清洗已成為了清洗行業(yè)的必然。 歸納其優(yōu)點(diǎn)如下： ① 清洗效果好，清潔度高且全部工件清潔度一致。 ② 清洗速度快，提高生產(chǎn)效率。 ③ 不須人手接觸清洗液，安全可靠。 ④ 對(duì)深孔、細(xì)縫和工件隱蔽處亦可清洗干凈。 ⑤ 節(jié)省溶劑、熱能、工作場(chǎng)地和人工等。 超聲波清洗技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展及現(xiàn)狀 利用超聲波清洗原理清洗制件，在國(guó)外五十年代初就開(kāi)始了，近些年有了飛躍的發(fā)展?，F(xiàn)在，登月火箭箱需用超聲 波清洗機(jī)清洗，名牌手表英鈉格的麥殼上專(zhuān)門(mén)注有“U—LTRASONIC”的字樣，用以說(shuō)明該廠的手表零件是經(jīng)過(guò)超聲波清洗處理后組裝的?？梢?jiàn)，國(guó)外對(duì)超聲波清洗給予了高度的重視。 我國(guó)在六十年代就掌握了超聲波清洗技術(shù)，但直到七十年代末才引起各個(gè)行業(yè)的高度重視。目前，很多廠家都引進(jìn)了國(guó)外的超聲波清洗設(shè)備和技術(shù)，國(guó)內(nèi)已開(kāi)始起步生產(chǎn)超聲波清洗機(jī)。 超聲波清洗在我國(guó)還是一門(mén)新興起的清洗工藝，應(yīng)用還不普遍，多數(shù)還限于小容量的格式清洗，適宜大批量、范圍廣、效率高的超聲波清洗機(jī)還不成熟。 從以上可以看出，我國(guó)已經(jīng)意識(shí) 到了超聲波清洗的必要性，也已開(kāi)始了相關(guān)研究。但是，就現(xiàn)況而言，不論是清洗的流程還是清洗機(jī)的種類(lèi)都相對(duì)貧乏。我們這次設(shè)計(jì)就是在原有的軌道式清洗機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，以期提高生產(chǎn)效率，促進(jìn)該行業(yè)的發(fā)展。 由于清洗對(duì)象品種較多，數(shù)量較少，清洗工藝多年來(lái)一直停留于手工作業(yè)。隨著工業(yè)向產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，手工作坊式的清洗方法從質(zhì)量到數(shù)量上都難于滿足生產(chǎn)實(shí)際的需要，因此采用能用于批量生產(chǎn)的自動(dòng)化清洗機(jī)的問(wèn)題就提到了議事日程。我們希望避開(kāi)廣泛采用的節(jié)拍式自動(dòng)清洗機(jī)模