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，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清洗法。申請?zhí)枮?01110349284.1的中國發(fā)明專利申請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、檸檬酸等無機酸性溶劑。由于使用到酸性溶劑，在處理銹蝕的時候，會帶來很多副作用。溶劑不僅腐蝕模具，降低模具周期壽命，更會對環(huán)境產(chǎn)生破壞污染。
[0005]與傳統(tǒng)的化學清洗相比，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，殘渣很少，不會造成環(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。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?zhí)枮?01210536238.7的中國發(fā)明專利申請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，對于整個除銹過程缺乏監(jiān)控系統(tǒng)，無法了解實時清洗進度，不便于實現(xiàn)自動化；申請?zhí)枮?01010290352.7的中國發(fā)明專利申請公布了一種激光除銹裝置，該發(fā)明利用激光的熱效應(yīng)，雖然實現(xiàn)了對筒形金屬內(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，會造成二次污染。
[0007]針對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采集除銹過程中的聲波信號，進而監(jiān)控清洗進度，此外，該裝置還引入輔助系統(tǒng)(惰性氣體保護裝置)，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)明的目的是針對目前金屬模具內(nèi)腔的傳統(tǒng)除銹法(化學除銹法)存在污染大，易對模具精度和壽命造成影響的問題，發(fā)明一種無需化學試劑的快速綠色清洗法(激光除銹法)。為了實現(xiàn)激光除銹，本發(fā)明還設(shè)計了一種按預(yù)置路線自動化清除滾塑模具內(nèi)腔銹蝕的裝置，能實現(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)腔進行激光清洗；
一控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)主要由計算機1、反應(yīng)式步進電機8，18、絲杠導(dǎo)軌20、旋轉(zhuǎn)平臺21和平臺控制器23組成，反應(yīng)式步進電機18在計算機控制下通過旋轉(zhuǎn)平臺帶動模具回轉(zhuǎn)，反應(yīng)式步進電機8在計算機控制下通過絲杠導(dǎo)軌20帶動模具清洗工作頭10上下移動，從而實現(xiàn)對模具內(nèi)腔的全方位清洗，計算機I還根據(jù)實時反饋系統(tǒng)的信號反饋控制納秒激光器3的工作狀態(tài)并顯示實時反饋系統(tǒng)采集到的聲波信號；
一實時反饋系統(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以便及時通過控制系統(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采集的信號經(jīng)前置放大器放大后送入信號處理板5再送入計算機產(chǎn)生控制信號；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性氣體以防止表面氧化,它主要由輸氣管12、氣體流量計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之間安裝有擴束鏡輸入鏡1002、擴束鏡輸出鏡1003和保護平面鏡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)擴束鏡輸入鏡1002和擴束鏡輸出鏡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為成型全塑儲罐所用半圓形模具，滾塑模具7內(nèi)徑D為600~2000mmD
[0012]所述擴束鏡輸入鏡1002和擴束鏡輸出鏡1003對激光的透過率大于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22上方，使其軸心與工作臺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、脈寬、脈沖重復(fù)頻率、光斑直徑d和激光功率；
E.在計算機I人機界面上設(shè)置激光束11掃描路徑，開啟納秒激光器3，激光束11開始掃描第一個位置，當實時反饋系統(tǒng)的聲發(fā)射傳感器16檢測到脈沖信號峰值電壓小于40 mv時，計算機I向激光控制器2發(fā)出指令，納秒激光器3停止，接著向平臺控制器23發(fā)出指令，控制旋轉(zhuǎn)平臺21向逆時或順時針方向旋轉(zhuǎn)N°，N=360*d/(Ji*D)，激光束11到達下一個清洗位置，計算機I再次向激光控制器2發(fā)出指令，納秒激光器3發(fā)出脈沖激光對滾塑模具內(nèi)腔進行掃描，當實時反饋系統(tǒng)的聲發(fā)射傳感器16再次檢測到脈沖信號峰值電壓小于40 mv時，計算機I再向激光控制器2發(fā)出指令，納秒激光器3停止，接著向平臺控制器23發(fā)出指令，控制旋轉(zhuǎn)平臺21向逆時或順時針方向旋轉(zhuǎn)N°，N=360*d/(Ji*D)，激光束11到達下一個清洗位置，計算機I再次向激光控制器2發(fā)出指令，納秒激光器3發(fā)出脈沖激光對滾塑模具內(nèi)腔進行掃描，如此循環(huán)，直到滿足循環(huán)次數(shù)即完成對滾塑模具一圈或半圈清洗；
F.計算機I向平臺控制器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，移動量大小為光斑直徑d，接著旋轉(zhuǎn)平臺21順時針或逆時針旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)第二個一圈或半圈掃描；激光束依“逆時針或順時針回轉(zhuǎn)-向下移動-順時針或逆時針回轉(zhuǎn)-向下移動-逆時針或順時針回轉(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