一種清除滾塑模具內(nèi)腔銹蝕的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種清除滾塑模具內(nèi)腔銹蝕的裝置及方法，尤其是涉及到激光除銹技術(shù)，屬于激光加工與應(yīng)用領(lǐng)域。
技術(shù)背景
[0002]滾塑成型又稱旋塑、旋轉(zhuǎn)成型等，其工藝流程是先將塑料原料加入模具中，然后模具沿兩垂直軸不斷旋轉(zhuǎn)并使之加熱，模內(nèi)的塑料原料在重力和熱能的作用下，逐漸均勻地涂布、熔融粘附于模腔的整個(gè)表面上，成型為所需要的形狀，再經(jīng)冷卻定型而成制品。與其他成型工藝相比，滾塑工藝具有投資成本低，制品壁厚易控制等優(yōu)點(diǎn)，因此成為生產(chǎn)大中型中空制品的首選方法。
[0003]滾塑工藝所用模具材料一般為低碳鋼，因長(zhǎng)期使用或暴露于空氣中，模具內(nèi)腔極易氧化，產(chǎn)生銹蝕(主要成分是a-Fe2O3.Η20、Y-Fe2O3.H2O) 0這些銹蝕影響著制品的成型精度，使制品表面坑洼不平，甚至出現(xiàn)廢品等現(xiàn)象。
[0004]傳統(tǒng)的滾塑模具內(nèi)腔銹蝕清洗方法是化學(xué)清洗法。申請(qǐng)?zhí)枮?01110349284.1的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公布了一種用于清洗金屬模具內(nèi)腔的除銹劑。該除銹劑主要成分是磷酸、檸檬酸等無機(jī)酸性溶劑。由于使用到酸性溶劑，在處理銹蝕的時(shí)候，會(huì)帶來很多副作用。溶劑不僅腐蝕模具，降低模具周期壽命，更會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生破壞污染。
[0005]與傳統(tǒng)的化學(xué)清洗相比，激光清洗是一種新型的表面處理技術(shù)。由于激光清洗屬于干洗，不需溶劑，沒有廢液排放，殘?jiān)苌?，不?huì)造成環(huán)境污染問題。能有效清除其它方法難以去除吸附在物體表面的亞微米粒子(0.5 Mffl以下)。該技術(shù)具有可控性好、易于選區(qū)定位精密清洗，清洗度高等特點(diǎn)。此外，在激光清洗銹蝕的過程中，激光熱掃描技術(shù)產(chǎn)生的熱效應(yīng)可使基體表面相變硬化，從而改善材料的表面性能，提高基體的硬度和抗腐蝕能力，清洗改性一舉兩得。
[0006]申請(qǐng)?zhí)枮?01210536238.7的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公布了一種基于激光毛化技術(shù)的激光除銹裝置和方法，該發(fā)明利用激光毛化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)除銹的目的，但是，對(duì)于整個(gè)除銹過程缺乏監(jiān)控系統(tǒng)，無法了解實(shí)時(shí)清洗進(jìn)度，不便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化；申請(qǐng)?zhí)枮?01010290352.7的中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公布了一種激光除銹裝置，該發(fā)明利用激光的熱效應(yīng)，雖然實(shí)現(xiàn)了對(duì)筒形金屬內(nèi)壁特殊表面除銹，但該裝置忽略了清除掉的銹蝕去向問題，高溫的銹蝕物很容易飛濺并黏附于基體表面，會(huì)造成二次污染。
[0007]針對(duì)上述裝置存在的問題，本發(fā)明專利提出一種新型激光除銹裝置，該裝置加入聲發(fā)射傳感器，能夠?qū)崟r(shí)采集除銹過程中的聲波信號(hào)，進(jìn)而監(jiān)控清洗進(jìn)度，此外，該裝置還引入輔助系統(tǒng)(惰性氣體保護(hù)裝置)，能夠有效防止清洗過程中基體發(fā)生二次氧化。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的是針對(duì)目前金屬模具內(nèi)腔的傳統(tǒng)除銹法(化學(xué)除銹法)存在污染大，易對(duì)模具精度和壽命造成影響的問題，發(fā)明一種無需化學(xué)試劑的快速綠色清洗法(激光除銹法)。為了實(shí)現(xiàn)激光除銹，本發(fā)明還設(shè)計(jì)了一種按預(yù)置路線自動(dòng)化清除滾塑模具內(nèi)腔銹蝕的裝置，能實(shí)現(xiàn)高清潔度、綠色化清洗。
