CN103406304B - 一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件的方法，包括：把含有微孔和/或狭缝的精密零部件固定好推入清洗釜中的步骤；在清洗釜中边超临界二氧化碳清洗边超声波清洗的步骤；清洗混合物分离的步骤及分离后的超临界二氧化碳进行循环利用的步骤；用超临界二氧化碳冲洗清洗釜内清洗液体并泄压排污的步骤；把清洗好的含有微孔和/或狭缝的精密零部件退出于清洗釜并卸载下的步骤。本发明以超临界二氧化碳流体作为清洗介质，超声波空化振荡作用辅助其清洗，清洗前通过料框及磁力驱动装置装夹精密零部件，在清洗时超临界二氧化碳和超声波联合作用更容易清洗微孔及狭缝的精密零部件，同时改变分离器的压力值，可轻易分离出污物。
Description
技术领域
本发明涉及含微孔及狭缝的精密零部件清洗技术，具体地说是一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件的方法。
背景技术
目前，超声波清洗、喷射清洗等传统清洗方法对传统零部件已能进行较好清洗，但由于传统清洗介质都具有较大表面张力，受毛细作用力影响，不能进入精密零部件的微孔及狭缝内部对其进行有效清洗，进而影响了精密零部件的加工和使用。而超临界二氧化碳表面张力近似为零，能够克服毛细作用力，深入到精密零部件的微孔及狭缝内部，对其进行有效清洗，同时超临界流体的强溶解性、高扩散性可保证清洗效果，从根本上避免污水的产生。通过将超声波清洗的振荡作用辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件，两者的清洗特性相结合，使超临界二氧化碳清洗效果有了很大的提高，尤其是对微孔及狭缝的精密零部件清洗的效果更明显。
中国专利文献CN1320966C公开了一种清洗方法及清洗装置，用于清洗具有凹部构造的部件，去除附着于凹部表面的污屑，但对于精密零部件的微孔及狭缝没有较好的清洗效果。专利文献CN1990126A公开了一种超临界二氧化碳清洗系统与方法，主要对晶圆或元件清洗，而无法对其他零部件进行清洗。专利文献CN201720215U公开了一种盲孔内螺纹无屑清洗装置，只是单一使用超声波清洗。总之，超声波辅助超临界二氧化碳清洗具有良好应用前景。
有鉴于此，针对上述问题，提出一种设计合理且有效改善上述缺失的超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件的方法，可以克服精密零部件的微孔及狭缝的毛细作用力的影响，内部废屑不易排出的问题，并且环保无污染。
为了达成上述目的，本发明采用了如下技术方案，一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件的方法，其步骤包括：
把含有微孔和/或狭缝的精密零部件固定好推入清洗釜中的步骤；
在清洗釜中边超临界二氧化碳清洗边超声波清洗的步骤；
清洗混合物分离的步骤及分离后的超临界二氧化碳进行循环利用的步骤；
用超临界二氧化碳冲洗清洗釜内清洗液体并泄压排污的步骤；
把清洗好的含有微孔和/或狭缝的精密零部件退出于清洗釜并卸载下的步骤。
所述把含有微孔和/或狭缝的精密零部件固定好推入清洗釜中的步骤，具体表现为，把含有微孔及狭缝的精密零部件装入料筐，使用夹具固定精密零部件，将其推入清洗釜中，使料框与磁力驱动器的驱动轴相连接，安装封头；所述精密零部件的微孔直径为5mm以下，深径比大于8。
所述在清洗釜中边超临界二氧化碳清洗边超声波清洗的步骤；具体表现为，打开制冷系统，待制冷温度为-20～0℃后，打开二氧化碳钢瓶和阀门，二氧化碳通过管道进入净化罐，二氧化碳流量为20～1000L/h；打开高压泵和加热系统，当管道中二氧化碳达到压力为7.5～100MPa，温度为32～120℃后，二氧化碳便处于超临界状态；缓慢打开阀门，超临界二氧化碳进入喷嘴对精密零部件表面吹洗，同时通过磁力驱动装置让料筐旋转起来；5～20min后，将超声波换能器打开，超声波换能器的功率密度为0.3～2W/cm2，频率为10～60kHz，边超临界二氧化碳清洗边超声波清洗，同时带有喷嘴冲击清洗。
所述制冷系统的制冷温度为-10～-5℃，二氧化碳流量为50～100L/h，超临界二氧化碳所处的压力为20～30MPa，温度范围为50～60℃。
