一种清除滚塑模具内腔锈蚀的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种清除滚塑模具内腔锈蚀的装置及方法，尤其是涉及到激光除锈技术，属于激光加工与应用领域。
技术背景
[0002]滚塑成型又称旋塑、旋转成型等，其工艺流程是先将塑料原料加入模具中，然后模具沿两垂直轴不断旋转并使之加热，模内的塑料原料在重力和热能的作用下，逐渐均匀地涂布、熔融粘附于模腔的整个表面上，成型为所需要的形状，再经冷却定型而成制品。与其他成型工艺相比，滚塑工艺具有投资成本低，制品壁厚易控制等优点，因此成为生产大中型中空制品的首选方法。
[0003]滚塑工艺所用模具材料一般为低碳钢，因长期使用或暴露于空气中，模具内腔极易氧化，产生锈蚀(主要成分是a-Fe2O3.Η20、Y-Fe2O3.H2O) 0这些锈蚀影响着制品的成型精度，使制品表面坑洼不平，甚至出现废品等现象。
[0004]传统的滚塑模具内腔锈蚀清洗方法是化学清洗法。申请号为201110349284.1的中国发明专利申请公布了一种用于清洗金属模具内腔的除锈剂。该除锈剂主要成分是磷酸、柠檬酸等无机酸性溶剂。由于使用到酸性溶剂，在处理锈蚀的时候，会带来很多副作用。溶剂不仅腐蚀模具，降低模具周期寿命，更会对环境产生破坏污染。
[0005]与传统的化学清洗相比，激光清洗是一种新型的表面处理技术。由于激光清洗属于干洗，不需溶剂，没有废液排放，残渣很少，不会造成环境污染问题。能有效清除其它方法难以去除吸附在物体表面的亚微米粒子(0.5 Mffl以下)。该技术具有可控性好、易于选区定位精密清洗，清洗度高等特点。此外，在激光清洗锈蚀的过程中，激光热扫描技术产生的热效应可使基体表面相变硬化，从而改善材料的表面性能，提高基体的硬度和抗腐蚀能力，清洗改性一举两得。
[0006]申请号为201210536238.7的中国发明专利申请公布了一种基于激光毛化技术的激光除锈装置和方法，该发明利用激光毛化技术，能够实现除锈的目的，但是，对于整个除锈过程缺乏监控系统，无法了解实时清洗进度，不便于实现自动化；申请号为201010290352.7的中国发明专利申请公布了一种激光除锈装置，该发明利用激光的热效应，虽然实现了对筒形金属内壁特殊表面除锈，但该装置忽略了清除掉的锈蚀去向问题，高温的锈蚀物很容易飞溅并黏附于基体表面，会造成二次污染。
[0007]针对上述装置存在的问题，本发明专利提出一种新型激光除锈装置，该装置加入声发射传感器，能够实时采集除锈过程中的声波信号，进而监控清洗进度，此外，该装置还引入辅助系统(惰性气体保护装置)，能够有效防止清洗过程中基体发生二次氧化。
【发明内容】
本发明的目的是针对目前金属模具内腔的传统除锈法(化学除锈法)存在污染大，易对模具精度和寿命造成影响的问题，发明一种无需化学试剂的快速绿色清洗法(激光除锈法)。为了实现激光除锈，本发明还设计了一种按预置路线自动化清除滚塑模具内腔锈蚀的装置，能实现高清洁度、绿色化清洗。
本发明的技术方案之一是:
一种清除滚塑模具内腔锈蚀的装置，其特征是它包括:
一激光加载系统，该激光加载系统在控制系统控制下提供清洗所需的激光；它主要由激光控制器2、纳秒激光器3和可弯曲光纤4组成，激光控制器2控制纳秒激光器3发出激光光束并通过可弯曲光纤4传送；
一清洗系统、该清洗系统用于将激光加载系统发出的激光通过清洗工作头10照射到滚塑模具内腔进行激光清洗；
一控制系统，该控制系统主要由计算机1、反应式步进电机8，18、丝杠导轨20、旋转平台21和平台控制器23组成，反应式步进电机18在计算机控制下通过旋转平台带动模具回转，反应式步进电机8在计算机控制下通过丝杠导轨20带动模具清洗工作头10上下移动，从而实现对模具内腔的全方位清洗，计算机I还根据实时反馈系统的信号反馈控制纳秒激光器3的工作状态并显示实时反馈系统采集到的声波信号；
