邹涛1，杨和逸2，仇连波3
(1、万力轮胎股份有限公司，广东 广州 511400;2、南京集萃激光智能制造有限公司，江苏 南京 211800;3、合肥万力轮胎有限公司，安徽 合肥 231137)
(……接上期)
2.2活络模激光清洗方式存在的主要问题及分析
2.2.1 激光清洗技术简介
激光清洗是一种利用高能短脉冲激光束照射工件表面，表面的污物、锈斑或涂层吸收激光能量后发生瞬间蒸发、应力冲击或振动剥离的工艺过程(见图4)。激光清洗所需能量(功率)密度应大于清洗污染物所需能量(密度)密度阈值以进行有效清洗，同时激光能量(功率)密度应小于工件的损伤能量(功率)密度阈值，以免对工件造成损伤。在清洗阈值与损伤阈值之间，能量(功率)密度越大，清洗效率越高(见图5)。激光清洗需要对能量(功率)密度进行十分严格的控制。
激光清洗不需使用任何化学药剂和清洗液，清洗下来的废料基本上都是固体粉末，体积小，易于存放，可回收，无光化学反应、不会产生污染，是一种没有环境污染的“绿色”清洗方法。激光清洗无研磨、非接触、无热效应，不会损伤工件表面。激光可以通过光纤或导光臂传输，与机械臂或机器人相配合，可方便地实现远距离操作，能清洗传统清洗方法人员不易到达的危险场所(真空环境、核辐射环境等)实施清洗作业。激光清洗可与智能制造技术相结合实现智能自动清洗，清洗速度快、效率高。激光清洗无需耗材，设备运行成本低。
激光清洗轮胎活络模是激光清洗技术的典型应用，在实现绿色低碳环保清洗的同时，可降低轮胎企业制造成本，综合效能提升显著。
图4激光清洗原理示意图
图5激光清洗阈值示意图
2.2.2 活络模激光清洗方式简介
(1)活络模线上激光清洗方式
活络模线上激光清洗是采用激光清洗技术替代传统线上干冰清洗的一种清洗方法，分为手持式与自动式清洗两种(见图6、图7)。以上两种线上激光清洗方式均需要将激光能量准确输送到模具表面，通过控制模具表面光斑的扫描移动速度和激光能量密度在合适的范围实现对活络模表面残留物的有效清洗。
采用线上激光清洗可以避免线上干冰清洗的高噪声和车间环境污染，并减少因活络模磨损精度下降而对轮胎质量的影响，有利于轮胎企业的环境保护、职业健康、效能提升。
图6 线上手持激光清洗
图7 线上自动化激光清洗(4JET)
(2)活络模线下激光清洗方式
活络模线下激光清洗可以替代传统的砂洗工艺，能避免模具多次砂洗受损严重，精度差等问题。激光清洗对模具无损伤。
活络模线下激光清洗可采用手持激光清洗或自动化激光清洗。由于手持激光清洗无法保证模具表面各部分获得的激光能量(功率)密度保持一致，因而清洗外观不良，存在清洗“花斑”或“斑马纹”现象(见图8)，影响模具的使用效果。自动化激光清洗活络模可以通过保持激光清洗头照射模具的距离以及激光清洗头移动速率保持恒定来保证激光能量(功率)密度的一致性，从而实现清洗效果的一致性。
图8 手持清洗时模具表面出现的“花斑”
线下激光清洗活络模分为整体清洗与打散清洗两种方式。模具花纹块组合成整体进行清洗可以快速对模具工作表面进行清洗，但对花纹块与花纹块之间结合面的胶垢无法进行有效清洗。活络模打散清洗可以对各花纹块型腔表面、花纹块与花纹块的对接面(竖面)及与侧板的配合面(环面)进行无死角清洗，清洗干净彻底。
2.2.3 活络模激光清洗方式存在的主要问题与分析
(1)活络模线上激光清洗方式
活络模线上激光清洗技术这些年在轮胎企业的应用过程中，主要存在以下四个方面的问题，有待进一步解决后才具有推广的价值。
a.作业环境温度较高
硫化机模具的工作温度一般在180℃左右。轮胎定型硫化结束脱模后，系统截止进蒸汽，进行模具清洗作业，模具剩余温度还有100℃以上，机台周围环境温度一般都在40°以上。在线手持激光清洗模具，操作人员在机台模具上的炙热高温环境下手持数公斤重激光清洗头连续精细清洗作业数十分钟或一两个小时(视模具规格大小而不同)，安全风险高，清洗质量难以保证。因此在线手持激光清洗方式在活络模整套型腔的实际清洗过程中难于推广应用。
采用自动化激光清洗，激光清洗设备将面临同样的高温环境条件。激光清洗头中的光学元件、控制元器件、运动部件在高温环境下会很快老化失效，故障频发，失去使用功能。
b.清洗部位难以接近
不论是液压硫化机，还是机械式硫化机，上侧板与花纹块距下侧板表面较高，离清洗操作人员较远，无论是手持清洗作业人员或自动清洗的激光清洗头都较难接近清洗区域并进行清洗作业。
c.对各类型硫化机及不同规格模具的适应性
采用手持激光清洗可基本适应各类型硫化机不同规格模具的清洗要求，但高温环境条件限制了手持清洗方式的应用。自动激光清洗存在激光清洗头模组与各类型硫化机及不同规格模具的规格大小、空间姿态配合及清洗运动控制问题。
d.存在清洗死角
线上激光清洗是对活络模型腔进行整体清洗，由于激光清洗头空间位置及姿态受模具型腔结构的限制，模具中有些部位存在清洗死角，激光束不能照射进死角部位，造成清洗不干净。长周期硫化情况下，模具局部表面残留物会越积越多，影响轮胎产品外观质量及均匀性。
(2)活络模线下激光清洗方式
目前大多数购置了活络模线下激光清洗设备的厂家主要采用手持式激光清洗机进行手工清洗作业。线下手持清洗作业存在如下主要问题：
a.无法避免清洗“花斑”。手持清洗作业无法保持手持清洗头距模具表面的距离和沿模具表面轮廓移动速度的稳定性，模具表面获得的激光能量密度一直处于变化之中，造成局部区域清洗不干净或“过烧”损伤模具，形成清洗“花斑”，影响模具清洗质量及轮胎表面色泽的均一性。
b.劳动强度大。手持激光清洗需要操作人员长时间精细控制数公斤重手持清洗头的移动状态，这对操作人员的体力和耐力是极大的考验，劳动强度极大。久而久之，手持激光清洗并不具有实用价值。
c.存在激光辐射安全风险。手持式激光清洗为开放式清洗，清洗用激光光源为最高风险等级的4类激光产品，激光清洗的激光束及其照射在模具表面杂乱反射的的漫反射光存在损伤人眼及皮肤的风险。手持激光清洗具有操作的随意性，极易对操作者或周边其他人员造成激光辐射危害。
d.清洗烟尘污染空间环境。开放式的清洗作业环境，不能做到对清洗烟尘的完全收集处理。长期以往，弥散在空气环境中的烟尘会损害员工职业健康。
因此，很有必要开发一款完全解决手持激光清洗应用固有缺陷的新型自动化激光清洗设备。
(待续……)
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