鄒濤 ，楊和逸 ，仇連波

(1. 萬力輪胎股份有限公司，廣東 廣州 511400 ；2. 南京集萃激光智能制造有限公司，江蘇 南京 211800 ；3. 合肥萬力輪胎有限公司，安徽 合肥 231137)

0 前言

活絡(luò)模傳統(tǒng)清洗方式對環(huán)境造成的客觀影響，隨著國家“ 碳達(dá)峰、碳達(dá)標(biāo)” 戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)施計(jì)劃的推進(jìn)，迫切需要發(fā)展激光清洗技術(shù)而替代活絡(luò)模傳統(tǒng)的清洗方式。縱觀國內(nèi)外市場活絡(luò)模線上、線下激光清洗設(shè)備開發(fā)應(yīng)用的實(shí)際情況，通過簡單、實(shí)效、造價、服務(wù)等維度給予評估，均存在這樣或那樣的問題，詳情參見表1。優(yōu)先開發(fā)國產(chǎn)線下激光清洗設(shè)備并推廣應(yīng)用，進(jìn)一步攻克線上激光自動化清洗技術(shù)難關(guān)，以滿足輪胎企業(yè)模具清洗的迫切需求，是本文著重研究的方向。

表1 活絡(luò)模主要激光清洗設(shè)備應(yīng)用特性評估表

1 活絡(luò)模清洗方式存在的主要問題及分析

1.1 活絡(luò)模傳統(tǒng)清洗方式存在的問題與分析

1.1.1 活絡(luò)模傳統(tǒng)清洗方式簡介

活絡(luò)模傳統(tǒng)清洗方式主要分為線上干冰清洗和線下砂洗兩大類。

（1）線上干冰清洗

線上干冰清洗又稱在線冷噴, 其原理（見圖1）是通過壓縮空氣將粒狀干冰（CO2）高速噴射到模具表面，利用溫差（模具180 ℃左右，干冰-78 ℃ ）的物理反應(yīng)使膠垢脆化及松脫，將污垢快速徹底的從金屬表面剝落，達(dá)到清潔型腔表面并在較短時間恢復(fù)生產(chǎn)的目的。干冰清洗具體清洗過程包括：低溫冷凍剝離、吹掃剝離、沖擊剝離。

圖1 干冰清洗原理示意圖

由于干冰清洗技術(shù)的特性與優(yōu)勢，為提高硫化機(jī)生產(chǎn)效率與產(chǎn)品外觀質(zhì)量，活絡(luò)模線上干冰清洗方式在輪胎企業(yè)獲得普遍應(yīng)用。

（2）線下砂洗

線下砂洗按清洗設(shè)備自動化程度，分為手動砂洗與自動化砂洗兩種。按砂料的種類一般分為玻璃珠、金剛砂、不銹鋼丸砂洗三種。

a. 手動砂洗

手動砂洗機(jī)（見圖2），主要由噴砂主機(jī)、旋風(fēng)分離器、儲砂箱、壓入式噴砂機(jī)、噴槍組、儲塵器、風(fēng)機(jī)及連接管路各系統(tǒng)組成。壓力式噴砂機(jī)噴出的砂料掉入至主機(jī)集砂斗，然后在高壓風(fēng)機(jī)的負(fù)壓吸引下被吸入至旋風(fēng)分離器進(jìn)行分離，砂料只使用一次后掉入儲砂箱中儲存等待集中處理，無用的粉塵和細(xì)砂被抽至濾芯除塵箱進(jìn)行過濾后排入大氣中。

圖2 手動推車轉(zhuǎn)盤式噴砂機(jī)示意圖

人工手持噴槍可以靈活地對模具型腔表面通過玻璃珠或不銹鋼丸進(jìn)行噴射清洗。一般用于鋁花紋塊、小規(guī)格鋼制模具型腔表面的清洗。

b. 自動化砂洗

輪胎模具自動化清洗機(jī)（見圖3），由主機(jī)部分，旋風(fēng)集料、給料系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)，電器部分四大部分組成。四大系統(tǒng)通過電器的自動控制有機(jī)的組成一體，來完成輪胎模具的清洗工作。

