朱 劍，聶 蕾，宋振坤，高春鋒，桂 林

（北京精密機(jī)電控制設(shè)備研究所，北京 100076）

0 引言

由于航天產(chǎn)業(yè)的特殊性，航天產(chǎn)品普遍存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、尺寸精度高、質(zhì)量可靠性要求高等特點(diǎn)，為滿足航天產(chǎn)品潔凈度要求，過去航天企業(yè)普遍采用高標(biāo)汽油作為清洗劑。汽油雖然對(duì)有機(jī)類污垢具有較強(qiáng)的清洗效果，但閃點(diǎn)較低，清洗現(xiàn)場不僅存在重大安全隱患，且對(duì)環(huán)境和操作者健康都有一定危害性。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，航空航天領(lǐng)域也開始大力提倡綠色制造技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，在有效保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，尋求新方法減少污染，從而實(shí)現(xiàn)技術(shù)發(fā)展與保護(hù)環(huán)境的雙贏局面，因此能夠生產(chǎn)更加潔凈、高質(zhì)量的零件也成為一種重要的國防競爭優(yōu)勢［1］。

近年來，綠色清洗技術(shù)的研究主要集中在新型清洗劑的研制、特種清洗技術(shù)研究、清洗設(shè)備研制等方面。這些新技術(shù)在應(yīng)用于特殊產(chǎn)品時(shí)，仍需要開展進(jìn)一步的應(yīng)用研究。如陳翊坤［2］針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)零件修理中表面清洗的工藝需求，研究了油濾和燃油噴嘴的光纖脈沖激光清洗過程；劉金豆［3］針對(duì)航空飛機(jī)外表面油污及發(fā)動(dòng)機(jī)積碳等問題開展清洗工藝研究；赫亮［4］對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)低渦軸零件超聲波清洗技術(shù)及專用設(shè)備進(jìn)行了研究。

航天產(chǎn)品生產(chǎn)過程涉及大量清洗操作，絕大部分零件必須清洗后才能進(jìn)一步加工、裝配或存儲(chǔ)，若清洗質(zhì)量不能滿足要求，則會(huì)影響產(chǎn)品的質(zhì)量、功能和使用壽命，因此有必要針對(duì)航天產(chǎn)品特點(diǎn)開展可替代汽油清洗的綠色清洗工藝研究。

1 綠色清洗工藝發(fā)展現(xiàn)狀

為保護(hù)自然環(huán)境，清洗技術(shù)的環(huán)境無害化逐漸得到社會(huì)關(guān)注，清洗技術(shù)正在向環(huán)保型、功能型、精細(xì)化、集成化方向發(fā)展［5］。就具體實(shí)現(xiàn)途徑，綠色清洗技術(shù)發(fā)展方向主要集中在兩個(gè)方面，一是物理清洗方法的不斷創(chuàng)新，如水射流清洗技術(shù)、過熱蒸汽清洗技術(shù)、干冰清洗技術(shù)、激光清洗技術(shù)、等離子清洗技術(shù)等［6］；二是高效且對(duì)環(huán)境友好的綠色清洗劑的研發(fā)，如合成具有生物降解能力和酶催化作用的化學(xué)清洗劑、弱酸性或中性的有機(jī)化合物取代強(qiáng)酸強(qiáng)堿、直鏈型有機(jī)化合物和植物提取物將取代芳香基化合物等。

物理清洗是利用力、熱、聲、光、電、射線等物理作用去除污垢，因此物理清洗的環(huán)保性更好；但物理清洗高度依賴設(shè)備，且對(duì)清洗對(duì)象、清洗條件都有一定要求，因此目前很多物理清洗技術(shù)應(yīng)用具有局限性?；瘜W(xué)清洗是利用化學(xué)藥劑溶解并去除污垢，相對(duì)而言化學(xué)清洗的普遍適應(yīng)性更好，綠色化學(xué)清洗劑的研發(fā)與應(yīng)用逐漸成為主流。很多生產(chǎn)企業(yè)采用了物理清洗與化學(xué)清洗相結(jié)合的方式，以便獲得更好的清洗效果。

普及較廣的綠色化學(xué)清洗劑有兩類：碳?xì)漕惾軇┬颓逑磩┖退苄郧逑磩?，兩種清洗劑性能比較如表1 所示。

表1 兩類清洗劑綜合性能比較

2 航天產(chǎn)品清洗工藝特點(diǎn)

