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深沟球轴承成品清洗与水基清洗剂应用的探讨

汪燮民

（浙江五洲新春集团有限公司，浙江新昌312500；）

摘要：对目前深沟球轴承的成品清洗过程进行梳理，提出一些可供大家改进的内容；并对深沟球轴承成品使用水剂清洗剂时应注意的一些方面提供大家参考。

关键词：深沟球轴承；成品清洗；水剂清洗

中图分类号: TH133.33 文献标志码：B 文章编号：1000-3762（2011-）

目前已有不少企业的深沟球轴承成品清洗采用了水剂清洗。对水剂清洗的应用，大家担心的第一个问题是防锈问题如何处理和解决，其次是清洗效果如何？

一般来说，就水剂清洗而言，尽管清洗的机理各有差异，在能否清洗掉污物这一点上，都是可以毋庸置疑的。但就总的清洗效果而言，那就不单是水基清洗剂本身的问题了。

首先，水剂清洗与常规的煤油清洗的主要区别在于：

煤油的清洗主要是稀释、软化或溶解工件表面的油性污物，然后经循环过滤后再来冲掉各种污物。溶解到煤油中的油性污物，与煤油混合在一起，使煤油变得越来越粘稠，颜色也会越来越深，悬浮在煤油中的微细固体污物含量也就越来越高，这也就是造成二次污染的根本原因。

水剂清洗是以剥离污物为主，但总还或多或少带有溶融或乳化油性污物的性能，同样经循环过滤后来冲洗各种粘附的已剥离的污物。水基清洗剂配制的清洗液，大都具有自然分离油性污物使其漂浮在清洗液的表面，采用一定的方法可以将油性污物隔离去除。过滤后残留的微细固体污物在静止后也较容易下沉。

对于轴承的清洗，都会涉及到：轴承所带污物的性状、采用的清洗介质、清洗流程和方法、相应的清洗设备，以及必不可少的管理等方面。尤其在准备使用水基清洗剂替代煤油时，更要对我们目前的清洗过程充分认识。下面就相应的几个方面提供大家讨论。

一．轴承所带污物

完成装配后的轴承上附着或粘附的污物通常有：加工中产生的细微金属粉屑、磨料微粒、超精油石粉末、设备运行过程中附上去的各种油污，工件在存放和搬运过程中的防锈成分及空气中的微尘、垃圾等。

至于污物与轴承表面的结合力状况，大致有：机械结合力、分子间作用力、化学键力吸附力、静电结合力等。

在不同的清洗阶段，轴承所携带的污物也是不一样的。按通常安排的清洗过程来看：装配前的零件清洗阶段，其清洗对象物主要还是粘附在套圈密封槽中的磨削和超精后带来的磨屑及磨具微粉，以及超精油、机械油、沟道检查时留下的刮色油膏和库房周转时的防锈液（油）、尘埃等污物。利用超声波清洗使其与套圈表面分离和脱落，在清洗液的过滤、循环冲刷中使其脱离套圈表面。

成品粗洗阶段，主要是钢球、保持器清洗（一般是用煤油）后的残留清洗液，也包括配件没有经过清洗所带来的防锈油及附着含金属性质的垃圾物。还有在弯爪或铆钉铆合时由于变形摩擦产生的微细铁渣粉末。这个阶段可以先利用超声波，后再用冲洗或两者结合的方法

连续进行。

成品精洗阶段，一般带有使轴承旋转的冲洗洗涤，在轴承旋转的过程中带出附着在钢球与球兜之间的细小垃圾。更主要是置换前面清洗后带过来的清洗液，一是过滤精度更高，清洗液的成分相对较纯，尤其是直接起防锈作用的清洗液。使清洗后的轴承达到最佳清洁程度。

二．清洗液过滤精度问题

清洗液（油或水）循环过滤使用由来已久，但目前的理解都认为无论几级清洗，总是前面的过滤精度可以低一些，后面过滤精度比前面要高一些，似乎是一个越洗越干净的过程，其实这里可能存在一定的误区。

过滤只能滤去颗粒状垃圾，对能溶解于清洗液中的物质是无能为力的。

例如：原来使用煤油清洗有分成4级的：过滤精度依次是5μm—3μm；3μm—1μm；3μm—0.5μm；0.5μm—0.2μm。

试想第一级中轴承所含垃圾及油污最多，使用中的清洗液粘度也会大些，含的杂质也要多些，清洗液在循环使用中虽然经过过滤，如果过滤精度相对比较低的话，那么仍有不少未滤掉的垃圾继续会冲击到轴承的内部工作表面，这过程中所带的垃圾会给轴承内部零件造成摩擦损伤。同时还会附着在轴承上被带到下一级清洗。