圖3 輪胎模具自動化清洗機(jī)示意圖

該雙工位洗模機(jī)采用吸入式噴砂，即利用壓縮空氣在噴槍內(nèi)高速流動形成負(fù)壓產(chǎn)生的引射作用，將旋風(fēng)除塵器內(nèi)的磨料通過噴砂管吸入噴槍內(nèi)，然后隨壓縮空氣由噴嘴高速噴出，實(shí)現(xiàn)對工件表面的噴砂處理。噴出后的磨料，落回集砂斗內(nèi)循環(huán)使用，噴砂時產(chǎn)生的灰塵被除塵箱抽出，并經(jīng)分離器進(jìn)行分離，好的磨料積至分離器底部，落回儲砂器中循環(huán)使用，粉塵經(jīng)兩級分離，被吸至旋風(fēng)除塵器及布袋除塵器，由布袋除塵器將粉塵分離，凈化排到空氣中。

輪胎模具自動化砂洗設(shè)備，清洗效率較高。一般采用不銹鋼丸或玻璃珠砂為磨料，主要用于鋼制模具型腔表面的清洗。

1.1.2 活絡(luò)模傳統(tǒng)清洗方式存在的問題及分析

活絡(luò)模傳統(tǒng)清洗方式，不論是線上還是線下清洗，利用介質(zhì)清洗型腔表面時，對環(huán)境及模具精度都有一定程度的影響，存在的問題及分析如下。

a. 線上干冰清洗

線上干冰清洗因高速氣流夾帶干冰顆粒對型腔表面進(jìn)行噴射，產(chǎn)生噪音（100～110 dB）較大、粉塵多、伴隨著大量CO2汽化而對環(huán)境造成惡劣影響，并因急劇冷卻和冰粒沖擊型腔模各配合面，導(dǎo)致花紋筋累積變形、損壞及配合精度劣化等缺陷，造成產(chǎn)品外觀及均勻性指標(biāo)難以控制，相應(yīng)模具維修費(fèi)用逐步增加。

b. 線下砂洗

線下砂洗，主要采用噴砂清洗方法，不論是手動設(shè)備砂洗還是自動化設(shè)備砂洗，都是通過壓縮空氣將砂粒高速噴出，對模具表面進(jìn)行沖擊和切削使膠污剝離模具表面，其清洗過程等同于對模具表面進(jìn)行研磨，極易造成模具配合精度及鋁花紋塊胎頂精度的劣化。由此對產(chǎn)品質(zhì)量與模具維護(hù)成本造成的影響程度，同比干冰清洗方式更大。

1.2 活絡(luò)模激光清洗方式存在的主要問題及分析

1.2.1 激光清洗技術(shù)簡介

激光清洗是一種利用高能短脈沖激光束照射工件表面，表面的污物、銹斑或涂層吸收激光能量后發(fā)生瞬間蒸發(fā)、應(yīng)力沖擊或振動剝離的工藝過程（見圖4）。激光清洗所需能量（功率）密度應(yīng)大于清洗污染物所需能量（密度）密度閾值以進(jìn)行有效清洗，同時激光能量（功率）密度應(yīng)小于工件的損傷能量（功率）密度閾值，以免對工件造成損傷。在清洗閾值與損傷閾值之間，能量（功率）密度越大，清洗效率越高（見圖5）。激光清洗需要對能量（功率）密度進(jìn)行十分嚴(yán)格的控制。

圖4 激光清洗原理示意圖

圖5 激光清洗閾值示意圖

激光清洗不需使用任何化學(xué)藥劑和清洗液，清洗下來的廢料基本上都是固體粉末，體積小，易于存放，可回收，無光化學(xué)反應(yīng)、不會產(chǎn)生污染，是一種沒有環(huán)境污染的“ 綠色” 清洗方法。激光清洗無研磨、非接觸、無熱效應(yīng)，不會損傷工件表面。激光可以通過光纖或?qū)Ч獗蹅鬏?，與機(jī)械臂或機(jī)器人相配合，可方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，能清洗傳統(tǒng)清洗方法人員不易到達(dá)的危險場所（真空環(huán)境、核輻射環(huán)境等）實(shí)施清洗作業(yè)。激光清洗可與智能制造技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)智能自動清洗，清洗速度快、效率高。激光清洗無需耗材，設(shè)備運(yùn)行成本低。

