民用航空发动机轴承清洗技术研究

彭伟++李琳++梁霄

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.095

摘 要：轴承的清洗技术近年来快速发展，绿色、环保的清洁方式成为行业内发展的趋势。现代民用航空发动机轴承的清洗，必须从高起点进行发展，清洁、绿色、环保的清洗方式成为清洗技术发展的必然。本文论述了水基清洗剂、超声波清洗技术在轴承清洗中的运用，介绍了水基轴承清洗线的流程，相关设备的组成、功能及水基清洗剂的选取，投产前的工艺验证。

关键词：轴承 水基清洗剂 超声波清洗技术

中图分类号：V233.45 文献标识码：A 文章编号：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

航空發动机转子运转转速高，在减少发动机整机振动值，保证发动机安全、可靠的工作方面，轴承发挥着重要作用。清洁度是保证轴承质量的指标之一，清洁方式是达到清洁度标准的具体实施过程。航空发动机轴承属于高精密零件，对于高精密零件的清洁度，清洗对提高产品质量、增强产品的可靠性、延长产品使用寿命等方面的作用已逐渐地被人们所认识。轴承清洁度的高低直接影响轴承的工作运转环境，对提高航空发动机整机的安全可靠性意义重大。

在国内的军机行业，对于轴承清洗，普遍采用汽油进行人工刷洗这一传统方式，而在国外民机行业，轴承的清洗更多的是采用新型清洗方式，如超声波水基清洗。目前，中国大力发展民用航空发动机产业，关于轴承清洗，应该从更高的起点开始发展，因此，必须走新型清洗方式这条道路。

1 传统与新型清洗方式利弊对比

传统与新型清洗方式的利弊，可分别从清洗方式、清洗介质两方面进行分析对比。

1.1 清洗方式的对比

手工刷洗，通过用毛刷在轴承表面上的擦拭来剥离脏物，由液体带走脏物实现的，此方法虽然可以将轴承清洗得比较干净，但是对于轴承表面沾附力很强的油垢、微颗粒、研磨膏等杂质，则很难完全彻底清理干净，对于盲孔、缝隙、窄沟槽、小孔处的污物更是清洗不掉。

相比手工涮洗，超声波清洗技术作为一种新型的清洗工艺技术，在轴承行业受到越来越多的重视。超声波无孔不入，能清洗几何形状复杂的物体和各种有微孔、盲孔、窄缝等的零部件，超声波则具有如下几个优点。

（1）清洗质量好。采用超声波清洗技术，使轴承的清洁度得到提高，清洗效果好。

（2）效率高。超声波清洗机适于大批量生产，清洗速度快，节省了清洗时间。

（3）劳动强度低。超声波清洗能在生产线上一次性完成从内外环清洗到烘干的全过程，减少了中间环节、降低了劳动强度，减少了手工刷洗的体力劳动。

（4）成本低。超声波清洗机配有自动循环过滤装置，保证了清洗质量，延长了清洗液更换周期，既节省了清洗剂，又质量好、效率高，显然使成本降低。

1.2 清洗介质的对比

用汽油来清洗轴承，在航空发动机行业应用较为普遍。但是汽油挥发性极强、闪点极低（汽油的闪点：-10℃，煤油的闪点：38℃），因此在使用中存在较大的安全隐患（必须在有防爆措施的环境中使用）；由于汽油还具有较强的刺激，而清洗过程中操作者不可避免的直接接触皮肤，对使用者的健康也造成了较大的危害。

在汽油清洗轴承的过程中，会产生挥发，汽油挥发成蒸气后的体积扩展为原来的几十倍，当空气中汽油蒸气达到2%～7%时，遇到火花就会引起爆炸；汽油中含有的苯为致癌物，在生产环境中汽油以蒸气形式经呼吸道吸收，同时还会穿过人体表皮渗入到肉体，对人的身体健康危害较大。

用水基清洗剂配制的清洗液的清洗效果与油类清洗剂相当，但水基清洗剂对人体危害小，对周围的环境影响小，是绿色、环保的清洗方式，并且在国外民航业内有成熟的应用。

1.3 对比结论

基于以述两方面的对比分析，生产中需用汽油、煤油的替代溶剂来进行清洗轴承。而这种汽油、煤油的替代品不但要求闪点高，而且不能使金属零件产生腐蚀。经过广泛的调研，并参考国内外同行业的经验，认为水基清洗剂是一种很好的汽油、煤油的替代品。endprint

2 超声波水基清洗技术

2.1 技术原理

（1）水基清洗剂：所有表面活性剂分子同时含有亲油基团和亲水基团。清洗时，表面活性剂分子的亲油部分吸附在污垢上与其互溶，亲水部分则渗透到工件与污垢之间，使界面张力下降并通过乳化、增溶、分散，有效阻止了污物再凝结。借助超声波等物理作用，使污物脱离零件表面，分散到清洗液中，从而达到去污目的。

（2）超声波：空化作用是指液体分子激烈碰撞产生非常强大的冲击力，将被清洗物体表面的污物撞击下来。这些无数细小而密集的气泡破裂时产生冲击波的现象。超声波除了有空化作用，同时还有乳化、中和作用，能更有效防止被清洗掉的油污重新附着在被清洗物件上。