在工業(yè)清洗領(lǐng)域，清洗工藝的選擇一般與產(chǎn)品材料及結(jié)構(gòu)、污染物類型和程度、潔凈度要求、生產(chǎn)周期及產(chǎn)量等多方面因素有關(guān)。航天產(chǎn)品清洗工藝一般具有以下特點(diǎn)。

（1）大部分航天產(chǎn)品以金屬零件為主，非金屬零件為輔，材料種類多樣；很多零部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有交叉孔系、盲孔、微小孔或不規(guī)則內(nèi)腔等特殊結(jié)構(gòu)，清洗困難；產(chǎn)品制造過程涉及各類工藝，除常規(guī)車、銑、磨、研、電等加工，還涉及熱表處理、電解加工、焊接、激光等特種加工工藝。

（2）航天產(chǎn)品工藝流程復(fù)雜，從最初的零件材料加工到最后的整機(jī)裝配、測試，各工序都有不同標(biāo)準(zhǔn)的清洗要求。一般機(jī)械加工階段除少量特殊工序（如熱處理、表面處理等）外產(chǎn)品潔凈度要求不高，清洗對(duì)象主要為冷卻油、乳化液、切削、研磨膏及毛刺等；但裝配前的清洗，通常要求嚴(yán)格，否則殘留的多余物可能引起產(chǎn)品性能失效，清洗對(duì)象主要為防銹油及殘?jiān)?、灰塵等微粒。

（3）航天企業(yè)一般具有多品種、小批量的生產(chǎn)特點(diǎn)，且產(chǎn)品更新較快。過去由于航天產(chǎn)品產(chǎn)量較低，清洗工藝以浸泡、刷洗等手工操作為主；近年隨著航天產(chǎn)品需求及產(chǎn)量的不斷提升，一些企業(yè)逐漸引進(jìn)超聲波清洗、噴淋清洗、激光清洗、蒸汽清洗等設(shè)備。

基于上述特點(diǎn)，大部分航天企業(yè)的產(chǎn)品清洗仍以化學(xué)清洗為主，物理清洗為輔；即使很多企業(yè)已開始逐步引進(jìn)清洗設(shè)備，但手工清洗仍無法被全部取代。

3 航天伺服產(chǎn)品綠色清洗工藝應(yīng)用研究

航天伺服機(jī)構(gòu)是典型的具有航天產(chǎn)品特色的高精度控制系統(tǒng)，對(duì)多余物非常敏感，因此產(chǎn)品清潔度要求較高；伺服機(jī)構(gòu)的生產(chǎn)組織模式也具有小批量、多品種的特點(diǎn)。過去伺服機(jī)構(gòu)清洗工藝以浸泡、刷洗等手工操作為主，少量工序采用了以煤油為介質(zhì)的超聲波清洗，為踐行企業(yè)綠色經(jīng)營理念，提升本質(zhì)安全，決定開展綠色清洗工藝替代汽油清洗與煤油清洗。

3.1 綠色清洗工藝選型及論證

3.1.1 清洗方法及清洗介質(zhì)的選擇及評(píng)價(jià)

根據(jù)伺服產(chǎn)品特點(diǎn)及生產(chǎn)現(xiàn)狀，綜合評(píng)價(jià)、分析當(dāng)前主流綠色清洗工藝適應(yīng)性，如表2 所示。

表2 清洗方法選擇評(píng)價(jià)

綜上，因伺服產(chǎn)品生產(chǎn)批量小、品種多、產(chǎn)品更新快，優(yōu)先選用碳?xì)漕惾軇┬颓逑磩?，更適應(yīng)當(dāng)前研究所手工清洗與超聲波清洗為主的工藝現(xiàn)狀，后續(xù)當(dāng)產(chǎn)品批量持續(xù)增長時(shí)，可考慮引入噴淋等其他清洗方法。

3.1.2 清洗工藝應(yīng)用論證

經(jīng)分析，碳?xì)漕惾軇┬颓逑磩┳钸m合航天產(chǎn)品清洗生產(chǎn)現(xiàn)狀，但由于不同廠家、不同型號(hào)的溶劑型清洗劑在物理性能方面也存在一定差別，能否滿足伺服產(chǎn)品具體質(zhì)量要求需進(jìn)一步論證。為此，特設(shè)計(jì)普遍適應(yīng)性鑒定試驗(yàn)和專項(xiàng)鑒定試驗(yàn)兩部分。

