文章投稿：銳科激光

上篇輪胎模具的激光清洗應(yīng)用

在輪胎的生產(chǎn)中, 模具是必不可少的器具。模具的好壞直接影響到輪胎的質(zhì)量。輪胎或制品的模具中都有花紋和標志圖案, 這些均為雕刻工藝, 比較細膩, 在使用過程中容易被橡膠覆蓋。模具的使用都是在一定的壓力和高頻率的條件下進行的, 這就必然會積存大量的橡膠材料, 當材料積累到一定程度, 就會影響輪胎或制品的表面形狀, 而使產(chǎn)品成為次品或廢品, 所以模具表面必須經(jīng)常清洗。

模具的應(yīng)用, 促進了工業(yè)化生產(chǎn), 而模具的清洗則成為人們一直關(guān)心的問題。經(jīng)過長期的探索與實踐, 人們積累了很多清洗模具的方法。最初是使用高溫鹽水浸泡的方法進行模具清洗, 但這種方法效率低, 主要用于清洗小型模具, 而對大型模具則費時費力。隨著時代的發(fā)展, 產(chǎn)生了噴砂法清洗, 這也是現(xiàn)代人們最常用的方法, 在具體應(yīng)用中常用的有砂子、玻璃球或者塑料珠等。但是這種清洗方法會損傷模具表面, 影響產(chǎn)品的質(zhì)量, 縮短模具的使用壽命, 從而增加了生產(chǎn)成本。近幾年, 在清洗模具方法中, 常用的還有: 化學清洗法、干冰法、高壓水清洗法及超聲波清洗法, 然而這些清洗方法在規(guī)模及清洗效率等方面還存在著一定的局限性, 而且這些方法都存在一定的污染, 因此不能完全滿足環(huán)保需求。根據(jù)社會的需求, 目前輪胎和橡膠制品行業(yè)仍然需要一種高效、成本低、對環(huán)境無污染的清洗技術(shù)。因此激光清洗就慢慢在輪胎模具行業(yè)中產(chǎn)生廣泛應(yīng)用。

傳統(tǒng)清洗方法和激光清洗方法在輪胎模具清洗中的優(yōu)劣性對比

1、激光清洗與傳統(tǒng)清洗對比（噪音，粉塵，安全）：

結(jié)論:激光清洗更為環(huán)保，安全。

2、清潔效率對比

結(jié)論：激光清洗速度更快，清洗效果佳，對模具無任何損傷。

3、激光清洗帶來的增產(chǎn)和利潤對比

結(jié)論：激光清洗和其它方式對比，清洗所花的成本最少，利潤率最高。

激光清洗輪胎模具損傷閾值研究

激光清洗可以看作是合適的單脈沖能量的激光束按照一定的規(guī)律疊加。但脈沖能量的選擇一定要在清洗閾值和損傷閾值之間。疊加：Dx=v/f=速度/頻率 ；Dy由移動速度決定（如圖1）。（不同材料的最佳清洗參數(shù)需要依據(jù)材料特性按照這種方法進行實驗確定）

在同樣的試驗裝置條件下進行激光模具表面膠層清洗，保證三組輪胎模具清洗一致，實驗表明，當激光能量密度小于2.5J/cm²時，在此范圍內(nèi)無論怎么提高能量密度，激光照射在模具膠層上均無變化，如圖2所示；而只有當激光能量密度大于2.5J/cm²時，激光清洗才有效果，繼續(xù)加大能量密度，當激光能量密度提高到7.7J/cm²時，模具表面部分區(qū)域有輕微的變色痕跡，表面再度發(fā)生了氧化，如圖3所示;而只有在2.5-7.7J/cm²之間的能量密度下表面膠層能徹底清除干凈也不會發(fā)生氧化?？梢?，激光清洗存在一定的激光能量密度，即存在清洗閾值和損傷閾值，當激光能量密度大于清洗閾值時，激光清洗才有效果，而當激光能量密度大于損傷閾值時，清洗效果雖然存在，但模具表面也已氧化，只有當激光能量密度趨于清洗閾值和損傷閾值之間，提高激光能量密度才能提高清洗效果。(圖4）