激光清洗輪胎活絡(luò)模是激光清洗技術(shù)的典型應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)綠色低碳環(huán)保清洗的同時，可降低輪胎企業(yè)制造成本，綜合效能提升顯著。

1.2.2 活絡(luò)模激光清洗方式簡介

（1）活絡(luò)模線上激光清洗方式

活絡(luò)模線上激光清洗是采用激光清洗技術(shù)替代傳統(tǒng)線上干冰清洗的一種清洗方法，分為手持式與自動式清洗兩種（見圖6、圖7）。以上兩種線上激光清洗方式均需要將激光能量準(zhǔn)確輸送到模具表面，通過控制模具表面光斑的掃描移動速度和激光能量密度在合適的范圍實(shí)現(xiàn)對活絡(luò)模表面殘留物的有效清洗。

圖6 線上手持激光清洗

圖7 線上自動化激光清洗（4JET）

采用線上激光清洗可以避免線上干冰清洗的高噪聲和車間環(huán)境污染，并減少因活絡(luò)模磨損精度下降而對輪胎質(zhì)量的影響，有利于輪胎企業(yè)的環(huán)境保護(hù)、職業(yè)健康、效能提升。

（2）活絡(luò)模線下激光清洗方式

活絡(luò)模線下激光清洗可以替代傳統(tǒng)的砂洗工藝，能避免模具多次砂洗受損嚴(yán)重，精度差等問題。激光清洗對模具無損傷。

活絡(luò)模線下激光清洗可采用手持激光清洗或自動化激光清洗。由于手持激光清洗無法保證模具表面各部分獲得的激光能量（功率）密度保持一致，因而清洗外觀不良，存在清洗“ 花斑” 或“ 斑馬紋” 現(xiàn)象（見圖8），影響模具的使用效果。自動化激光清洗活絡(luò)?？梢酝ㄟ^保持激光清洗頭照射模具的距離以及激光清洗頭移動速率保持恒定來保證激光能量（功率）密度的一致性，從而實(shí)現(xiàn)清洗效果的一致性。

圖8 手持清洗時模具表面出現(xiàn)的“ 花斑”

線下激光清洗活絡(luò)模分為整體清洗與打散清洗兩種方式。模具花紋塊組合成整體進(jìn)行清洗可以快速對模具工作表面進(jìn)行清洗，但對花紋塊與花紋塊之間結(jié)合面的膠垢無法進(jìn)行有效清洗?；罱j(luò)模打散清洗可以對各花紋塊型腔表面、花紋塊與花紋塊的對接面（豎面）及與側(cè)板的配合面（環(huán)面）進(jìn)行無死角清洗，清洗干凈徹底。

1.2.3 活絡(luò)模激光清洗方式存在的主要問題與分析

（1）活絡(luò)模線上激光清洗方式

活絡(luò)模線上激光清洗技術(shù)這些年在輪胎企業(yè)的應(yīng)用過程中，主要存在以下四個方面的問題，有待進(jìn)一步解決后才具有推廣的價值。

a. 作業(yè)環(huán)境溫度較高

硫化機(jī)模具的工作溫度一般在180 ℃左右。輪胎定型硫化結(jié)束脫模后，系統(tǒng)截止進(jìn)蒸汽，進(jìn)行模具清洗作業(yè)，模具剩余溫度還有100 ℃以上，機(jī)臺周圍環(huán)境溫度一般都在40 ℃以上。在線手持激光清洗模具，操作人員在機(jī)臺模具上的炙熱高溫環(huán)境下手持?jǐn)?shù)公斤重激光清洗頭連續(xù)精細(xì)清洗作業(yè)數(shù)十分鐘或一兩個小時（視模具規(guī)格大小而不同），安全風(fēng)險高，清洗質(zhì)量難以保證。因此在線手持激光清洗方式在活絡(luò)模整套型腔的實(shí)際清洗過程中難于推廣應(yīng)用。