所述超声波换能器打开之前的时间为10～15min，超声波换能器的功率密度为0.5～1W/cm2，最优频率为19～22kHz。
所述清洗混合物分离的步骤及分离后的超临界二氧化碳进行循环利用的步骤，具体表现为，从清洗釜出来的清洗混合物经过背压阀进入分离器，调整分离器的压力值小于7.5MPa，使污物与超临界二氧化碳分离；二氧化碳经阀门由制冷系统冷凝成液态，经高压泵进行循环使用。
所述用超临界二氧化碳冲洗清洗釜内清洗液体并泄压排污的步骤，具体表现为，超声波换能器作用时间5～120min后，关闭超声波换能器，用超临界二氧化碳冲洗清洗釜中的清洗液体2～15min，关闭阀门；打开放空阀泄压。
所述超声波换能器作用时间为30～60min，超临界二氧化碳冲洗时间为5～10min。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明主要用于高端液压件、持续动力换挡变速箱（HVT）等精密零件清洗，以超临界二氧化碳流体作为清洗介质，超声波空化振荡作用辅助其清洗，清洗前通过料框及磁力驱动装置装夹精密零部件，在清洗时超临界二氧化碳和超声波联合作用更容易清洗微孔及狭缝的精密零部件，同时改变分离器的压力值，可轻易分离出污物。
其中分离器中的二氧化碳还可回收利用，避免二氧化碳的浪费；声波强化振荡可显著提高清洗效果，较小工作压力的超临界二氧化碳仍有良好清洗效果，使压力容器制造成本降低；超临界二氧化碳的表面张力小、强溶解性、高扩散性能更好的清洗微孔及狭缝的精密零部件，避免水资源浪费，化学试剂污染环境保证精密零部件的加工和使用性能。因此本发明具有良好的应用前景。
附图说明
附图1是本发明的一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件的方法所使用到的清洗装置的结构示意图。
具体实施方式
有关本发明的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而附图仅提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。
实施例1：
参照附图1，一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件方法，其步骤包括：
a、把微孔直径3mm，深径比为12的精密零部件装入料筐，使用夹具固定精密零部件，将其推入清洗釜5中，使料框与磁力驱动器的驱动轴相连接，安装封头；
b、打开制冷系统2，制冷温度为-20℃时，打开二氧化碳钢瓶1和阀门15，二氧化碳的流量为20L/h,二氧化碳通过管道进入净化罐14；打开高压泵13和加热系统12，当管道中二氧化碳压力为7.5MPa，温度为32℃后，二氧化碳便处于超临界状态；缓慢打开阀门3，超临界二氧化碳进入喷嘴对精密零部件表面吹洗，同时通过磁力驱动装置让料筐旋转起来；5min后，将功率密度为0.3W/cm2，频率为10kHz的超声波换能器11打开，边超临界二氧化碳清洗边超声波清洗，以及喷嘴冲击清洗；
c、从清洗釜5出来的混合物经过背压阀9进入分离器8，调整分离器8压力为4MPa，使污物与超临界二氧化碳分离；二氧化碳经阀门7由制冷系统2冷凝成液态，经高压泵13进行循环使用；
d、超声波换能器11工作5min后关闭，用超临界二氧化碳置换清洗釜5中的清洗液体2min后，关闭阀门3；打开放空阀6泄压；
e、把清洗好的含有微孔和/或狭缝的精密零部件退出于清洗釜后卸载精密零部件，清洗结束。
经过上述步骤的清洗，精密零部件的清洗效果优于传统的超声波清洗和传统的超临界二氧化碳清洗。
实施例2：
参照附图1，一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件方法，其步骤包括：
a、把微孔直径4mm，深径比为9的精密零部件装入料筐，使用夹具固定精密零部件，将其推入清洗釜5中，使料框与磁力驱动器的驱动轴相连接，安装封头；
b、打开制冷系统2，制冷温度为0℃时，打开二氧化碳钢瓶1和阀门15，二氧化碳的流量为1000L/h,二氧化碳通过管道进入净化罐14；打开高压泵13和加热系统12，当管道中二氧化碳压力为100MPa，温度为120℃后，二氧化碳便处于超临界状态；缓慢打开阀门3，超临界二氧化碳进入喷嘴对精密零部件表面吹洗，同时通过磁力驱动装置让料筐旋转起来；20min后，将功率密度为2W/cm2，频率为60kHz的超声波换能器11打开，边超临界二氧化碳清洗边超声波清洗，以及喷嘴冲击清洗；
