超声波辅助超临界CO2清洗精密零部件设备设计

　　0 引言

　　清洗精密零部件中的切屑和油污是保证零件使用性能要求必不可少的，尤其是清洗复杂精密零部件中高深径比、微孔和狭缝结构的污染物。目前使用的精密零部件结构越来越复杂，对微孔及狭缝的洁净度要求提高，传统清洗方法中，由于清洗介质(主要为水溶液)黏度高和表面张力大，无法深入到精密零部件的微孔和狭缝中进行有效清洗，也就不能保证高深径比结构、微孔及狭缝的使用性能[1]。另外清洗介质中的酸碱物质会造成零件表面和结构的微变化，以致形成缺陷，常用的超声波清洗亦会造成损伤，从而影响精密零部件的使用性能。

　　传统清洗方法和设备中需要使用大量纯水，并添加化学试剂，清洗后产生大量废液造成环境污染和水浪费，清洗后还需干燥，过程复杂，经济成本高，因此传统清洗应用前景一般[2]。为了解决上述问题，以超临界二氧化碳(SC CO2)作为清洗介质，避免水的使用，辅助超声波振动清洗，既是现实清洗状况的需要， 也是精密零部件使用性能进步的要求。

　　1 清洗原理

　　超临界CO2是指温度高于31.2℃，压强高于7.38MPa 的CO2，此时处于超临界状态，因此超临界CO2既有液体的部分性质，也有气体的部分性质。 超临界CO2的溶解性与液态CO2的溶解性相似，扩散性与气体CO2的性质相接近，因此对精密零部件的污染物具有良好的溶解能力，以及对微孔和狭缝的渗透能力，并且它的溶解能力随着温度、压力的改变而改变。超临界CO2的黏度低，传质能力强，移动较快;它的较低的表面张力有利于清洗复杂精密零部件的盲孔、狭缝、微槽和高深径比的结构，而且不会对精密零部件造成损伤;CO2化学性质稳定、不污染、难燃烧、无毒和易回收循环利用。在清洗过程中不需使用水及化学添加剂，不需干燥过程，环保绿色无污染。

　　根据国外的研究[3-5]，磁力搅拌作用能够改善超临界CO2的清洗效果，因此在本清洗结构中，加入超声波振荡辅助作用和旋转搅拌作用，超声空化在零件表面产生的高速微射流可除去或削弱边界污层，增加搅拌作用，加速可溶性污物的溶解，强化清洗作用[6]。此外，超声振动在清洗液中引起质点较大的振动速度和加速度，亦使清洗件表面的污物受到激烈的冲击，实现对精密零部件的清洗。通过超声波辅助超临界CO2的清洗，可以提高清洗效率，缩短清洗时间。

　　2 清洗设备

　　2.1 清洗釜整体结构

　　图1为清洗釜整体结构示意图， 主要由筒体、内夹套、超声波换能器、料框、磁力驱动装置、封头、卡箍组成。清洗釜在清洗工件时，需要打开清洗釜的平盖封头加料和出料，进行间歇生产。为了提高生产效率，清洗釜平盖封头须设计成快开式结构，采用卡箍快开结构，如图1所示。