本發(fā)明的技術(shù)方案之一是:
一種清除滾塑模具內(nèi)腔銹蝕的裝置，其特征是它包括:
一激光加載系統(tǒng)，該激光加載系統(tǒng)在控制系統(tǒng)控制下提供清洗所需的激光；它主要由激光控制器2、納秒激光器3和可彎曲光纖4組成，激光控制器2控制納秒激光器3發(fā)出激光光束并通過可彎曲光纖4傳送；
一清洗系統(tǒng)、該清洗系統(tǒng)用于將激光加載系統(tǒng)發(fā)出的激光通過清洗工作頭10照射到滾塑模具內(nèi)腔進(jìn)行激光清洗；
一控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)主要由計(jì)算機(jī)1、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)8，18、絲杠導(dǎo)軌20、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)21和平臺(tái)控制器23組成，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)18在計(jì)算機(jī)控制下通過旋轉(zhuǎn)平臺(tái)帶動(dòng)模具回轉(zhuǎn)，反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)8在計(jì)算機(jī)控制下通過絲杠導(dǎo)軌20帶動(dòng)模具清洗工作頭10上下移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)模具內(nèi)腔的全方位清洗，計(jì)算機(jī)I還根據(jù)實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)的信號(hào)反饋控制納秒激光器3的工作狀態(tài)并顯示實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)采集到的聲波信號(hào)；
一實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)，它用于采集清洗過程中采集的清洗表面的聲波反射信號(hào)以便及時(shí)通過控制系統(tǒng)控制納秒激光器3的工作狀態(tài)，它主要由信號(hào)處理板5、前置放大器6和聲發(fā)射傳感器16組成，聲發(fā)射傳感器16采集的信號(hào)經(jīng)前置放大器放大后送入信號(hào)處理板5再送入計(jì)算機(jī)產(chǎn)生控制信號(hào)；所述的聲發(fā)射傳感器16固定安裝在所述的夾裝清洗工作頭10的夾具9上，平具9安裝在所述的絲杠導(dǎo)軌20上。
[0008]一輔助系統(tǒng)，該輔助系統(tǒng)用于向激光清洗工作表面輸送保護(hù)性氣體以防止表面氧化,它主要由輸氣管12、氣體流量計(jì)13、調(diào)節(jié)閥14、惰性氣體源15組成，惰性氣體源15內(nèi)裝氬氣，氣體流量計(jì)13和調(diào)節(jié)閥14分別顯示和控制氬氣的流速和壓力。
[0009]所述清洗工作頭10設(shè)有傳輸光纖接口 1001和激光發(fā)射通道1006，可彎曲光纖4的輸出端插入傳輸光纖接口 1001中，在傳輸光纖接口 1001和激光發(fā)射通道1006之間安裝有擴(kuò)束鏡輸入鏡1002、擴(kuò)束鏡輸出鏡1003和保護(hù)平面鏡1004，惰性氣體接管口 1005與激光發(fā)射通道1006垂直相通；可彎曲光纖4傳輸?shù)募す馐?1經(jīng)擴(kuò)束鏡輸入鏡1002和擴(kuò)束鏡輸出鏡1003整形后垂直輻照于待處理滾塑模具7的表面。
