Page 107 - 《橡塑技术与装备》2022年3期
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测试与分析 潘济堂·激光清洗技术在轮胎模具清洗中的应用研究
两种情况下，工件表面有轻微氧化变色现象（如图 2 激光清洗最佳参数与轮胎模具污染层的厚度相
所示）。在实际应用中要避免清洗设备的激光参数设定 关。生产 1 000 条和生产 3 000 条轮胎后的模具，由
在损伤模具基材的范围。 于污染层厚度不同，其最佳清洗参数也有区别。
刚从硫化机上拆下的模具由于其基材温度较高，
且模具表面的污染物还处于浸润状态，此时的附着力
最小，最易清洗。
为了高效的利用好每一个脉冲，找到高效的最佳
清洗参数，需要考虑五个最基本的参数 ：
（1）功率大小 P/w
光源功率的百分比，一般设定值 ≥90%，甚至满
功率运行。
（2）脉冲宽度 T/ns
由表 2 中计算结果可以看出，单脉冲能量一定的
情况下，脉宽越小，越利于清洗，但是要关注损伤阈
值的范围。实际清洗中，发现基材表面有变色现象发
生意味着很可能已经接近损伤临界值。考虑到污染层
图 1 基材严重损伤形貌
的清洗效果，40 ns 时能量密度不能过大，实际应用
中一般用 60 ns 或者 100 ns。这个参数由激光器设定，
设定好以后不得随意改动。
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（3）能量密度 Δ/(J . cm )
由于光源采用的脉宽为纳秒级别的脉冲激光器，
清洗参数考虑能量密度更为合适，由表 2 可以看出 60
ns 时，Δ=2.5j/cm² 时，45 号模具钢就处于基材损伤
的临界值。所以实际应用中，建议不要超过这个能量
密度。
（4）脉冲重叠率 α1=b/l×100%
为了提高效率，利用好每个脉冲的能量，必须让
脉冲有序的按照某一规律排列，首先考虑到单个脉冲
的重叠率，此时就直观的体现出了方形平顶光斑的优
势。
图 2 基材损伤形貌
3 轮胎模具激光清洗最佳参数
淡色的橡胶对 1 064 nm 的激光吸收率非常低，轮
胎模具表面黑色残留物可以用 1 064 nm 的脉冲激光清
洗。因为轮胎材料中含有炭黑，根据文献 [5] 可知，添
加炭黑后的橡胶对激光的吸收率高达 80%，其吸收率 图 3 脉冲重叠率示意图
远大于模具基材对激光的吸收率。这也能解释为何其 （5）行重叠率 α 2 =c/l ×100%
单纯的除油能力比较弱，去除油渍主要依靠基材表面
下图所示的平行线式出光的行重叠率是比较理想
的瞬时温升气化油膜，油膜较多的区域被瞬时气化的
的情况，实际的重叠率更为复杂，这要根据清洗头扫
油气吹到周围。只能去除基材表面一层薄薄的油膜， 描出光的方式来具体分析确定。平行线出光方式的出
之后模具深层的油又会慢慢渗出到表面。
光时间利用率为 40% 左右，像南京集萃激光公司的全
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