下篇 激光清洗在高鐵行業(yè)的應(yīng)用研究

激光清洗在高鐵機車維護運營中的應(yīng)用

軌道交通設(shè)備主要是做地鐵設(shè)備保養(yǎng)和維修工作，而需要清洗的工件為長期在地鐵上的輪對軸，在清洗輪對軸的過程中要保證不產(chǎn)生氧化條紋的前提下將輪對軸清洗干凈，然后進行探傷處理。雖然目前國內(nèi)外對激光清洗的工藝研究比較多，但是針對軌道交通輪對軸維修方面的研究還是比較少，特別是如何結(jié)合輪對軸脫漆的要求，為了保證清洗效率要求，提出了激光清洗技術(shù)，通過機器人集成化不同激光器組合，合理確定激光器各工藝的參數(shù)，保證脫漆的效率與表面質(zhì)量。

試驗設(shè)備主要采用RFL-P500 200微米芯徑的納秒光纖激光器，配以FANUC機器人以及定制的激光清洗掃描系統(tǒng)，針對旋轉(zhuǎn)夾具中的輪對集成一套系統(tǒng)。其中激光器單脈沖能量25mJ下采用螺旋方式清洗，重復(fù)頻率為20kHz。

采用現(xiàn)有清洗系統(tǒng)，螺旋偏移的方式進行清洗，清洗的方法為一個往復(fù)程序，清洗后表面涂層清洗干凈，顯露金屬色，且表面沒有氧化色，也沒有激光痕跡，效果得到客戶滿意，后續(xù)會提高專用清洗激光器的單脈沖能量，更有效發(fā)揮500W高功率脈沖的優(yōu)勢。

激光清洗在機車輕量化車身制造中的應(yīng)用

鋁合金作為一種輕質(zhì)金屬，因其較高比強度、耐腐蝕、易加工、力學性能優(yōu)良等特點，廣泛地應(yīng)用于車體、機身等焊接構(gòu)件。但鋁合金在空氣中易氧化并吸收水分，在焊接前若未徹底清除氧化層將會影響焊接質(zhì)量，如產(chǎn)生合金元素損失，熱裂紋等缺陷，不利于工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量的提高，給汽車等帶來安全隱患。

對于鋁合金焊接過程中出現(xiàn)的氣孔問題，一般的處理方法如機械清洗和化學清洗，已不能滿足汽車工業(yè)等領(lǐng)域高質(zhì)量焊接的需求，機械清洗方式效率低下，氧化膜清除不徹底；化學清洗對環(huán)境污染較為嚴重，對大尺寸的部件無法清洗。近幾十年，發(fā)展起來的高效、無損、綠色環(huán)保的激光清洗技術(shù)可以解決這一難題。

首先對鋁合金表面氧化層清洗效果做測試，如下圖

實驗所選的鋁合金為5系鋁合金，材料表面本身就有一層致密的氧化膜，從而起到保護鋁合金基體的作用，激光清洗后鋁合金試板銀白色金屬光澤變淺，

測試鋁合金焊縫的力學性能，進行拉力測試

采用100W 的激光器,600mm/min的清洗速度可有效地清除鋁合金試板表面氧化層等污染物。通過掃描電子顯微鏡分析，從截面圖上看激光清洗后氧化層確實減少甚至完全被清除，說明激光清洗對氧化層的清除效果顯著。對激光清洗后的試板進行激光焊接，通過表征激光清洗前后焊縫表面的形貌發(fā)現(xiàn)，激光清洗后原有焊縫表面的夾雜氣孔等缺陷顯著減少，焊縫表面呈現(xiàn)銀白色金屬光澤，根據(jù)截面焊縫檢測結(jié)果可知，激光清洗后的焊縫無氣孔，而清洗前很明顯發(fā)現(xiàn)有三處小氣孔。

隨著激光清洗專用光纖激光器和清洗設(shè)備的研發(fā)生產(chǎn)技術(shù)不斷提升，同時激光清洗應(yīng)用工藝的日益進步，使激光清洗正逐漸被模具制造、汽車高鐵制造與維護、航空海運等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。也因其效率高、綠色環(huán)保、經(jīng)濟效益好等優(yōu)勢，使越來越多的企業(yè)開始關(guān)注激光清洗，并不斷研發(fā)與之相關(guān)的新應(yīng)用新設(shè)備，令激光清洗行業(yè)爆發(fā)出蓬勃的發(fā)展力。