采用自動化激光清洗，激光清洗設(shè)備將面臨同樣的高溫環(huán)境條件。激光清洗頭中的光學(xué)元件、控制元器件、運(yùn)動部件在高溫環(huán)境下會很快老化失效，故障頻發(fā)，失去使用功能。

b. 清洗部位難以接近

不論是液壓硫化機(jī)，還是機(jī)械式硫化機(jī)，上側(cè)板與花紋塊距下側(cè)板表面較高，離清洗操作人員較遠(yuǎn)，無論是手持清洗作業(yè)人員或自動清洗的激光清洗頭都較難接近清洗區(qū)域并進(jìn)行清洗作業(yè)。

c. 對各類型硫化機(jī)及不同規(guī)格模具的適應(yīng)性

采用手持激光清洗可基本適應(yīng)各類型硫化機(jī)不同規(guī)格模具的清洗要求，但高溫環(huán)境條件限制了手持清洗方式的應(yīng)用。自動激光清洗存在激光清洗頭模組與各類型硫化機(jī)及不同規(guī)格模具的規(guī)格大小、空間姿態(tài)配合及清洗運(yùn)動控制問題。

d. 存在清洗死角

線上激光清洗是對活絡(luò)模型腔進(jìn)行整體清洗，由于激光清洗頭空間位置及姿態(tài)受模具型腔結(jié)構(gòu)的限制，模具中有些部位存在清洗死角，激光束不能照射進(jìn)死角部位，造成清洗不干凈。長周期硫化情況下，模具局部表面殘留物會越積越多，影響輪胎產(chǎn)品外觀質(zhì)量及均勻性。

(2）活絡(luò)模線下激光清洗方式

目前大多數(shù)購置了活絡(luò)模線下激光清洗設(shè)備的廠家主要采用手持式激光清洗機(jī)進(jìn)行手工清洗作業(yè)。線下手持清洗作業(yè)存在如下主要問題：

a. 無法避免清洗“ 花斑”。手持清洗作業(yè)無法保持手持清洗頭距模具表面的距離和沿模具表面輪廓移動速度的穩(wěn)定性，模具表面獲得的激光能量密度一直處于變化之中，造成局部區(qū)域清洗不干凈或“ 過燒”損傷模具，形成清洗“ 花斑”，影響模具清洗質(zhì)量及輪胎表面色澤的均一性。

b. 勞動強(qiáng)度大。手持激光清洗需要操作人員長時間精細(xì)控制數(shù)公斤重手持清洗頭的移動狀態(tài)，這對操作人員的體力和耐力是極大的考驗(yàn)，勞動強(qiáng)度極大。久而久之，手持激光清洗并不具有實(shí)用價值。

c. 存在激光輻射安全風(fēng)險。手持式激光清洗為開放式清洗，清洗用激光光源為最高風(fēng)險等級的4 類激光產(chǎn)品，激光清洗的激光束及其照射在模具表面雜亂反射的的漫反射光存在損傷人眼及皮膚的風(fēng)險。手持激光清洗具有操作的隨意性，極易對操作者或周邊其他人員造成激光輻射危害。

d. 清洗煙塵污染空間環(huán)境。開放式的清洗作業(yè)環(huán)境，不能做到對清洗煙塵的完全收集處理。長期以往，彌散在空氣環(huán)境中的煙塵會損害員工職業(yè)健康。

因此，很有必要開發(fā)一款完全解決手持激光清洗應(yīng)用固有缺陷的新型自動化激光清洗設(shè)備。

2 活絡(luò)模線下激光清洗技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)有

2.1 活絡(luò)模線下激光清洗設(shè)備的開發(fā)

針對活絡(luò)模線下傳統(tǒng)清洗及手持激光清洗方式存在的諸多問題，國內(nèi)少數(shù)廠家開展了活絡(luò)模線下自動激光清洗設(shè)備的研發(fā)工作。其中南京集萃激光智能制造有限公司開發(fā)的JL-SmartCleaning 系列全自動輪胎模具激光清洗工作站（以下簡稱工作站，見圖9），由脈沖光纖激光器、六軸機(jī)器人、帶云臺激光清洗頭、整機(jī)控制系統(tǒng)、雙工位旋轉(zhuǎn)平臺、激光清洗專家軟件、煙塵收集處理系統(tǒng)、激光安全系統(tǒng)和水氣輔助系統(tǒng)等八大部分組成。在完成了大量激光清洗工藝試驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立了激光清洗工藝專家?guī)煜到y(tǒng)，該工作站已在輪胎企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場得到了實(shí)際的清洗應(yīng)用。