c、从清洗釜5出来的混合物经过背压阀9进入分离器8，调整分离器8压力为7MPa，使污物与超临界二氧化碳分离；二氧化碳经阀门7由制冷系统2冷凝成液态，经高压泵13进行循环使用；
d、超声波换能器11工作120min后关闭，用超临界二氧化碳置换清洗釜5中的清洗液体15min后，关闭阀门3；打开放空阀6泄压；
e、把清洗好的含有微孔和/或狭缝的精密零部件退出于清洗釜后卸载精密零部件，清洗结束。
经过上述步骤的清洗，精密零部件的清洗效果优于传统的超声波清洗和传统的超临界二氧化碳清洗。
实施例3：
参照附图1，一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件方法，其步骤包括：
a、把微孔直径4mm，深径比为9的精密零部件装入料筐，使用夹具固定精密零部件，将其推入清洗釜5中，使料框与磁力驱动器的驱动轴相连接，安装封头；
b、打开制冷系统2，制冷温度为-10℃时，打开二氧化碳钢瓶1和阀门15，二氧化碳的流量为50L/h,二氧化碳通过管道进入净化罐14；打开高压泵13和加热系统12，当管道中二氧化碳压力为20MPa，温度为50℃后，二氧化碳便处于超临界状态；缓慢打开阀门3，超临界二氧化碳进入喷嘴对精密零部件表面吹洗，同时通过磁力驱动装置让料筐旋转起来；10min后，将功率密度为0.5W/cm2，频率为19kHz的超声波换能器11打开，边超临界二氧化碳清洗边超声波清洗，以及喷嘴冲击清洗；
c、从清洗釜5出来的混合物经过背压阀9进入分离器8，调整分离器8压力为7MPa，使污物与超临界二氧化碳分离；二氧化碳经阀门7由制冷系统2冷凝成液态，经高压泵13进行循环使用；
d、超声波换能器11工作30min后关闭，用超临界二氧化碳置换清洗釜5中的清洗液体5min后，关闭阀门3；打开放空阀6泄压；
e、把清洗好的含有微孔和/或狭缝的精密零部件退出于清洗釜后卸载精密零部件，清洗结束。
经过上述步骤的清洗，精密零部件的清洗效果优于传统的超声波清洗和传统的超临界二氧化碳清洗。
实施例4：
参照附图1，一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件方法，其步骤包括：
a、把微孔直径3mm，深径比为12的精密零部件装入料筐，使用夹具固定精密零部件，将其推入清洗釜5中，使料框与磁力驱动器的驱动轴相连接，安装封头；
b、打开制冷系统2，制冷温度为-5℃时，打开二氧化碳钢瓶1和阀门15，二氧化碳的流量为100L/h，二氧化碳通过管道进入净化罐14；打开高压泵13和加热系统12，当管道中二氧化碳压力为30MPa，温度为60℃后，二氧化碳便处于超临界状态；缓慢打开阀门3，超临界二氧化碳进入喷嘴对精密零部件表面吹洗，同时通过磁力驱动装置让料筐旋转起来；20min后，将功率密度为1W/cm2、频率为22kHz的超声波换能器11打开，边超临界二氧化碳清洗边超声波清洗，以及喷嘴冲击清洗；
c、从清洗釜5出来的混合物经过背压阀9进入分离器8，调整分离器8压力为6MPa，使污物与超临界二氧化碳分离；二氧化碳经阀门7由制冷系统2冷凝成液态，经高压泵13进行循环使用；
d、超声波换能器11工作60min后关闭，用超临界二氧化碳置换清洗釜5中的清洗液体10min后，关闭阀门3；打开放空阀6泄压；
e、把清洗好的含有微孔和/或狭缝的精密零部件退出于清洗釜后卸载精密零部件，清洗结束。
经过上述步骤的清洗，精密零部件的清洗效果优于传统的超声波清洗和传统的超临界二氧化碳清洗。
实施例5：
a、把微孔直径2mm，深径比为11的精密零部件装入料筐，使用夹具固定精密零部件，将其推入清洗釜5中，使料框与磁力驱动器的驱动轴相连接，安装封头；
b、打开制冷系统2，制冷温度为-7.5℃时，打开二氧化碳钢瓶1和阀门15，二氧化碳的流量为75L/h，二氧化碳通过管道进入净化罐14；打开高压泵13和加热系统12，当管道中二氧化碳压力为25MPa，温度为55℃后，二氧化碳便处于超临界状态；缓慢打开阀门3，超临界二氧化碳进入喷嘴对精密零部件表面吹洗，同时通过磁力驱动装置让料筐旋转起来；10min后，将功率密度为0.75W/cm2、频率为20kHz的超声波换能器11打开，边超临界二氧化碳清洗边超声波清洗，以及喷嘴冲击清洗；