一实时反馈系统，它用于采集清洗过程中采集的清洗表面的声波反射信号以便及时通过控制系统控制纳秒激光器3的工作状态，它主要由信号处理板5、前置放大器6和声发射传感器16组成，声发射传感器16采集的信号经前置放大器放大后送入信号处理板5再送入计算机产生控制信号；所述的声发射传感器16固定安装在所述的夹装清洗工作头10的夹具9上，平具9安装在所述的丝杠导轨20上。
[0008]一辅助系统，该辅助系统用于向激光清洗工作表面输送保护性气体以防止表面氧化,它主要由输气管12、气体流量计13、调节阀14、惰性气体源15组成，惰性气体源15内装氩气，气体流量计13和调节阀14分别显示和控制氩气的流速和压力。
[0009]所述清洗工作头10设有传输光纤接口 1001和激光发射通道1006，可弯曲光纤4的输出端插入传输光纤接口 1001中，在传输光纤接口 1001和激光发射通道1006之间安装有扩束镜输入镜1002、扩束镜输出镜1003和保护平面镜1004，惰性气体接管口 1005与激光发射通道1006垂直相通；可弯曲光纤4传输的激光束11经扩束镜输入镜1002和扩束镜输出镜1003整形后垂直辐照于待处理滚塑模具7的表面。
[0010]所述声发射传感器16带宽为25KHz~750KHz。
[0011]所述滚塑模具7为成型全塑储罐所用半圆形模具，滚塑模具7内径D为600~2000mmD
[0012]所述扩束镜输入镜1002和扩束镜输出镜1003对激光的透过率大于99%。
[0013]本发明的技术方案之二是:
一种清除滚塑模具内腔锈蚀的方法，包括以下具体步骤:
A.将待清洗滚塑模具7置于工作台22上方，使其轴心与工作台22的Z向回转轴心重合，并用衬套夹具17紧固，然后利用磁吸座将声发射传感器16吸附于清洗工作头夹具9的下底面；
B.将清洗工作头10完全定位于清洗工作头夹具9上，然后调节清洗工作头夹具9的高度，使清洗工作头10垂直指向滚塑模具7待清洗区域的起始位置；
C.旋转调节阀14控制惰性气体的流速，保持气体流量计13流速显示值在10~15m/s之间，压力显示值在0.3-0.5 MPa之间，惰性气体进入清洗工作头10后，垂直吹向待清洗滚塑模具7内腔表面；
D.设置激光束11参数，主要包括:波长、脉宽、脉冲重复频率、光斑直径d和激光功率；
E.在计算机I人机界面上设置激光束11扫描路径，开启纳秒激光器3，激光束11开始扫描第一个位置，当实时反馈系统的声发射传感器16检测到脉冲信号峰值电压小于40 mv时，计算机I向激光控制器2发出指令，纳秒激光器3停止，接着向平台控制器23发出指令，控制旋转平台21向逆时或顺时针方向旋转N°，N=360*d/(Ji*D)，激光束11到达下一个清洗位置，计算机I再次向激光控制器2发出指令，纳秒激光器3发出脉冲激光对滚塑模具内腔进行扫描，当实时反馈系统的声发射传感器16再次检测到脉冲信号峰值电压小于40 mv时，计算机I再向激光控制器2发出指令，纳秒激光器3停止，接着向平台控制器23发出指令，控制旋转平台21向逆时或顺时针方向旋转N°，N=360*d/(Ji*D)，激光束11到达下一个清洗位置，计算机I再次向激光控制器2发出指令，纳秒激光器3发出脉冲激光对滚塑模具内腔进行扫描，如此循环，直到满足循环次数即完成对滚塑模具一圈或半圈清洗；
F.计算机I向平台控制器23发出指令，首先，清洗工作头10沿丝杠导轨20Z轴向下移动，移动量大小为光斑直径d，接着旋转平台21顺时针或逆时针旋转，实现第二个一圈或半圈扫描；激光束依“逆时针或顺时针回转-向下移动-顺时针或逆时针回转-向下移动-逆时针或顺时针回转”的路线完成滚塑模具7的清洗；激光清洗完毕后，关闭纳秒激光器3，拧紧惰性气体调节阀14。
[0014]所述的纳秒激光器3为