气门挺杆复合清洗工艺研究

程伟然，傅 波，岳祺宇，李金龙

(1.四川大学 制造科学与工程学院，四川 成都 610065;2.北京泰拓精密清洗设备有限公司，北京 101100)

气门挺杆复合清洗工艺研究

程伟然1，傅 波1，岳祺宇2，李金龙2

(1.四川大学 制造科学与工程学院，四川 成都 610065;2.北京泰拓精密清洗设备有限公司，北京 101100)

气门挺杆是发动机进气系统重要组成部件，清洗过的气门挺杆必须达到很高的洁净度，目前的清洗方法是通过单一的超声清洗或者喷淋清洗工艺进行处理，并不能达到很好的清洗效果。为了达到规定洁净度，本文研究了使用超声喷流加喷淋复合清洗工艺。结果表明，复合清洗工艺能够对气门挺杆进行有效清洗，可达到污染颗粒直径≤10 μm的洁净度要求。由于在气门挺杆结构上存在较深小孔，所以单一清洗工艺清洗效果不好，而复合清洗工艺则能对深孔进行有效的清洗。

气门挺杆；超声清洗；动态喷淋清洗；深孔；复合清洗

气门挺杆是发动机进气系统中的重要组成部件，结构如图1所示，其和柱塞、单向阀和单向阀弹簧组成挺杆工作长度微调机构，能够在发动机进气以及排气过程中自动调整气门间隙，保持气门工作正常而整个机构又没有间隙存在，从而减少了零件之间的冲击和噪声[1]。由于气门挺杆为精密零件，必须严格保证其清洁净度(一般要求气门挺杆经过清洗，其上粘附的污染颗粒的直径≤10 μm)，因此必须合理规划清洗工艺，以保证清洗质量。通常的清洗方法是利用单一的清洗工艺进行清洗，即使用超声波清洗[2]，单一的清洗工艺效果并不理想。气门挺杆为一端密封的环形薄壁件，对于环形薄壁零件，如盘管式燃气冷却器的清洗，已经有学者探讨使用循环溶液清洗技术[3]，也有学者研究使用高压喷淋清洗技术对机械零件进行清洗[4]。本文根据气门挺杆的结构特殊性以及多种清洗方法的优势，研究使用复合工艺进行清洗。

图1 气门挺杆结构剖视图

1 试验

1.1 试验材料

试验材料为某厂加工过的50个气门挺杆，其外壁及内孔均粘附有较多的切削液。由于挺杆有较深内孔，加工中形成的切屑不容易被刀具带出，从而粘附在内孔上；同时，在开放的车间环境中，还会粘附车间中的污染颗粒。清洗前的气门挺杆如图2和图3所示。

图2 清洗前的气门挺杆 图3 清洗前的气门挺杆内孔

1.2 清洗剂的选择

在工业生产中，不同厂家会选择不同的清洗剂，主要为三氯乙烯、煤油、乙醇和弱碱性环保清洗剂。乙醇、三氯乙烯、煤油都是有机溶剂，能够对油污进行有效的清洗，但这3种清洗剂都存在着弊端，乙醇易挥发易燃；三氯乙烯不能很好地生物降解，对环境污染比较大且有毒，对操作者会造成伤害；煤油属于易燃液体，清洗过程中存在一定的安全隐患。弱碱性环保清洗剂成分中含有表面活性剂，表面活性剂是一种有机化合物，当其溶解在液体中时，能降低清洗液与污物间的表面张力，对污物有润湿、渗透、分散和乳化增溶等清洗作用[5]，其清洗效果比较好，而且其无毒、无害、无刺激性，可完全生物降解，所以试验选择用RSB-105环保清洗剂。

1.3 测试分析

1.3.1 超声波清洗原理

超声波信号发生器产生>20 kHz的高频电信号，通过换能器转换成>2万次/s的高频机械振荡，在清洗液(介质)中形成超声波，以正压和负压高频交替变化的方式在清洗液中疏密相间地向前辐射传播，使清洗液中不断产生无数微小气泡并不断破裂，气泡破裂时可形成1 000个大气压以上的瞬间高压，产生一连串的爆炸，并释放出巨大能量，对周围形成巨大冲击，使工件表面及缝隙中的污垢迅速剥落，从而达到工件表面净化的目的[6]。

1.3.2 清洗设备

复合清洗工艺中包含超声清洗、喷淋清洗以及喷流清洗，与此相应的设备为超声喷流双功能清洗机、动态喷淋清洗机和喷流清洗机。

超声喷流清洗机分为4大部分：超声波清洗部分、喷流清洗部分、循环过滤系统和PLC控制系统，其结构如图4所示。在清洗过程中，置于机器底部的超声波信号发生器产生高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡，对置于清洗液中的工件进行超声清洗。机器内槽两侧设置有喷流管道，可在喷流泵的作用下，通过喷流管道上的喷流口喷射出高压水流，使清洗液中形成紊流，对工件进行冲刷。清洗机带有循环过滤系统，清洗过程中，始终对清洗液进行循环过滤，保证了清洗液体的清洁度，降低了使用成本。清洗机采用PLC可编程自动控制系统，可以在线监控整个清洗过程，能方便设定清洗工艺参数，其操作简单、可靠。