2.2 技术风险

水基清洗技术在国内航空系统内未能得到大量的应用，主要原因在于清洗环节易造成零件生锈。笔者认为，只要采用对常用金属材料无腐蚀、防锈性能优良的清洗剂，并研究其清洗前后配套工艺方法及适用的材料种类，水基清洗技术完全可用于航空发动机上精密零件的清洗。

2.3 技术重点

2.3.1 浓度比例问题

用水基型清洗剂与去离子水混合配制的清洗液在清洗不同类型发动机时，两者所占的比例是不同的。另外，配制好的清洗液必须满足不腐蚀发动机的零部件及有关表面涂层的要求。参考有关国外资料，并根据试验情况，确定用于航空发动机零件清洗的清洗液用航空特种表面水基清洗剂与去离子水混合配制而成，清洗液中溶剂浓度高低变化，对轴承最终的清洗效果有着直接的影响。经过试验过程，总结出清洗剂在清洗液中所占的比例为5%～10%，清洗效果、清洗成本都较好，从而达到一个平衡。

2.3.2 清洗剂选择问题

对水基清洗剂的选择问题，主要从如下几个方面进行考虑。（1）能有效地清除机件上的污垢、积炭和盐渍；（2）清洗液对涡喷发动机机件表面无超过规定的腐蚀；（3）清洗液本身易于保管、运输、储存。

3 技术运用

通过上述分析，可知超声波水基清洗技术可胜任航空发动机轴承的清洗。目前，我公司采购了一台全自动超声波轴承清洗机SC2641，清洗介质采用水基清洗剂，到目前为止，该设备运行良好。

3.1 设备组成

SC2641轴承清洗机，该设备上共有5个槽子，分别为超声波除油槽（1号槽）、喷淋槽（2号槽）、冷水漂洗槽（3号槽）、脱水油槽（4号槽）、防腐油槽（5号槽）。每个槽子的尺寸均为680mm×600mm×650mm，主体材料为SUS304不锈钢。该设备是全自动的，采用PLC可编程控制，可自动上料、退磁、自动换槽、自动下料等。设备的实物图，见图1。

3.2 清洗工艺路线

轴承的清洗工艺路线图，见图2。清洗前，先将轴承放到退磁机内进行退磁处理，退磁合格后，将待洗的轴承放入清洗篮筐，篮筐依次从1号槽、2号槽、3号槽、4号槽、5号槽进行清洗、处理，篮筐在每个槽位停留时间可在程序中直接设定，零件从进料、到出料全部实现自动化。

3.3 水基清洗剂的确定

3.3.1 清洗剂牌号的确定

水基清洗剂种类繁多，主要分为有机类和无机类，成份一般含有碱性清洁剂、防腐剂及润湿剂。国内外有多个厂商（如德国汉高、德国Chemetal等）提供不同牌号规格专门针对不同材质、不同污染物的清洗剂（如Ardrox 185L、Turco 4181L、Cee-Bee J-84AL等），不同的清洗剂，适用的对象也千差万别。对于航空发动机零部件，尤其是轴承，属于特殊的零部件，则应参照标准HB5226进行选取，并且通过标准HB5227规定的各项试验科目（腐蚀性试验、湿热试验、清洗能力试验、漂洗能力试验）、外观检查及pH值的检测后，方可选定出具体的针对性清洗剂牌号。

3.3.2 清洗液浓度的确定

从控制成本及漂洗、环保方面考虑，一般在达到清洁效果的同时尽量使用低浓度的清洗液，以试验数据为基础一般可从2.5%起开始使用，针对不同污染程度的零件，可适当提高浓度比例，但在可加温的设备中使用一般不超过10%。对于清洗剂来说，达到一定比例浓度后，对同样的污染物的清洗能力基本相同，但浓度的不断提高会给漂洗带来难度，如果设备漂洗的水量不足，则会因漂洗不净而使溶剂残留于零件表面，形成白斑，不仅影响外观，而且时间长了會对零件本身产生进一步腐蚀。

3.4 清洗工艺验证

对于科研阶段的型号发动机，轴承清洗工艺必须经过清洗工艺验证才可正式投产使用。

轴承清洗工艺定型前，选取3种不同的清洗剂，Ardrox 185L、Turco 4181L、Cee-Bee J-84AL，按照规定的浓度比例进行溶液配比，分别进行腐蚀性试验、湿热试验、清洗能力试验、漂洗能力试验等共4个试验科目。通过多轮反复的试验效果分析，对比三种清洗剂的清洗效果，形成最终的试验报告，并经资深专家评审通过后，正式纳入到公司的生产体系中，超声波水基清洗机才正式投产运营。

4 结语

尽管超声波水基清洗技术在国内的轴承清洗行业还处于摸索阶段，但是它以清洁、绿色、环保等优点必将成为未来轴承清洗技术发展的趋势。超声波水基清洗技术在轴承行业起步较晚，还有很多课题亟待研究开发，但它应用前景广泛，可以肯定的是，它在轴承零件的清洗中将发挥越来越重要的作用。

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