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1、第29卷第6期特种橡胶制品Vol.29No.62008年12月SpecialPurposeRubberProductsDecember2008橡胶模具激光清洗的工艺研究周桂莲,孙海迎,汪传生(青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266061)摘要:激光清洗模具的原理是利用模具基体物质与表面附着的污垢对某一频率的激光能量吸收系数的差别,使激光能量充分被表面附着的污垢所吸收,从而受热膨胀直至气化,所形成的气体被吸收利用而不损伤模具甚至强化模具基体,以达到绿色清洗的目的。本文从橡胶模具表面颗粒受力、激光清洗的机理与主要性能参数及其光路
2、控制,对激光加工技术的应用进行了探讨。关键词:橡胶模具;激光清洗中图分类号:TQ33314+1文献标识码:A文章编号:1005-4030(2008)06-0034-03[1,2]在轮胎的生产中,模具是必不可少的器具。体表面的范德瓦尔斯力成了主要的附着力:2模具的好坏直接影响到轮胎的质量。模具的应hrhDFv=3+3用,促进了工业化生产,而模具的清洗则成为人们8Pz8Pz式中,h为与材料有关的列弗西兹-范德瓦尔斯一直关心的问题。经过长期的探索与实践,人们常数,r为颗粒半径(见图1a),z是颗粒与基体的积累了很多清洗模具的方法。最
3、初是使用高温盐水浸泡的方法进行模具清洗,但这种方法效率低,微观最小距离,D为颗粒与基体接触面的半径。主要用于清洗小型模具,而对大型模具则费时费力。随着时代的发展,产生了喷砂法清洗,这也是现代人们最常用的方法,在具体应用中常用的有砂子、玻璃球或者塑料珠等。但是这种清洗方法会损伤模具表面,影响产品的质量,缩短模具的使用寿命,从而增加了生产成本。近几年,在清洗模图1基体上细微颗粒的主要附着力具方法中,常用的还有:化学清洗法、干冰法、高压1.2毛细力水清洗法及超声波清洗法,然而这些清洗方法在基体表面潮湿时,颗粒与基体之间微小空隙规模及
4、清洗效率等方面还存在着一定的局限性,处积聚了很薄的液体层(见图1b),液体层在颗而且这些方法都存在一定的污染,因此不能完全粒和基体之间产生的凝聚力就是毛细力,其大小[1,2]满足环保需求。根据社会的需求,目前轮胎和橡为:胶制品行业仍然需要一种高效、成本低、对环境无Fc=4PRr污染的清洗技术。因此激光清洗就慢慢进入人们式中R为液体的表面张力系数,r为颗粒半径。的研究范围。1.3静电力颗粒与基体之间由于出现电荷的输送而使两1模具表面颗粒附着力者带有异号电荷,因而有相互吸引的双层静电力一般情况下,细微颗粒在基体表面的附着力存在(见
5、图1c),可按下式计算[1,2]:主要有3种,即范德瓦尔斯力、毛细力和静电力。2Fe=(PEU)/z1.1范德瓦尔斯力式中,E为介电常数,U为接触电势,r为颗粒半表面上,当颗粒尺寸小于几微米时,颗粒与基径。由上面计算知,附着力与颗粒的尺寸有关:3FWr,颗粒质量FWr,根据牛顿第二定律收稿日期:2008-07-11-2作者简介:周桂莲(1949-),教授,硕士生导师,主要从事教学与科a=F/m,所以aWr,可见颗粒尺寸越小,清除研工作。它所需的加速度越大,清除就越困难。2008年周桂莲等橡胶模具激光清洗的工艺研究35作用是吹去
6、汽化物,并防止镜头被飞溅物污染。2激光清洗模具的机理同时,可带走清洗过程中产生的热量防止表面氧激光清洗主要是利用激光的高单色、高定向、化,起到净化表面的作用。[4]高亮度,不同激光器可以发出不同的激光可供选激光清洗的机理大致可分为两类:一是利[3]择,以及应用调Q技术和锁模技术,可获得窄用清洁基体与污染物对某一特定波长的激光吸收峰值功率的激光脉冲等特性,用以去除固体或液系数的显著差异,或两者的熔沸点温度有一定的体表面的污染物。差距,污染物吸收光能后或汽化挥发,或瞬间受热激光清洗的工作原理如图2所示。膨胀并被蒸气带离基体表面,从
7、而达到清洗的目的。对于此类的激光清洗,激光波长的选择和激光能量的控制是影响清洗效果的关键;二是基体材料与覆在其上的污染层的特性差异不大时,多采用高能量密度、高频率的脉冲激光。污染层在激光脉冲作用下迅速升温到较高的峰值温度而基体表面温度较低,在污染层中形成很大的温度梯度。在随后的冷却过程中产生强分裂应力,这个分裂应力大于污物与基体材料表面的亲合力时,污物便从基体表面脱离并被真空泵吸走。图2激光清洗工作原理示意图3激光清洗的工艺参数及其光路系统1-激光器;2-光纤;3-聚焦镜头;4-清洗喷嘴;5-清洗工件;6-辅助气源激光清洗工艺
8、参数包括:激光功率、光斑大激光器产生的激光经过可弯曲的光纤传输到小、能量密度、激光脉宽、扫描速度、焦点位置、气聚焦透镜,聚焦后,从聚焦喷嘴内孔抵达清洗工件体压力等,具体要根据不同的基底材料和清洗要表面。通常使用吹气喷嘴将具有一定压力的气体求来选择。图3给出了清洗效果随能量密度