圖9 JL-SmartCleaning 系列全自動激光清洗工作站外觀圖

該工作站的研發(fā)制造申報(bào)了關(guān)于激光清洗工藝、激光清洗模具快速定位、激光清洗頭、激光輻射安全防護(hù)、激光清洗工藝管理等方面的19 項(xiàng)發(fā)明專利、實(shí)用新型專利和軟件著作權(quán)，其中15 項(xiàng)已獲得中國國家知識專利局和國家版權(quán)局授權(quán)。吹響了國產(chǎn)化替代進(jìn)口激光清洗設(shè)備的新號角。

工作站根據(jù)絕大多數(shù)輪胎制造企業(yè)針對半鋼、全鋼模具的清洗要求，國外同類激光清洗設(shè)備在使用中存在的問題及國際國內(nèi)輪胎行業(yè)相關(guān)模具規(guī)格技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和激光行業(yè)輻射安全防護(hù)要求技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)而成。

該工作站采用了雙工位設(shè)計(jì)，有效提高了工作站的使用效率。該工作站可對打散后的活絡(luò)?；y塊、側(cè)板逐塊進(jìn)行全方位自動清洗（見圖10、圖11），將花紋塊分型面和胎肩上的“ 膠垢” 殘留物以及側(cè)板鋼圈上的污垢清洗干凈。

圖10 花紋塊的激光自動清洗

圖11 側(cè)板的激光自動清洗

采用了六軸機(jī)器人和激光清洗云臺使激光清洗頭具有更靈活的空間位置與姿態(tài)控制能力，實(shí)現(xiàn)全方位無死角清洗。焦距保持功能和沿模具弧面勻速運(yùn)動功能可以保證激光清洗的一致性，清洗無“ 花斑”。

為保證花紋塊的各個部分都被清洗干凈，激光束可從四個角度傾斜照射花紋塊進(jìn)行清洗。激光束傾斜照射花紋塊的角度依各花紋塊中花紋的高度和間隔不同而不同。采用能量均勻分布的平頂光束（見圖12）進(jìn)行激光清洗，可有效防止高斯光束對模具造成損傷。采用方形光斑較圓形光斑具有更好的模具表面覆蓋效率（見圖13），從而提高了清洗效率。

圖12 能量均勻分布的平頂光束

圖13 光斑搭接影響清洗效率

該工作站系列可配備波長1 064 nm，平均輸出功率500 W、1 000 W 或2 000 W，單脈沖能量25 mj、50 MJ 或100 MJ 的納秒脈沖光纖激光器，滿足不同的清洗要求。根據(jù)模具表面殘留物嚴(yán)重程度，可以合理調(diào)整激光脈沖頻率、脈沖寬度及光束掃描速度從而精確控制模具表面獲得的激光能量密度，實(shí)現(xiàn)對模具的柔性清洗。

專業(yè)開發(fā)的激光清洗專家?guī)煜到y(tǒng)可以查詢、新增、修改、調(diào)用、存貯各規(guī)格型號、各編號模具的激光清洗工藝參數(shù)，包括清洗工藝路徑規(guī)劃、清洗頭運(yùn)動參數(shù)、激光工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)。

該工作站配備有溫濕度、水溫和風(fēng)壓傳感器實(shí)時監(jiān)控設(shè)備的工作條件和環(huán)境條件，保障設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)于正常工作環(huán)境條件。工作站控制柜配有恒溫低濕工作條件，保證了激光器及機(jī)器人控制系統(tǒng)和整機(jī)控制系統(tǒng)的正常穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

激光清洗模具在可移動全密閉防護(hù)罩內(nèi)進(jìn)行。根據(jù)GB7247.1—2012《激光產(chǎn)品的安全 第1 部分：設(shè)備分類、要求》國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，防護(hù)罩關(guān)閉后的工作站屬于安全的1 類激光產(chǎn)品。為觀察防護(hù)罩內(nèi)激光清洗作業(yè)情況，該工作站配有視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控激光清洗情況。煙塵收集系統(tǒng)收集過濾處理防護(hù)罩內(nèi)激光清洗產(chǎn)生的煙塵，過濾精度達(dá)到0.3 μm。