c、从清洗釜5出来的混合物经过背压阀9进入分离器8，调整分离器8压力为4MPa，使污物与超临界二氧化碳分离；二氧化碳经阀门7由制冷系统2冷凝成液态，经高压泵13进行循环使用；
d、超声波换能器11工作45min后关闭，用超临界二氧化碳置换清洗釜5中的清洗液体7.5min后，关闭阀门3；打开放空阀6泄压；
e、把清洗好的含有微孔和/或狭缝的精密零部件退出于清洗釜后卸载精密零部件，清洗结束。
经过上述步骤的清洗，精密零部件的清洗效果优于传统的超声波清洗和传统的超临界二氧化碳清洗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，非用以限定本发明的专利范围，其他运用本发明的专利精神的等效变化，均应俱属本发明的专利范围。
Claims (1)
1.一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件的方法，其步骤包括：
把含有微孔和/或狭缝的精密零部件固定好推入清洗釜中的步骤；
在清洗釜中边超临界二氧化碳清洗边超声波清洗的步骤；
清洗混合物分离的步骤及分离后的超临界二氧化碳进行循环利用的步骤；
用超临界二氧化碳冲洗清洗釜内清洗液体并泄压排污的步骤；
把清洗好的含有微孔和/或狭缝的精密零部件退出于清洗釜并卸载下的步骤；
所述把含有微孔和/或狭缝的精密零部件固定好推入清洗釜中的步骤，具体表现为，把含有微孔及狭缝的精密零部件装入料筐，使用夹具固定精密零部件，将其推入清洗釜中，使料框与磁力驱动器的驱动轴相连接，安装封头；所述精密零部件的微孔直径为5mm以下，深径比大于8；所述在清洗釜中边超临界二氧化碳清洗边超声波清洗的步骤；具体表现为，打开制冷系统，待制冷温度为-20～0℃后，打开二氧化碳钢瓶和阀门，二氧化碳通过管道进入净化罐，二氧化碳流量为20～1000L/h；打开高压泵和加热系统，当管道中二氧化碳达到压力为7.5～100MPa，温度为32～120℃后，二氧化碳便处于超临界状态；缓慢打开阀门，超临界二氧化碳进入喷嘴对精密零部件表面吹洗，同时通过磁力驱动装置让料筐旋转起来；5～20min后，将超声波换能器打开，超声波换能器的功率密度为0.3～2W/cm2，频率为10～60kHz，边超临界二氧化碳清洗边超声波清洗，同时带有喷嘴冲击清洗。
2．根据权利要求1所述的一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件的方法，其特征在于，所述制冷系统的制冷温度为-10～-5℃，二氧化碳流量为50～100L/h，超临界二氧化碳所处的压力为20～30MPa，温度范围为50～60℃。
3．根据权利要求1所述的一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件的方法，其特征在于，所述超声波换能器打开之前的时间为10～15min，超声波换能器的功率密度为0.5～1W/cm2，最优频率为19～22kHz。
4．根据权利要求1所述的一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件的方法，其特征在于，所述清洗混合物分离的步骤及分离后的超临界二氧化碳进行循环利用的步骤，具体表现为，从清洗釜出来的清洗混合物经过背压阀进入分离器，调整分离器的压力值小于7.5MPa，使污物与超临界二氧化碳分离；二氧化碳经阀门由制冷系统冷凝成液态，经高压泵进行循环使用。
5．根据权利要求1所述的一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件的方法，其特征在于，所述用超临界二氧化碳冲洗清洗釜内清洗液体并泄压排污的步骤，具体表现为，超声波换能器作用时间5～120min后，关闭超声波换能器，用超临界二氧化碳冲洗清洗釜中的清洗液体2～15min，关闭阀门；打开放空阀泄压。
6．根据权利要求5所述的一种超声波辅助超临界二氧化碳清洗精密零部件的方法，其特征在于，所述超声波换能器作用时间为30～60min，超临界二氧化碳冲洗时间为5～10min。
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