图4 超声喷流清洗机的结构示意图

动态喷淋清洗机主要由喷淋泵、喷淋管路、喷嘴、清洗槽、循环过滤系统、往复扫描移动机构、自动温控系统和定时控制系统等组成。动态喷淋清洗机的结构如图5所示，清洗内槽的底部设置有喷淋管，喷淋管上设置有喷头，在喷淋泵的作用下，清洗液通过喷淋管，从喷嘴喷出3～4 MPa压力的清洗液对工件清洗；同时，机器设有往复移动机构，滑动轴承在电动机轴的带动下，在导轨上往复运动，实现对工件的无死角清洗。清洗机带有循环过滤系统，清洗过程中，始终对清洗液进行循环过滤，保证了清洗液体的清洁度，降低了使用成本。清洗机采用PLC可编程自动控制系统，可以在线监控整个清洗过程，能方便设定清洗工艺参数，其操作简单、可靠。

图5 动态喷淋清洗机的结构示意图

1.3.3 清洗工艺路线

在机械零件的清洗中，环保型清洗剂浓度一般配定为8%，因此试验中确定使用8%的RSB-105清洗剂。根据工件的结构特点，确定了如下清洗工艺流程：超声清洗→喷流清洗→喷淋清洗。

在电路板的清洗中，超声时间设定为5 min，喷流时间设定为2 min，即能达到很好的清洗效果，而气门挺杆属于机加工零件，粘附油污较多，所以超声时间设定为7 min，喷流时间设定为3 min；同时，将喷淋清洗设定为不同时间，以此确定合理清洗时间。

1.3.4 检测分析

由于气门挺杆要求清洗后其上粘附的颗粒物直径≤10 μm，因此必须借助显微镜来对其进行观察。确定的检测方法如下：50个工件清洗烘干后，使用无水乙醇对工件清洗，使用中用定量纸对清洗过的无水乙醇进行过滤，这样污染物便会附着在定量纸上，然后用显微镜对定量纸进行观察，使用对角线测量的方法，即可测出污染物的直径。

2 结果与讨论

2.1 复合清洗结果

目测使用复合清洗工艺清洗过的气门挺杆，外壁光亮，如图6所示。用电子显微镜对挺杆内孔观察显示，内孔没有颗粒状杂质，如图7所示。对清洗过的50个气门挺杆进行检测分析，当喷淋时间设定为10 min时，对污染物直径检测，如图8所示。图8中显微镜放大200倍，标尺的每一小格≤10 μm，圈中标注的是污染物，对比标尺发现，污染物直径约10 μm，达到规定的洁净度要求。

图6 清洗后的气门挺杆 图7 清洗后的气门挺杆内孔

图8 放大镜下污染物的观察

在不同的喷淋时间下，清洗结果见表1。

表1 不同喷淋时间下复合清洗效果

2.2 结果分析

由于气门挺杆结构上存在较深小孔，将挺杆放入清洗液过程中，挺杆内孔容易封存空气，而由超声清洗机理可知，凡是液体浸到空化产生的地方都有清洗作用，所以对于气门挺杆，采用单一超声清洗不能很好地清洗挺杆内孔，清洗效果受到影响。

在复合清洗工艺中，采用动态喷淋清洗机能够对零件实现定位清洗，这样高压清洗液能够很好地对挺杆内孔清洗，克服了采用单一超声清洗的不足，达到很好的清洗效果。

为了防止工件在喷淋清洗过后遇到空气再次氧化生锈，还需进行防锈处理，最终确定的气门挺杆清洗工艺参数见表2。

表2 各工序参数表

3 结语

对于气门挺杆，采用单一超声清洗工艺清洗效果不好，主要原因是气门挺杆存在较深内孔，孔内易积存空气，而采用超声喷流加喷淋复合清洗工艺，能够很好的对挺杆内孔进行清洗，克服了采用单一超声清洗工艺的不足。

改变复合清洗工艺中设定的时间可以有效清洗类似的含有较深孔的机械零件；同时，若被清洗的零件含有飞边，可提高复合清洗工艺中的喷淋压力，如果将3～4 MPa的中等压力喷淋提升为6 MPa的高压，不仅可以有效缩短清洗时间，还能够除去飞边，降低零件的表面粗糙度。

[1] 张瓒．液压气门挺杆常见故障及原因分析[J]．内燃机与动力装置，2008(1)：53-55.

[2] 张春侠，彭引平．金属零件清洗新工艺[J]．机械工程师，2001(7)：27-28.

[3 ] 高晓，陈国强，陈勇进．盘管式燃气冷却器清洗工艺与技术[J]．新技术新工艺，2013(9)：89-90.

[4] 沈豫鄂,李东湛.高压喷淋在机械零件清洗中的应用[J].材料保护，2001(6)：52.

[5] 廖天生,李瑞莲.皮带轮清洗工艺研究[J].汽车科技，2002(4)：24-25.

[6] 冯若．超声手册[M]．南京：南京大学出版社，2007.

责任编辑李思文

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

程伟然(1989-)，男，硕士研究生，主要从事超声波以及超声波应用机械开发等方面的研究。

2014-11-01