DQ380油泵壳高压水射流清洗技术研究

常安全，黄彬，蒋中秋

（南车戚墅堰机车车辆工艺研究所有限公司，江苏 常州 213011）

0 引 言

DQ380 油泵壳是汽车直接换挡变速器的关键零件，其清洁度直接影响直接换挡变速器的可靠性和使用寿命。由于其复杂的油路通道、厚薄不均的壁厚布局、型腔较多的结构特点及较高的尺寸精度要求和极高的清洁度质量要求，所以对清洗方式及工艺也提出了严格要求。

鉴于传统清洗方法的缺点与限制，针对DQ380 油泵壳零件较高的清洁度质量要求，结合产品结构特点和生产工艺流程，开展高压水射流清洗技术及工艺研究，以满足产品大批量生产条件下高清洁度质量要求。

1 油泵壳结构及质量要求

1.1 结构特点

材质为FC250，外形尺寸（长×宽×高）约160 mm×130 mm×120 mm。外表面为铸造面、精加工的平面和孔端面，内腔为精加工的平面、孔和铸造孔腔组合而成，具有复杂的油路通道、较多型腔和壁厚厚薄不均的结构特点。结构示意如图1 所示。

图1 油泵壳结构示意

图2 平面喷嘴－面清洗

图3 L 型喷嘴－内孔清洗

1.2 清洁度质量要求

内腔颗粒度≤0.3 mm；外表面颗粒度0.3～0.6 mm 的数量≤5 个，没有0.6 mm 以上的颗粒；颗粒总重量＜1.05 mg（内腔+外表面）。

2 油泵壳清洗技术现状

DQ380 油泵壳结构及内外表面形状复杂，其在装配前要经过铸造、孔和面的机械加工、清洗、干燥等工序。油泵壳铸造过程中复杂的型腔和孔腔表面会形成粘砂和毛刺等缺陷，机械加工后内外表面特别是孔腔内部会残留有难以去除的油污、碎屑和毛刺。

2.1 油泵壳清洗技术现状

常用的工业清洗方法主要有超声波法、水处理法、化学法、干冰法和饱和蒸汽法等，每种清洗方法都有其特点及各自适用领域［1］。目前对像油泵壳此类表面形状复杂且多孔腔零件的清洗工艺和清洗设备研究的不多，实际清洗过程中存在如下问题：

1）浸渍振动清洗时，因油泵壳表面上孔、腔数目较多且有的孔径较小，故在浸入清洗过程中，部分孔腔中的空气来不及排出，造成清洗液不能与这些孔腔的内表面充分接触，同时清洗液对工件表面的冲刷力也较小，从而导致清洗时不能完全清除工件表面及其上孔腔中的碎屑和油污［1］。如果延长浸泡和清洗时间或使用具有较强去污能力的有机清洗剂，则会降低效率或增加清洗成本。

2）超声波清洗时，因超声波能量传递的衰减原理，再加上波的折射和反射等影响因素，真正到达并进入工件孔、腔内的能量就很少，同时清洗液流动时产生的冲刷力也较小，从而会导致油泵壳零件孔、腔内的油污及碎屑不易清洗出，效果不理想。

3）低压喷淋清冼时，因压力较小，导致喷淋液流不能有效地对油泵壳孔、腔内有较强粘附力的油污和碎屑进行有效的剥离去除，清洗效果较差，同时去除毛刺的效果也较差。

4）油泵壳弯曲孔、腔内毛刺的去除比较困难，人工去除毛刺费时费力，自动化程度极低，严重影响生产效率，且质量极不稳定。为提高生产效率，需在工件清洗的同时去除毛刺，但是采用浸渍振动清洗、超声波清洗和低压喷淋清冼均不能满足产品质量要求。

2.2 高压水射流清洗技术发展及现状

高压水射流清洗技术是将携带高能的水射流喷射到被清洗物体（基体）上，使一种或多种材料（附着层）从另一种物体（基体）表面上脱离下来，完成清洗作业的技术。与传统的人工清洗、机械清洗、化学清洗等方法相比,具有效率高、无污染、综合费用低、节能、不腐蚀损伤基体，易于实现自动化和智能化控制等诸多优点，可清洗形状和结构复杂的零部件［2］。

鉴于国内多个专业清洗厂家对油泵壳清洗后清洁度检测结果均未满足要求，所以目前还没有能够满足批量生产和高清洁度质量要求的集清洗、去毛刺一体化的清洗设备。

3 油泵壳高压水射流清洗技术研究

油泵壳高压水射流清洗技术研究内容主要包含：1）确定清洗方式并制定清洗工艺流程；2）确定高压水射流清洗的压力、流量、喷嘴直径、靶距等主要技术参数。

3.1 清洗方式及工艺

鉴于高压水射流技术的清洗优点，根据油泵壳零件的结构特点和清洁度质量要求，清洗方式选用高压水射流清洗。清洗工艺分为表面清洗和内腔部位定位清洗，对应所用喷嘴为平面喷嘴和L 型喷嘴。由于平面喷嘴清洗时喷射出的高压水射流束覆盖面积限制，需要设定合理的清洗工艺路线，以便实现对外表面全方位的高效快速清洗；同时，内腔部位包含有深孔表面和多型腔复杂弯曲孔道表面，清洗时需要采用L 型喷嘴首先对应每个内腔部位进行定位，然后做圆周运动或同时做包含旋转和伸缩进给运动的定位清洗。