被清洗的轴承所带的污物的总量是一定的，如果从第一级开始都用相同的目标精度（如0.2μm）来过滤，就会大大减少在清洗过程中垃圾造成的损伤。当然第一级的过滤芯更换会频繁一点，但后面却会变少了。

实际上，我们已将第一级改为5μm →3μm →1μm →0.2μm，后面的直接改为0.2μm（注：过滤精度视轴承清洗要求而定）。使每级的清洗都是在用高清洁度0.2μm的清洗液清洗，由于减少了清洗过程中的二次污染，结果大大减少了清洗过程中的垃圾原因造成的损伤，同时也可以适当减少清洗的级数。

我们目前自动线成品轴承清洗中，煤油和水剂都只用两节，清洗效果相当理想。

过滤精度的合理选择，过滤系统的合理配置和应用，将直接影响到成品轴承的清洁程度水平，进而改善轴承音响。

三．二次污染的防止

无论采用何种清洗液，在清洗过程中都希望避免二次污染的发生，尽可能避免已经洗下的污物又回到轴承上并造成损伤。

首先清洗前的退磁工序是必不可少的，一是退磁后便于铁质微粒的脱落，更是防止铁质微粒再次被吸附。对应于不同精度要求的轴承，规定严格的残磁标准是必不可少的，不能停留在通用标准规定的要求的符合程度上。

被清洗轴承上所带的可溶性污物一旦溶解混和在清洗液中，在使用过程中一般都很难再简单地分离出来的。尤其是用煤油清洗，各种油脂类物质会全部融在其中，即使是混入的水分，也不能全部沉淀到底部，因煤油是能融入一定量的水分的。一旦水被煤油包裹到轴承表面，很容易引起锈蚀发生。

在使用过的水基清洗剂中，不同的清洗剂的差异很大。有些水剂和煤油一样会将可溶性污物溶解在清洗液中，使清洗液越来越混浊。有些品牌的清洗液却能将从轴承上分离下来的油性污物在运行过程中会自然漂浮于液面，因此很容易将油性污物分离。具有油水分离作用的清洗剂，一是降低了二次污染的风险，二是延长了清洗液的使用寿命。我们在使用中只是在液面下降到下限前按比例补充即可，不许频繁地定期更换。

四．清洗方法问题

装配前的轴承零件和装配后的轴承都需要清洗。除了选用合适的清洗剂外，清洗的方法也至关重要。往往认为是清洗次数多些肯定会使清洁度好些，还有超声波强些、时间长些、冲洗压力大些、冲洗时旋转快些等，如果选用不当则会适得其反。

一是清洗的级数偏多，行业中通常都有4~5级的。

我们采用超声波清洗的目的，很明显是为了使粘附在轴承内、外表面上、保持器间的污物，包括可溶的和固体的能从轴承上松动、溶解并分离开。

由于现在轴承的生产基本上是流水线或流水线性质的形式，零件或成品的流动速度都比较快，污物在轴承表面附着的时间比较短，所以从轴承表面上清洗下来应该是比较容易的。即使有部分粘附相对比较牢固的污物，经过退磁和超声波作用后也是很容易与轴承分离开的。而且轴承基本上没有深孔和盲孔，超声波很容易作用于所有表面。

轴承在经过超声波的清洗后，污物已经与轴承各表面分离、乳化或被溶解，经过流动清洗液的作用，轴承上已经相对比较干净了。剩下的主要是密封槽和保持器与钢球之间的缝隙中还夹带有不易被液流带走的少量污物。

在接下来的清洗就是再从不同方向对轴承作喷淋或漂洗，去除从超声波清洗后遗留在夹缝和沟槽中的已松动了的污物。

当然，用煤油清洗的话，由于轴承上污物中所含有的油分，也包括钢球、保持器表面的防锈油（如果事前没有进行清洗），是会溶解在煤油中的，随时间的推移，杂油的浓度会越来越大。这些混杂其中的杂油在清洗过程中是没法分离和去除的，以至于最终清洗完后的轴承表面所残留中还会带有较多的杂油成分，所以要考虑最后一道清洗煤油浑浊程度，所以煤油的更换频率会相应比能油水分离的水剂清洗液要大得多。

二是逐级提高过滤精度的清洗方法也不尽理想，前面已经讲到。

三是超声波清洗槽中的清洗液的流动方向的考虑。

在超声波作用下，污物已经与轴承表面分离开，为了将清洗下来污物带走，超声波清洗槽的清洗液是经过过滤后循环使用的流动液。流动方向一是应该是干净的清洗液从轴承所在区域流向轴承清洗以外，二是与被清洗轴承在超声波清洗机中的移动方向相反，这样才能将清洗下来的污物有效带走千万注意不能在清洗区域里产生紊流。