（1）普遍適應(yīng)性鑒定試驗(yàn)：目的是對(duì)清洗劑的基本性能進(jìn)行比較，及對(duì)伺服產(chǎn)品常見結(jié)構(gòu)及生產(chǎn)條件的普遍適應(yīng)性進(jìn)行驗(yàn)證及評(píng)價(jià)，在此基礎(chǔ)上篩選出適合的清洗劑型號(hào)，并進(jìn)一步開展專項(xiàng)試驗(yàn)。

基本面鑒定試驗(yàn)將汽油作為對(duì)比基線，由表3 所示的試驗(yàn)結(jié)果可看出，MANCLEAN 65L、SK－410、SK－410D 三種清洗劑在防銹性方面優(yōu)于汽油，在揮發(fā)性方面較汽油略差，對(duì)伺服產(chǎn)品普遍適應(yīng)性與汽油相當(dāng)，能夠滿足伺服產(chǎn)品復(fù)雜內(nèi)腔、深孔等特殊結(jié)構(gòu)的清洗要求。

表3 清洗劑普遍適應(yīng)性試驗(yàn)項(xiàng)目表

（2）專項(xiàng)鑒定試驗(yàn)：目的是針對(duì)產(chǎn)品制造工藝特點(diǎn)，驗(yàn)證清洗劑能否滿足伺服產(chǎn)品特殊工藝及特殊材料的清洗要求，如清洗劑對(duì)密封圈密封性能影響的驗(yàn)證，對(duì)熱、表處理性能影響的驗(yàn)證等。專項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目明細(xì)如表4 所示。

表4 專項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目表

按照上述方案，試驗(yàn)情況如表5 所示。

表5 專項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)試驗(yàn)論證，最終選定的2 種清洗劑能夠滿足航天伺服產(chǎn)品金屬類零件各種工況下的清洗要求，能夠滿足丁腈橡膠和氟橡膠材質(zhì)的產(chǎn)品潔凈度及質(zhì)量要求，可以替代原汽油清洗工藝。

3.2 優(yōu)化工藝流程，實(shí)現(xiàn)降本增效

雖然碳?xì)漕惾軇┬颓逑磩┹^汽油安全、環(huán)保性更好，但購置成本卻是汽油的3～5 倍，為控制因清洗劑應(yīng)用帶來的清洗成本增長，可通過管理創(chuàng)新，優(yōu)化產(chǎn)品清洗工藝流程，從減少使用量及人工成本等其他方面降低清洗成本。

過去航天產(chǎn)品生產(chǎn)過程中基本每道工序都包含清洗操作，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且清洗劑消耗量較大。按圖1 所示進(jìn)行清洗工藝流程優(yōu)化，取消工序內(nèi)清洗操作，而在一些重要生產(chǎn)節(jié)點(diǎn)后增設(shè)獨(dú)立清洗工序。機(jī)加過程工序內(nèi)的零件清洗，可借助乳化液的清潔性能，或采用蒸汽清洗的方法，去除零件表面大部分污垢。增設(shè)的清洗工序使用清洗劑，并充分利用超聲波清洗設(shè)備，對(duì)于部分潔凈度要求較高的零件或易殘留多余物的部位再補(bǔ)充人工清洗。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，改進(jìn)后的工藝流程使得清洗劑的年使用量較汽油降低13%，如表6所示，可看出清洗工時(shí)較過去明顯減少，尤其當(dāng)產(chǎn)品批量較大時(shí)更有利于提高生產(chǎn)效率、降低人工成本。

圖1 清洗工藝流程優(yōu)化

表6 兩種工藝方法清洗工時(shí)統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)束語

清洗工藝是保證航天產(chǎn)品質(zhì)量及性能的重要環(huán)節(jié)。在分析航天產(chǎn)品清洗工藝特點(diǎn)及要求的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)普遍適應(yīng)性鑒定試驗(yàn)和專項(xiàng)鑒定試驗(yàn)，篩選出能夠滿足航天產(chǎn)品質(zhì)量要求的綠色清洗工藝，并通過工藝流程優(yōu)化，提高了清洗效率、降低了人工成本。綠色清洗工藝的應(yīng)用徹底消除了生產(chǎn)現(xiàn)場因汽油存儲(chǔ)和使用帶來的安全隱患，提升了企業(yè)本質(zhì)安全；同時(shí)降低了對(duì)操作者身體的危害，減少了對(duì)環(huán)境的污染，為企業(yè)帶來良好社會(huì)效益和生態(tài)效益。