2.2 活絡(luò)模線下激光清洗設(shè)備的應(yīng)用

JL-SmartCleaning 工作站應(yīng)用于合肥萬力200萬條全鋼產(chǎn)能的模具清洗，從一年多的使用情況進(jìn)行評估，其清洗質(zhì)量、清洗效率和應(yīng)用成本達(dá)到或優(yōu)于設(shè)計(jì)指標(biāo)，可滿足公司生產(chǎn)日換模計(jì)劃的模具清洗要求, 具體情況如下。

2.2.1 清洗質(zhì)量

工作站從模具與輪胎兩個維度進(jìn)行驗(yàn)證評估，具有無色差，無死角，不易堵孔的特點(diǎn)。其焦距保持與勻速運(yùn)動功能，能避免模具表面色差，保證清洗效果的一致性（見圖14）。清洗過程中，除完成模具型腔表面清洗，還可有效清除側(cè)板鋼圈、側(cè)板與花塊配合面等位置殘留膠皮、隔離劑等異物（見圖15）。解決了模具配合面因砂洗損傷其精度劣化而影響產(chǎn)品質(zhì)量的難題。

圖14 型腔模表面清洗效果圖

圖15 型腔模配合面清洗效果對比圖

需要指出的是，對于表面銹蝕的模具或經(jīng)過焊接、拋光后維修痕跡明顯的模具需先進(jìn)行噴砂或拋光處理，再進(jìn)行激光清洗。此外，如型腔模及鋼圈配合面殘留較厚膠皮，須人工清理后再行激光清洗，以免在模具表面殘留明顯黑色痕跡。

2.2.2 清洗效率

工作站自動清洗操作，配員：1 人/ 班，負(fù)責(zé)模具吊裝吊離清洗工位、模具配合面嚴(yán)重附著膠皮雜物清理及通孔等工作。清洗全鋼型腔48～60 min/ 副（側(cè)板4～5 min/ 塊，鋼花塊4～5 min/ 塊），可以清洗8～10副/ 班模具。1 天3 班可以清洗24～30 副型腔。完全可以滿足生產(chǎn)換模計(jì)劃的模具清洗要求。

2.2.3 清洗費(fèi)用及效益預(yù)算

雖然現(xiàn)階段激光清洗設(shè)備的價格相對較高，折舊費(fèi)用稍高，但激光清洗較砂洗及干冰清洗在人工成本、能耗、耗材費(fèi)用等方面均有所下降。

（1）激光清洗單價

人工31 元/ 副，能耗 5 元/ 副，激光清洗無耗材，設(shè)備維護(hù)及折舊77 元/ 副，合計(jì)113 元/ 副。

（2）噴砂清洗單價

人工 62 元/ 副，能耗76 元/ 副，耗材 70 元/ 副，設(shè)備維護(hù)及折舊26 元/ 副，合計(jì)234 元/ 副。

（3）干冰清洗單價（服務(wù)外包）

人工/ 耗材200 元/ 副，能耗80 元/ 副，無設(shè)備維護(hù)及折舊費(fèi)用，合計(jì)280 元/ 副。

（4）費(fèi)用對比及效益測算

引入激光清洗工作站前，采用傳統(tǒng)的清洗方式。每天模具清洗工作量為20 副，其中線下砂洗12 副/天，線上干冰清洗8 副/ 天。清洗費(fèi)用合計(jì)5 048 元/ 天，合184.3 萬元/ 年。

引入激光清洗工作站后，每天模具清洗工作量仍為20 副，其中激光清洗16 副/ 天，線上干冰清洗4副/ 天（不拆模以趕工生產(chǎn)）。清洗費(fèi)用合計(jì)2 928 元/ 天，合106.9 萬元/ 年。

引進(jìn)激光清洗設(shè)備后，模具清洗費(fèi)用比采用傳統(tǒng)清洗費(fèi)用下降了42%，節(jié)省額達(dá)77.4 萬元/ 年。如年度模具激光清洗數(shù)量增加，激光清洗技術(shù)為輪胎用戶節(jié)約的制造成本將更加可觀。