利用超声波进行清洗是利用超声波空化爆炸强烈冲刷轴承的表面，数千个大气压的冲压波破坏不溶性污物而使它们分散于清洗液中，如果清洗液的过滤精度偏低，洗下的污物又不能被及时带走，轴承周围的清洗液中所含的固体颗粒同样会以极大的力击向轴承表面，如果清洗时间过长、功率又过强时，是会伤及到钢球、沟道表面，影响轴承低噪音水平。

四是冲洗压力

一般的理解都是冲洗压力大些好，才能将污物冲掉。其实超声波清洗已经将污物从轴承表面分离并大部分被带走了，接下来主要是将密封槽、保持器与钢球缝隙中夹带的已脱落的污物采用喷淋或漂洗带走即可。

五是冲洗时的旋转速度问题。

适当的旋转是必要的，主要是旋转能使钢球表面充分暴露到保持器球兜外面，便于清洗到钢球的表面及保持器内部。但过快的旋转速度，钢球会紧贴着兜孔往往使仍附着在球兜内表面或钢球表面的固体污物对钢球造成划伤，所以我们只要将清洗液以适当的流量和压力按要求的方向冲向轴承，带动轴承微微的转动将会得到良好的清洗效果。

六是要符合清洗剂塔形设计清洗过程

根据清洗剂的性能来设计相应的清洗流程，因为不同的清洗剂的使用要求是不一样的，如温度条件、浓度配比、PH值，有的直接清洗后带防锈作用，有的需要清洗后进行防锈剂置换等。

总之，适当的清洗方法一定要针对清洗对象本身和起所附着的污物的类型、轻重程度、粘附的时间长短，清洗剂的性能，清洗设备的功能等综合因素来考虑，不能千篇一律。

五．清洗设备配置问题

清洗过程中，清洗液需要借助一定外力的作用，使附着在轴承各表面上的污物受到一定的机械力的冲击而脱离。通常主要采用超声波+喷淋清洗的方式居多。

超声波清洗机

超声波清洗是利用超声波的空化作用对物体表面上的污物进行撞击、剥离，以达到清洗目的。

成品轴承的清洗，轴承不要距离超声波的辐射面太远，20 -200mm 的距离效果应该是最好的，一般采用的频率以40千赫较为合适。

注意清洗液的流向，减少被清洗轴承已剥离污物的残留。为了减少超声波清洗后的残留污物被带到下一清洗过程中去，所以有必要在超声波清洗机的超声波清洗槽出口前加装一个经精过滤的清洗液喷淋头，这样从超声波清洗机出来的轴承已经基本是干净的了。

喷淋式清洗机

喷淋是轴承清洗过程中必不可少的清洗设备，主要是将经过超声波清洗后的轴承表面、凹槽和保持器兜孔内部的清洗液残留，及随清洗液一起已经脱落的污物冲洗掉。

在这个阶段中，可以分别采取垂直喷淋（轴承是水平状态）和斜向喷淋。直喷主要是将各外露表面上的残留污物带走，此时最好是流量大些，压力小些。在带走了各外露表面的残留后可接着进入斜向喷淋，角度不宜过大，只要能推动轴承微微旋转即可，使钢球与保持器之间基本处于自由状态，这样残留污物容易带出而被冲掉。

喷淋头应与轴承推进位置一一对应，使清洗液经过轴承后直接回到清洗液箱中，经过过滤后循环使用，避免二次污染。

如果在超声波清洗槽后部加了经精过滤的清洗液喷淋头。这时后面的喷淋清洗可以换成喷淋清洗+防锈置换，某些水基清洗、防锈产品，直接利用防锈成分来兼喷淋也是可以的。干燥设备

无论是用煤油清洗还是用水剂清洗都需要一定程度的干燥。

煤油本身是没有防锈能力的。用煤油清洗过的轴承的内部，如密封槽、外圈的内径、内圈的外径、铁质保持器的外表面等，都是日后容易发生锈蚀的地方。过多的煤油残留在轴承内，还会与加注的油脂发生不良作用，如稀释、析出、变质等，影响轴承的润滑运转性能乃至使用寿命，所以需要用甩干机去掉多余的残留液。需要进一步干燥的话，必须采用风吹和烘的方法来挥发多余的煤油，确保残留量在允许的范围内。必要时也应进行防锈油的置换。

