氣門挺桿復合清洗工藝研究

程偉然，傅 波，岳祺宇，李金龍

(1.四川大學 制造科學與工程學院，四川 成都 610065;2.北京泰拓精密清洗設備有限公司，北京 101100)

氣門挺桿復合清洗工藝研究

程偉然1，傅 波1，岳祺宇2，李金龍2

(1.四川大學 制造科學與工程學院，四川 成都 610065;2.北京泰拓精密清洗設備有限公司，北京 101100)

氣門挺桿是發動機進氣系統重要組成部件，清洗過的氣門挺桿必須達到很高的潔凈度，目前的清洗方法是通過單一的超聲清洗或者噴淋清洗工藝進行處理，并不能達到很好的清洗效果。為了達到規定潔凈度，本文研究了使用超聲噴流加噴淋復合清洗工藝。結果表明，復合清洗工藝能夠對氣門挺桿進行有效清洗，可達到污染顆粒直徑≤10 μm的潔凈度要求。由于在氣門挺桿結構上存在較深小孔，所以單一清洗工藝清洗效果不好，而復合清洗工藝則能對深孔進行有效的清洗。

氣門挺桿；超聲清洗；動態噴淋清洗；深孔；復合清洗

氣門挺桿是發動機進氣系統中的重要組成部件，結構如圖1所示，其和柱塞、單向閥和單向閥彈簧組成挺桿工作長度微調機構，能夠在發動機進氣以及排氣過程中自動調整氣門間隙，保持氣門工作正常而整個機構又沒有間隙存在，從而減少了零件之間的沖擊和噪聲[1]。由于氣門挺桿為精密零件，必須嚴格保證其清潔凈度(一般要求氣門挺桿經過清洗，其上粘附的污染顆粒的直徑≤10 μm)，因此必須合理規劃清洗工藝，以保證清洗質量。通常的清洗方法是利用單一的清洗工藝進行清洗，即使用超聲波清洗[2]，單一的清洗工藝效果并不理想。氣門挺桿為一端密封的環形薄壁件，對于環形薄壁零件，如盤管式燃氣冷卻器的清洗，已經有學者探討使用循環溶液清洗技術[3]，也有學者研究使用高壓噴淋清洗技術對機械零件進行清洗[4]。本文根據氣門挺桿的結構特殊性以及多種清洗方法的優勢，研究使用復合工藝進行清洗。

圖1 氣門挺桿結構剖視圖

1 試驗

1.1 試驗材料

試驗材料為某廠加工過的50個氣門挺桿，其外壁及內孔均粘附有較多的切削液。由于挺桿有較深內孔，加工中形成的切屑不容易被刀具帶出，從而粘附在內孔上；同時，在開放的車間環境中，還會粘附車間中的污染顆粒。清洗前的氣門挺桿如圖2和圖3所示。

圖2 清洗前的氣門挺桿 圖3 清洗前的氣門挺桿內孔

1.2 清洗劑的選擇

在工業生產中，不同廠家會選擇不同的清洗劑，主要為三氯乙烯、煤油、乙醇和弱堿性環保清洗劑。乙醇、三氯乙烯、煤油都是有機溶劑，能夠對油污進行有效的清洗，但這3種清洗劑都存在著弊端，乙醇易揮發易燃；三氯乙烯不能很好地生物降解，對環境污染比較大且有毒，對操作者會造成傷害；煤油屬于易燃液體，清洗過程中存在一定的安全隱患。弱堿性環保清洗劑成分中含有表面活性劑，表面活性劑是一種有機化合物，當其溶解在液體中時，能降低清洗液與污物間的表面張力，對污物有潤濕、滲透、分散和乳化增溶等清洗作用[5]，其清洗效果比較好，而且其無毒、無害、無刺激性，可完全生物降解，所以試驗選擇用RSB-105環保清洗劑。