隨著未來激光清洗采用進(jìn)口激光器價格的進(jìn)一步下降，或國產(chǎn)脈沖激光器性能、可靠性的不斷提升，全自動激光清洗設(shè)備的購置成本有望得到降低，應(yīng)用激光清洗活絡(luò)模具必將獲得更大的的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

2.2.4 激光清洗對模具壽命、排氣孔影響

砂洗易造成排氣孔堵塞，噴砂清洗后需要疏通排氣孔，無法疏通的需更換氣套。少部分輪胎廠噴砂前會用鐵絲等將排氣孔逐一塞住，然后再噴砂清洗，避免不銹鋼丸或金剛砂等磨料堵塞排氣孔。以上兩種處理方式工作量都較大，一般模具完成通孔工作需要1～2 h/ 副。激光清洗方式不會造成排氣孔堵塞，排氣孔里殘留的只是較軟的橡膠或者隔離劑，容易疏通并且鉆頭不易折斷，通孔效率同比大大提升，基本不用更換排氣套。由于激光清洗設(shè)備自動運(yùn)行不需要全程看護(hù)，清洗人員可同時兼顧通孔工作，不需要單獨(dú)配備通孔及更換氣套人員，全鋼模具通孔時間約10～20 min/ 副。

激光清洗能有效維持活絡(luò)模精度長周期穩(wěn)定，還能適用于彈簧氣套模具（砂洗無法清洗）的清洗，模具維護(hù)成本顯著降低。

2.2.5 工作站維護(hù)及服務(wù)

與其他自動化激光清洗設(shè)備需要定期更換（一般是1 次/ 年）固體碟片激光器中的光學(xué)鏡片、激光晶體和空氣清潔單元不同，工作站采用了免維護(hù)的全固態(tài)光纖激光器，無需任何光學(xué)元件，其中半導(dǎo)體泵浦光源的壽命宣稱可達(dá)1.0×106h，穩(wěn)定可靠。激光清洗頭的運(yùn)動采用了有較高IP 防護(hù)等級的成熟技術(shù)工業(yè)機(jī)器人。工作站整機(jī)的維護(hù)工作量較小，主要集中在兩個方面：一是定期清潔激光清洗頭光學(xué)系統(tǒng)和煙塵收集處理系統(tǒng)中的濾筒；二是對雙工位旋轉(zhuǎn)平臺和移動防護(hù)罩的運(yùn)動單元定期加注潤滑油脂。這些均屬常規(guī)日常維護(hù)，輪胎企業(yè)維護(hù)人員經(jīng)過常規(guī)培訓(xùn)即可實(shí)施維保作業(yè)。較低的現(xiàn)場維保門檻不僅降低了工作站停機(jī)待保時間，更大幅降低了設(shè)備維保的備件、服務(wù)費(fèi)用。

當(dāng)工作站發(fā)生輪胎企業(yè)維護(hù)人員無法解決的設(shè)備故障時，廠商可在4 h 內(nèi)予以快速響應(yīng)，必要時派員24 h 內(nèi)出發(fā)前往用戶現(xiàn)場進(jìn)行診斷、維修。用戶無需將將設(shè)備或部件運(yùn)回生產(chǎn)廠維修。

3 活絡(luò)模激光清洗技術(shù)的發(fā)展方向

3.1 線下活絡(luò)模激光清洗技術(shù)的優(yōu)化與推廣

線下活絡(luò)模激光清洗技術(shù)應(yīng)在現(xiàn)有自動化激光清洗技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行個性化的改進(jìn)、提高。一是要提高激光清洗的適應(yīng)性。根據(jù)一些輪胎企業(yè)的清洗作業(yè)習(xí)慣與需求，開發(fā)既可以對活絡(luò)模具花紋塊進(jìn)行整體組合清洗以節(jié)省拆模時間，又可以對打散后的活絡(luò)?；y塊、側(cè)板逐塊進(jìn)行全方位清洗的全能自動化激光清洗設(shè)備。二是要不斷提高清洗效率。通過提高單脈沖激光能量、激光脈沖頻率和光束掃描速度來縮短清洗時間。三是要進(jìn)一步提高激光清洗設(shè)備的自動化、智能化水平，使激光智能清洗融入“ 工業(yè)4.0” 智能工廠體系相應(yīng)模塊，助力實(shí)現(xiàn)輪胎模具的全生命周期管理，減少模具投入、降低模具損耗、提高模具使用效率與產(chǎn)品外觀質(zhì)量及動均性能。四是要降低全自動激光清洗設(shè)備的購置成本和使用成本，提高國產(chǎn)化對主要進(jìn)口部件的替代率，使全自動激光清洗設(shè)備進(jìn)入更多的輪胎企業(yè)，為用戶創(chuàng)造出更多的效益。