如果用水剂清洗，虽必有后续的水基防锈剂的置换（也有防锈油置换的），但关键还是所经历过的水分必须要除去。

甩干机只能甩掉过多的清洗液，但不能去掉继续残存的相当配比的水分，所以必须采用烘的办法进一步来去除附着在轴承各表面残液中的水分、主要是轴承的内部表面，尤其是球兜内部和密封槽内。方法主要是采用热风吹，在一定温度的作用下使水分蒸发，在风的作用下将水汽吹走，以保证轴承无水分。

六．水基清洗剂、缓蚀剂的选用

对水基清洗剂的最基本要求是：①能迅速分离、溶解附着于金属表面的各种污物，轴承表面洁净无腐蚀；②清洗液在使用中不发生沉积、结晶或析出等现象；③温度适应性强，不易腐败变质，质量稳定，使用寿命长。④衰竭周期长，洁洗力稳定，只需添加，更换周期长（半年以上）。⑤具有极强的吸附膜的形成能力和进行自动修复的能力；⑥使用过程安全、方便、可靠、绿色环保，对人体和环境无害，价格便宜等。

在具体选用清洗剂的时候，一定要结合轴承自身的特点（结构、尺寸、污物状态等）和已有清洗条件（或适当改造）选用专用型清洗剂，这样针对性较强，效果也就得到满意。有条件者应与清洗剂厂商共同研发、配置。对轴承而言，所形成的吸附膜应具有一定的润滑作用，且不会与所添加的润滑脂有不良的作用这一点是非常重要的。

选用时首先要考虑的是清洗剂的清洗能力、防锈能力。其次还有消泡、水质的适应性、温度的变化适应性等。这些都可以参照JB/T4323.2-1999《水基金属清洗剂试验方法》来判定，通过工艺试验来验证，更可以设计一些可以定性的比较直观有效地小实验来确认。如：油水混合（分离）程度、清洗液与润滑脂的接触时润滑脂的变化情况、清洗液干涸速度或干涸后的状态、蒸发或挥发的能力、带锈条件下的防锈时间、清洗液的变质等，都可以作为清洗液是否适用的依据。

对于单独使用的水基清洗剂还应具有快速的漂洗干净的能力。

通常清洗剂产品可以由清洗剂和防锈（缓蚀）剂两种组份配成不同浓度的清洗液，分别用作清洗液或防锈液。

七．水基清洗剂（缓蚀剂）的使用

水基清洗剂的使用一定要参照供应商的使用说明资料，了解其性状，更要结合自身的具体情况来确定合理的使用方法和工艺规范。

由于供应商对轴承行业的特殊性不甚了解，只是从清洗剂本身性能来描述的多，提供的只是一个大致的通用规范。即使是帮你编了个专用的使用规范，实际上与给予其他企业是一样的。

就轴承企业来说，各个企业的清洗对象、京都等级、所含污物状态、使用设备状况、工艺过程等全都不一样，千差万别，如果恰好使用同一清洗剂，又按供应商提供的使用方法来操作，其结果肯定会不尽如人意，清洗结果不是过度，就是不足。所以一定要在实践中分析、比较和总结，找出适合自己产品使用的。

在生产线上使用时，一定要注意成品音响的变化，清洗效果变坏时，首先要在音响检测时被反映出来。平时也要多做清洁度试验，分析残留污物的成分和重量。

根据实际情况决定清洗的级数、超声波强度、喷淋方法，过滤精度、更换周期和吹、甩、烘的合理运用。

清洗液的颜色、味道、粘稠等感官指标以及PH值也不能忽视，更要注意缓蚀剂的保质期，一定要在保质期内使用。

八．水剂清洗后轴承的防锈

既然要使用水基清洗剂来清洗轴承，那么水基清洗剂自身必须要具有防锈的能力。水基清洗剂的防锈机理在于其中的缓蚀剂的成膜，在轴承表面形成一层致密的单分子憎水膜，保护金属表面不受水腐蚀。防锈膜形成需要清洁的表面，这也是前面提到的每级清洗的过滤都要求高精度的原因所在。

如果清洗的最后环节还要采用其他材料来置换轴承上所带的水基清洗液以达到除水、防

锈的目的，那就可能不是真正意义上的水基清洗剂对煤油的替代了。

到目前为止，还是有水基清洗剂供应商提出用煤油喷淋来冲去轴承上的水分，这是不尽科学的方案。因为煤油本身不具有防锈能力，煤油自身还会有少量含水的可能，所以用煤油来冲尽轴承所带水分是不合理的。再说以往在使用煤油清洗的时候，按理最终也是需要用稀释后的防锈油的来置换主要是内部附着的煤油，而且有时煤油清洗完后，轴承仍带有比较多的煤油在上面，这一点往往都没有做好，对吹与烘后的效果也没有很好的考核。