1.3 測試分析

1.3.1 超聲波清洗原理

超聲波信號發生器產生>20 kHz的高頻電信號，通過換能器轉換成>2萬次/s的高頻機械振蕩，在清洗液(介質)中形成超聲波，以正壓和負壓高頻交替變化的方式在清洗液中疏密相間地向前輻射傳播，使清洗液中不斷產生無數微小氣泡并不斷破裂，氣泡破裂時可形成1 000個大氣壓以上的瞬間高壓，產生一連串的爆炸，并釋放出巨大能量，對周圍形成巨大沖擊，使工件表面及縫隙中的污垢迅速剝落，從而達到工件表面凈化的目的[6]。

1.3.2 清洗設備

復合清洗工藝中包含超聲清洗、噴淋清洗以及噴流清洗，與此相應的設備為超聲噴流雙功能清洗機、動態噴淋清洗機和噴流清洗機。

超聲噴流清洗機分為4大部分：超聲波清洗部分、噴流清洗部分、循環過濾系統和PLC控制系統，其結構如圖4所示。在清洗過程中，置于機器底部的超聲波信號發生器產生高頻振蕩信號，通過換能器轉換成高頻機械振蕩，對置于清洗液中的工件進行超聲清洗。機器內槽兩側設置有噴流管道，可在噴流泵的作用下，通過噴流管道上的噴流口噴射出高壓水流，使清洗液中形成紊流，對工件進行沖刷。清洗機帶有循環過濾系統，清洗過程中，始終對清洗液進行循環過濾，保證了清洗液體的清潔度，降低了使用成本。清洗機采用PLC可編程自動控制系統，可以在線監控整個清洗過程，能方便設定清洗工藝參數，其操作簡單、可靠。

圖4 超聲噴流清洗機的結構示意圖

動態噴淋清洗機主要由噴淋泵、噴淋管路、噴嘴、清洗槽、循環過濾系統、往復掃描移動機構、自動溫控系統和定時控制系統等組成。動態噴淋清洗機的結構如圖5所示，清洗內槽的底部設置有噴淋管，噴淋管上設置有噴頭，在噴淋泵的作用下，清洗液通過噴淋管，從噴嘴噴出3～4 MPa壓力的清洗液對工件清洗；同時，機器設有往復移動機構，滑動軸承在電動機軸的帶動下，在導軌上往復運動，實現對工件的無死角清洗。清洗機帶有循環過濾系統，清洗過程中，始終對清洗液進行循環過濾，保證了清洗液體的清潔度，降低了使用成本。清洗機采用PLC可編程自動控制系統，可以在線監控整個清洗過程，能方便設定清洗工藝參數，其操作簡單、可靠。

圖5 動態噴淋清洗機的結構示意圖

1.3.3 清洗工藝路線

在機械零件的清洗中，環保型清洗劑濃度一般配定為8%，因此試驗中確定使用8%的RSB-105清洗劑。根據工件的結構特點，確定了如下清洗工藝流程：超聲清洗→噴流清洗→噴淋清洗。

在電路板的清洗中，超聲時間設定為5 min，噴流時間設定為2 min，即能達到很好的清洗效果，而氣門挺桿屬于機加工零件，粘附油污較多，所以超聲時間設定為7 min，噴流時間設定為3 min；同時，將噴淋清洗設定為不同時間，以此確定合理清洗時間。

1.3.4 檢測分析

由于氣門挺桿要求清洗后其上粘附的顆粒物直徑≤10 μm，因此必須借助顯微鏡來對其進行觀察。確定的檢測方法如下：50個工件清洗烘干后，使用無水乙醇對工件清洗，使用中用定量紙對清洗過的無水乙醇進行過濾，這樣污染物便會附著在定量紙上，然后用顯微鏡對定量紙進行觀察，使用對角線測量的方法，即可測出污染物的直徑。

2 結果與討論

2.1 復合清洗結果

目測使用復合清洗工藝清洗過的氣門挺桿，外壁光亮，如圖6所示。用電子顯微鏡對挺桿內孔觀察顯示，內孔沒有顆粒狀雜質，如圖7所示。對清洗過的50個氣門挺桿進行檢測分析，當噴淋時間設定為10 min時，對污染物直徑檢測，如圖8所示。圖8中顯微鏡放大200倍，標尺的每一小格≤10 μm，圈中標注的是污染物，對比標尺發現，污染物直徑約10 μm，達到規定的潔凈度要求。