3.2 線上活絡(luò)模激光自動化清洗設(shè)備的開發(fā)方向

線上活絡(luò)模激光自動化清洗技術(shù)是全面替代目前模具傳統(tǒng)干冰清洗的重大舉措。該技術(shù)的研發(fā)突破，對打通輪胎行業(yè)線上活絡(luò)模清洗通道，實(shí)現(xiàn)線上線下全過程的激光自動化清洗，以徹底解決二氧化碳排放的環(huán)境問題，并助力企業(yè)升級轉(zhuǎn)型實(shí)現(xiàn)智慧化管理，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)作用。

鑒于線上模具自動化清洗所面臨的高溫環(huán)境、激光清洗機(jī)難以接近工作區(qū)域、不同類型硫化機(jī)結(jié)構(gòu)和多規(guī)格模具尺寸等復(fù)雜條件，有必要從下列幾個方面進(jìn)行研究攻關(guān)：

（1）耐高溫激光清洗模組設(shè)計(jì)。激光清洗模組中的光學(xué)系統(tǒng)、清洗頭運(yùn)動系統(tǒng)、控制電子系統(tǒng)及其他輔助系統(tǒng)要有良好的耐熱性能?？膳鋫溥m宜的冷卻系統(tǒng)保障激光清洗模組中的元器件零部件處于正常工作狀態(tài)。

（2）線上模具激光清洗模組與模具的空間對接。激光清洗設(shè)備研發(fā)企業(yè)與輪胎制造企業(yè)及自動化物流設(shè)備開發(fā)公司進(jìn)行緊密合作，開發(fā)地面巡游升高車或空中RGV 懸掛車將自動化激光清洗模組按要求送至預(yù)定的清洗位置。

（3）激光清洗模組與各規(guī)格模具的自適應(yīng)對接。針對不同類型硫化機(jī)結(jié)構(gòu)和各規(guī)格模具開發(fā)激光清洗模組與模具之間的自適應(yīng)對接裝置，使激光清洗模組軸心自動定位于模具的軸心。根據(jù)模具的材質(zhì)、規(guī)格大小調(diào)整激光清洗頭掃描參數(shù)和清洗工藝參數(shù)。

（4）激光清洗模組的小型化。受硫化車間現(xiàn)場場地和清洗位置的制約，線上自動化激光清洗設(shè)備必須在線下自動化激光清洗設(shè)備的基礎(chǔ)上做小型化開發(fā)。將激光清洗頭、清洗頭運(yùn)動系統(tǒng)、激光安全防護(hù)系統(tǒng)、煙塵抽除系統(tǒng)集成為激光清洗模組，同時將激光清洗模組與模具進(jìn)行空間對接的自適應(yīng)系統(tǒng)集成到一體。

4 結(jié)束語

綜上所述，線下活絡(luò)模自動化激光清洗替代傳統(tǒng)砂洗方式技術(shù)的成功開發(fā)與應(yīng)用，開創(chuàng)了國產(chǎn)化替代并超越進(jìn)口設(shè)備的新紀(jì)元。隨著該項(xiàng)技術(shù)的逐步升級與拓展，必將被越來越多的輪胎企業(yè)所采用。激光清洗設(shè)備研發(fā)企業(yè)更應(yīng)順勢而為，通過和輪胎制造企業(yè)及物流自動化設(shè)備研發(fā)公司緊密合作，攻克線上活絡(luò)模自動化激光清洗技術(shù)難關(guān)，助力輪胎企業(yè)實(shí)現(xiàn)線上線下全過程的激光自動化智能清洗，徹底解決干冰清洗方式其二氧化碳排放的環(huán)境問題，在振興名族工業(yè)的征程上，做出新的歷史性的應(yīng)有貢獻(xiàn)。