另一方面，清洗剂和缓蚀剂都是溶在水中成清洗、防锈液来使用的，而且近90%的成分是水，虽然经清洗后轴承表面形成了防锈膜，但仍在大量的水的包围其外，所以这部分水必须去除干净。

除水的方法主要是吹掉、甩掉、吹干、烘干等不同方法。在短时间内，吹掉和甩掉主要是去除整体的清洗液。吹干主要是在空气流动的作用下蒸发清洗液中的水汽、并促使清洗剂中的某些可挥发的成分的挥发。烘干是在一定温度的作用下，主要起到水汽的蒸发、可挥发成分的挥发，但有些不易挥发的成分却不易干涸。

我们在一个简单的试验中发现，将清洗剂和缓蚀剂各一滴滴在光滑的金属表面，在自然状态下清洗剂成分有一定的挥发性，缓蚀剂成分经较长时间仍保持原来的液滴状，所以初步认为轴承经过吹、甩、烘等过程后轴承表面形成的膜主要是缓蚀剂成分。

也可以按照缓蚀剂成膜机理是在与水接触的金属表面形成一层将金属和水隔离的金属保护膜，以达到缓蚀目的。所以水与其他成分应围绕在保护膜的外面，这正是需要去除的成分。

水基缓蚀剂成膜后，一旦用手接触使防护膜被瞬间破坏后，应有自动修复的功能。

为此，我们可以制作一个绝干标准件，将一个或几个轴承用有机溶剂反复清洗和烘干，秤出其绝干重量，再进入清洗设备做常规清洗，直至正常烘干出来后再称重，比较前后的重量差值，可以知道每套轴承上所形成的膜的量。

我们也可以将经过吹、甩、烘后的轴承进一步进行高温烘烤，进行高温烘烤前后的称重对比，也就可以知道轴承表面防锈膜的干涸情况。当然也可以在放大镜下观察沟道和钢球表面的光波干涉花纹来大致确认防锈膜的状态。

那么对于水基清洗剂的清洗后的防锈效果衡量，一是根据对应标准规定来检测，二是通过实物的经时试验来确认。以下标准仅供参照比较：

JB/T 9189－1999水基材料防锈试验方法铸铁粉末法

JB/T 4323.1-1999 水基金属清洗剂

JB-T 4323.2-1999 水基金属清洗剂试验方法

HB 5226-1982 金属材料和零件用水基清洗剂技术条件

HB 5227-1982 金属材料和零件用水基清洗剂试验条件

九．水剂清洗液的使用寿命

清洗液的使用寿命是直接影响到清洗效率的重要因素，为了保持清洗液能较长时间使用，除了主要是清洗剂自身的衰减力指标以外，关注以下方面是有必要的。

固体污物一般是通过过滤装置（过滤罐）来去除的，过滤芯质量要有保证，合理选择和正确安装是必须的，根据过滤压力指示来确定过滤的有效工作状态。通过了过滤装置的过于微细的污物日积月累也会积聚在箱体底部或附着在箱壁四周，应定期清洁。

清洗设备上应考虑能将清洗下来漂浮的油性污物及时去除的装置，避免其长时间以微粒状态融在清洗液中，降低清洗液中有效成分对污物的清洗作用，并再次附着到轴承的表面。

常理来说清洗液温度高些，清洗效果相应好些。但有意给清洗液加温不仅会消耗能源，而且使清洗液容易蒸发，清洗液中的各种成分的蒸发会挥发在不同温度下的程度也不完全一样，温度会使成分比例发生改变，从而也会降低清洗能力。因此，在设备自然升温的情况下采取降温措施以达到理想的清洗效果，一般不超过35℃。这样既能利用分子加速运动来分解油污、剥离杂质，又能考虑到降低大量能耗、改善生产环境等。

PH值是清洗液最基本的性能指标，保持PH值的基本方法是根据清洗液的使用中PH 值的情况和液面下降程度进行定期部分添加，清洗液在使用中的蒸发、挥发及被轴承带走，成分比例多少会发生一些变化，适时添加以保持一定的有效成分，在保证了PH值的基础上，那么清洗液的功能也就能保持下去了。

十．结束语

深沟球轴承的清洗是轴承制造过程中的一个之关重要的环节，往往由于清洗不到位，直接影响到轴承的振动、音响，甚至轴承的使用寿命。在节能减排的当下，既要降低生产成本、又可绿色环保，是每个企业一定会考虑到的问题，就轴承成品清洗这一问题上就大有文章可做的。