[0010]所述聲發(fā)射傳感器16帶寬為25KHz~750KHz。
[0011]所述滾塑模具7為成型全塑儲(chǔ)罐所用半圓形模具，滾塑模具7內(nèi)徑D為600~2000mmD
[0012]所述擴(kuò)束鏡輸入鏡1002和擴(kuò)束鏡輸出鏡1003對(duì)激光的透過率大于99%。
[0013]本發(fā)明的技術(shù)方案之二是:
一種清除滾塑模具內(nèi)腔銹蝕的方法，包括以下具體步驟:
A.將待清洗滾塑模具7置于工作臺(tái)22上方，使其軸心與工作臺(tái)22的Z向回轉(zhuǎn)軸心重合，并用襯套夾具17緊固，然后利用磁吸座將聲發(fā)射傳感器16吸附于清洗工作頭夾具9的下底面；
B.將清洗工作頭10完全定位于清洗工作頭夾具9上，然后調(diào)節(jié)清洗工作頭夾具9的高度，使清洗工作頭10垂直指向滾塑模具7待清洗區(qū)域的起始位置；
C.旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)閥14控制惰性氣體的流速，保持氣體流量計(jì)13流速顯示值在10~15m/s之間，壓力顯示值在0.3-0.5 MPa之間，惰性氣體進(jìn)入清洗工作頭10后，垂直吹向待清洗滾塑模具7內(nèi)腔表面；
D.設(shè)置激光束11參數(shù)，主要包括:波長(zhǎng)、脈寬、脈沖重復(fù)頻率、光斑直徑d和激光功率；
E.在計(jì)算機(jī)I人機(jī)界面上設(shè)置激光束11掃描路徑，開啟納秒激光器3，激光束11開始掃描第一個(gè)位置，當(dāng)實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)的聲發(fā)射傳感器16檢測(cè)到脈沖信號(hào)峰值電壓小于40 mv時(shí)，計(jì)算機(jī)I向激光控制器2發(fā)出指令，納秒激光器3停止，接著向平臺(tái)控制器23發(fā)出指令，控制旋轉(zhuǎn)平臺(tái)21向逆時(shí)或順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)N°，N=360*d/(Ji*D)，激光束11到達(dá)下一個(gè)清洗位置，計(jì)算機(jī)I再次向激光控制器2發(fā)出指令，納秒激光器3發(fā)出脈沖激光對(duì)滾塑模具內(nèi)腔進(jìn)行掃描，當(dāng)實(shí)時(shí)反饋系統(tǒng)的聲發(fā)射傳感器16再次檢測(cè)到脈沖信號(hào)峰值電壓小于40 mv時(shí)，計(jì)算機(jī)I再向激光控制器2發(fā)出指令，納秒激光器3停止，接著向平臺(tái)控制器23發(fā)出指令，控制旋轉(zhuǎn)平臺(tái)21向逆時(shí)或順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)N°，N=360*d/(Ji*D)，激光束11到達(dá)下一個(gè)清洗位置，計(jì)算機(jī)I再次向激光控制器2發(fā)出指令，納秒激光器3發(fā)出脈沖激光對(duì)滾塑模具內(nèi)腔進(jìn)行掃描，如此循環(huán)，直到滿足循環(huán)次數(shù)即完成對(duì)滾塑模具一圈或半圈清洗；
F.計(jì)算機(jī)I向平臺(tái)控制器23發(fā)出指令，首先，清洗工作頭10沿絲杠導(dǎo)軌20Z軸向下移動(dòng)，移動(dòng)量大小為光斑直徑d，接著旋轉(zhuǎn)平臺(tái)21順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)第二個(gè)一圈或半圈掃描；激光束依“逆時(shí)針或順時(shí)針回轉(zhuǎn)-向下移動(dòng)-順時(shí)針或逆時(shí)針回轉(zhuǎn)-向下移動(dòng)-逆時(shí)針或順時(shí)針回轉(zhuǎn)”的路線完成滾塑模具7的清洗；激光清洗完畢后，關(guān)閉納秒激光器3，擰緊惰性氣體調(diào)節(jié)閥14。
[0014]所述的納秒激光器3為