圖6 清洗后的氣門挺桿 圖7 清洗后的氣門挺桿內孔

圖8 放大鏡下污染物的觀察

在不同的噴淋時間下，清洗結果見表1。

表1 不同噴淋時間下復合清洗效果

2.2 結果分析

由于氣門挺桿結構上存在較深小孔，將挺桿放入清洗液過程中，挺桿內孔容易封存空氣，而由超聲清洗機理可知，凡是液體浸到空化產生的地方都有清洗作用，所以對于氣門挺桿，采用單一超聲清洗不能很好地清洗挺桿內孔，清洗效果受到影響。

在復合清洗工藝中，采用動態噴淋清洗機能夠對零件實現定位清洗，這樣高壓清洗液能夠很好地對挺桿內孔清洗，克服了采用單一超聲清洗的不足，達到很好的清洗效果。

為了防止工件在噴淋清洗過后遇到空氣再次氧化生銹，還需進行防銹處理，最終確定的氣門挺桿清洗工藝參數見表2。

表2 各工序參數表

3 結語

對于氣門挺桿，采用單一超聲清洗工藝清洗效果不好，主要原因是氣門挺桿存在較深內孔，孔內易積存空氣，而采用超聲噴流加噴淋復合清洗工藝，能夠很好的對挺桿內孔進行清洗，克服了采用單一超聲清洗工藝的不足。

改變復合清洗工藝中設定的時間可以有效清洗類似的含有較深孔的機械零件；同時，若被清洗的零件含有飛邊，可提高復合清洗工藝中的噴淋壓力，如果將3～4 MPa的中等壓力噴淋提升為6 MPa的高壓，不僅可以有效縮短清洗時間，還能夠除去飛邊，降低零件的表面粗糙度。

[1] 張瓚．液壓氣門挺桿常見故障及原因分析[J]．內燃機與動力裝置，2008(1)：53-55.

[2] 張春俠，彭引平．金屬零件清洗新工藝[J]．機械工程師，2001(7)：27-28.

[3 ] 高曉，陳國強，陳勇進．盤管式燃氣冷卻器清洗工藝與技術[J]．新技術新工藝，2013(9)：89-90.

[4] 沈豫鄂,李東湛.高壓噴淋在機械零件清洗中的應用[J].材料保護，2001(6)：52.

[5] 廖天生,李瑞蓮.皮帶輪清洗工藝研究[J].汽車科技，2002(4)：24-25.

[6] 馮若．超聲手冊[M]．南京：南京大學出版社，2007.

責任編輯李思文

ResearchonCompoundCleaningProcessonValveTappet

CHENG Weiran1，FU Bo1，YUE Qiyu2，LI Jinlong2

(1.College of Manufacturing Science and Engineering，Sichuan University， Chengdu 610065，China;2.Beijing Tietop Precision Cleaning Equipment Co., Ltd.，Beijing 101100, China)

Valve tappet is an important component part of engine air intake system, and the cleanliness need to achieve a high level. The existing ultrasonic cleaning process or spray cleaning process can’t achieve better cleaning results. In order to achieve required cleanliness, the compound cleaning process that combined ultrasonic cleaning with dynamic spray cleaning is used. The result shows that the compound cleaning process is effective to clean Valve tappet.The experiment achieves the required cleanliness that the diameter of pollutant must be below 10 μm. The single cleaning process can’t achieve good effect because of the presence of deep hole inside the Valve tappet. The diameter of the hole is also small, while the compound cleaning process can be effective to clean the deep hole.

valve tappet, ultrasonic cleaning, dynamic spray cleaning, deep hole, compound cleaning crafts

TG 174

:A

程偉然(1989-)，男，碩士研究生，主要從事超聲波以及超聲波應用機械開發等方面的研究。

2014-11-01