超声波清洗技术在工业产品设计中的应用探索

　　日常生活中，像眼镜、珠宝首饰等一些小物件成为了生活的必需品，它们精密而昂贵，但会因为岁月的流逝而暗淡无光。随着生活品质的提高，人们对其清洁要求也越来愈高，目前传统用水加洗洁剂的清洗方式不但过程繁琐，还对被洗物有一定损伤，且清洗不到位，因此人们希望运用新的清洗技术来满足人们的生活要求。

　　1987年，在总结前人理论的基础上，日本的柴野佳英经过研究、整理，发表了超声波清洗器的基本理论，俗称“柴野理论”。由于超声波清洗具有速度快、质量高、容易实现自动化，尤其对表面形状复杂的工件的清洗更具优势等特点，促进了超声波清洗技术的蓬勃发展。

一、超声清洗技术在工业产品中的应用现状

　　精密的工件用传统的清洗方式很容易损坏，而且当清洁程度要求很高时，传统清洗方式的不足就显而易见了，比如细小缝隙里的赃物、油垢等很难清洗，清洗过程中的搓揉等动作很容易损伤产品表面等。目前，超声波清洗技术在各行各业都有广泛的应用，像珠宝、五金等行业，能清洗的产品也很多，像光学镜头、剃须刀头、徽章、奶嘴等。

二、超声清洗技术的原理及特点

　　超声波清洗技术属于物理方法，利用超高声波在传递过程中的空化作用，当声压达到一定值，气泡迅速膨胀，然后爆裂，瞬间产生冲击波，使气泡周围产生10¹²～10¹³pa的压力，这种超声空化所产生的压力不仅会破坏不溶性污物，还使他们分化于溶液中，使污物被分化、乳化或剥离，以达到清洗的目的(如图1)。

　　其超声空化在固体和液体界面会产生高速的微射流，破坏污物，增加搅拌，扩散作用，加速可溶性物的溶解，强化化学清洗剂的清洗作用。因此基于超声波的清洗技术会大大降低环境污染。与传统清洗技术相比较，超声波清洗的优点如下：

　　①清洗速度快，清洗效果好，清洁度高，工件清洁度一致，对工件表面无损伤;

　　②不须人手接触清洗液，安全可靠。对深孔、细缝和工件隐蔽处亦能清洗干净;

　　③节省溶剂、热能、工作场地和人工等;

　　④清洗精度高，可以清洗微小的污渍颗粒。

三、影响超声波清洗效果的因素

　　虽然超声波清洗技术有众多优点，但其清洗效果与频率、清洗位置等因素有关，概括起来主要包括以下因素(如图2)：

　　1、频率：一般频率越低，空化效果越明显，但相对在液体中产生空化的声强或声功率也越大，噪声越大，适用于表面较平整的物体;一般频率越高，空化效果越差，但其噪音低，适用于多微孔盲孔的物体。

　　2、温度和静压力：一般30℃～50℃的介质温度，水清洗效果Z好。清洗液适宜时，当温度升高，对空化产生越有利。温度过高时，空化强度会降低，所以温度的选择要同时考虑对空化强度的影响。每一种清洗液都有一空化活跃的温度。清洗液的静压力大时，不容易产生空化，所以在密闭加压容器中进行超声清洗时效果较差。

　　3、其它因素：声强或声压、清洗液的物理化学性质和流动速度、清洗液粘稠度、被清洗物体的声学特性及在清洗槽中的深度及清洗位置等。为达到Z佳的清洗目的，在产品开发阶段，对这些因素要加以综合考虑。

四、超声波清洗技术在产品设计中的应用案例

　　基于超声波清洗技术的产品开发，先要综合考虑影响清洗效果的因素，然后结合产品的成本、市场、生产等条件，合理配置开产设计要素。

　　针对超声清洗技术应用案例——Jeken洁康公司生产的清洗机进行解读，从实践的角度来揭示超声波清洗技术在实际中的应用。

　　原有产品中的不足：原有产品在使用过程中，存在很多存在的问题。防水性能不佳，容易使液体渗入机构中去，在设备工作时容易发热，缺乏清洗完之后的后期处理设备，按键操作过多时，会接触不灵，设计上缺乏个性化的设计，不能在清洗的同时增加乐趣，清洗结构单一，没有结构区分。而且在拥有清洗的功能的同时，没有其他的功能，缺乏产品的设计语言，对清洗结构的把握不够jing准，耗电比较大，在工作时机体振动剧烈，噪音很大，影响生活。

　　解决案例：采用全新的封水技术，在振动槽上加入密封软胶，提高了密闭性同时使共振更稳定，也减少了噪音。在壳体方面采用一次成型工艺，使壳体更牢固，密封性更佳，增加了壳体的厚度使机体在使用过程中减少振动对环境的影响，还可采用组合式模块化设计以方便清洗。先进的超声波清洗工艺，一般还要采用多槽式全自动、联合清洗程序。增加数码显示及自动断电功能，设计线条简约，色彩上运用浅色，给人轻松、洁净、环保的视觉感受，在外型上简约的线条，更稳重、大气饱满，在结构上更切合超声波原理，使清洗效果更佳。此外，可以采用双频、多频和扫频工作方式以避免清洗“盲区”。

五、针对超声清洗技术应用案例得出的结论和展望

　　将在案例中涉及到的问题及解决方法总结如下：

　　1、针对超声过大的问题，在使用过程中应注意降噪及封水的问题，关键在于部件的密闭性，在产品与振动片之间应尽量减少振动所产生的噪音，以减少使用中对生活的影响;

　　2、了解客户需求，针对特定的用户群体经行设计，设计出符合不同群体的外观形态，为各种用户群体量身打造;

　　3、在设计过程中多加入情趣化设计，使其更适合家庭轻松的环境。

　　对超声波技术在工业产品中的应用的未来展望：

　　1、可以在超声波清洗机上增加数码显示及自动断电功能，防止过热引发的机体破坏，同时加入散热装置，保证长时间有效工作;

　　2、在清洗完毕后加入自动烘干功能，使产品烘干之后可以直接使用;

　　3、工作时增加音乐播放功能，使清洗过程不再是枯燥乏味的事情，内部设置不同规格的内胆槽，可以对不同的物品进行清洗;

　　4、外观设计更趋人性化也将是未来超声波清洗机的设计方向。