平面喷嘴进行表面清洗和L 型喷嘴进行内腔清洗的原理示意图如图2、图3 所示。

根据研制开发的五轴（X、Y、Z 轴移动，Z、A 轴旋转）联动高压水射流清洗专用设备，采用加工中心数控系统，具有自动更换喷嘴功能，清洗工艺路线如下：

1)表面清洗。通过定位夹持工件的A 轴0°、90°、180°、270°4 个旋转工位及平面清洗喷嘴沿X、Y、Z 三轴移动和同时沿Z 轴旋转，即可完成油泵壳零件表面的高压清洗作业。

2）内腔清洗。通过定位夹持工件的A 轴0°、90°、180°3 个旋转工位及L 型清洗喷嘴沿X、Y、Z 三轴移动，同时结合对应较大孔腔时Z 轴（即L 型喷嘴）旋转清洗和较小孔腔时Z 轴（即L 型喷嘴）定位清洗的设定程序，即可完成油泵壳零件内腔的高压清洗作业。图4、图5 分别为油泵壳工件单个工位表面清洗和内腔清洗的典型工艺路线。

图4 平面喷嘴面清洗工艺路线

3.2 主要技术参数

1）压力。清洗压力的大小直接影响清洗效果，需根据工件结构复杂程度、被清洗表面污物的粘附强度、工件毛刺的厚度和位置而定。油泵壳加工精度较高，毛刺厚度从几十微米到一百微米之间，根据文献［3］，确定清洗压力为35 MPa，则型腔和孔道表面上的粘砂和毛刺，机械加工过程中内外表面上的油脂油污、碎屑和毛刺均可以完全清洗去除。

图5 L 型喷嘴内腔清洗工艺路线

2）流量。流量的确定与清洗对象的大小、压力的大小、喷头是否要求旋转、工作内容等因素有关。由于表面清洗时清洗对象面积较大，喷头旋转，且为了提高清洗效率，故选用大流量，确定为35 L/min。内腔清洗为定位清洗，清洗对象面积小，喷头不旋转，故选用小流量，确定为20 L/min。

3）喷嘴直径。为保证高压水射流发生系统达到最佳工作状态，使清洗效果最好，喷嘴直径必须根据清洗时的射流压力和流量进行精确计算，其经验表达式为［4］：

式中：d 为喷嘴内径，mm；Q 为流量，L/min；P 为射流压力，MPa；n 为喷嘴孔数；μ 为喷嘴结构系数，0.6～0.7。

由于表面清洗喷嘴数有2 个，内腔清洗喷嘴数有4个，通过计算，并根据实际加工工艺要求及应用经验，确定平面清洗喷嘴和内腔清洗喷嘴的内径分别为1.5 mm和0.8 mm。

4）靶距。研究发现，存在一个最佳距离可使高压水射流清洗的效果达到最佳。根据实际应用经验，当靶距大小约为喷嘴直径的100 倍时，高压水射流对污物的打击作用最强，清洗效果也最好。故确定平面清洗和内腔清洗时的靶距分别为150 mm 和80 mm。

3.3 清洁度检测

采用上述确定的高压水射流清洗工艺路线及技术参数对DQ380 油泵壳零件进行高清洁度清洗后，经过GKem 公司的PCC-80S 零件清洁度检测设备检测，清洁度检测结果完全符合正规设计图样规定的清洁度质量要求。

4 结 论

技术研究和检测结果表明，高压水射流技术应用于DQ380 油泵壳清洗，较好地解决了产品零件的高清洁度质量要求问题。

目前高压水射流清洗技术正朝着高效、多功能、智能化、精细化方向发展，开展高压水射流高效应用机理及流体、数控、机器人等多方面综合技术研究，进行船舶、石油、铁路、工程机械、汽车等多领域应用的高压水射流清洗集成化专业设备的开发，将具有广泛的应用前景。

［1］ 都基旭.盲孔类零件超声波真空清洗的试验研究与应用［D］.大连：大连理工大学，2008.

［2］ 张佳福，高善兵，畅通，等.基于高压水射流清洗技术的研究［J］.机电产品开发与创新，2011，24（5）：24-26.

［3］ 家成昭重.水力喷射去毛刺［J］.工具技术，1994（11）：29-30.

［4］ 陈玉凡.高压水射流清洗机的选配分析［J］.清洗世界，2009，25（1）：1-6.