激光清洗橡胶制品模具机理的研究

论文摘要

随着经济的发展,市场上出现了大量的橡胶制品,而生产这些橡胶制品的模具很容易遭到污染,而要保持正常的精度,就要除去表面的污垢,常规的各种清洗方法并不能满足生产的需要,正是在这种需求下,将激光技术应用到模具清洗中。激光清洗是一种新型的工业清洗技术,它具有绿色环保、清洗效率高、劳动强度低等优点,是一种具有很大发展潜力及实用价值的清洗技术。本文分析了橡胶制品模具表面污染的成因,并确定了模具表面的橡胶颗粒与基体之间的主要的吸附力是范德华力。吸附在模具表面的橡胶颗粒被去除的方式为抛离式。本文分析了激光干法清洗的机理,建立了激光干法清洗橡胶制品模具的热传导模型,并利用有限差分法求解了热传导方程。本文运用ANSYS软件模拟了激光热源清洗橡胶制品模具表面时的温度分布,并借助ANSYS软件求出了在不同激光功率密度下的模具表面最高温度,通过得出的数据求出了功率密度和模具表面最高温度之间的线性方程,并由此预测出了激光清洗模具时的损伤阈值的理论值为1611W/cm2。通过计算橡胶颗粒和模具表面之间的吸附力以及激光照射时的清洗力,得出激光清洗5μm橡胶颗粒时的清洗阈值的理论值为500W/cm2,而1μm橡胶颗粒的清洗阈值为610W/cm2。本文对激光清洗橡胶制品模具技术进行了试验研究,通过试验,确定了激光功率、离焦量和扫描速度对清洗效果的影响,并确定了激光清洗时的损伤阈值和清洗阈值,其中损伤阈值为1590W/cm2,这与我们前面计算得到的理论值非常接近。清洗阈值为530.2W/cm2,这说明颗粒半径主要在1-5μm之间。通过试验确定了激光清洗时的清洗阈值和损伤阈值后,对激光清洗橡胶制品模具技术进行了实际应用研究,通过运用激光清洗技术来清洗密封件模具后,很容易看出激光清洗技术的优势所在。激光清洗将会是未来模具清洗的主流,激光清洗技术必将在模具行业中发挥重要作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.1.1 课题研究背景
• 1.1.2 课题研究意义
• 1.2 常规模具清洗方法
• 1.2.1 机械清洗法
• 1.2.2 化学清洗法
• 1.2.3 电化学清洗法
• 1.2.4 超声波清洗法
• 1.2.5 干冰清洗法
• 1.3 激光清洗技术的发展历程与现状
• 1.3.1 激光清洗技术的发展历程
• 1.3.2 激光清洗技术的发展现状
• 1.4 激光清洗技术的原理、特点及分类
• 1.4.1 激光清洗模具的原理
• 1.4.2 激光清洗方法的分类
• 1.4.3 激光清洗模具的特点
• 1.5 课题来源及主要研究内容
• 1.5.1 课题的来源
• 1.5.2 本课题主要研究内容
• 2 橡胶制品模具表面分析与激光清洗模型的建立
• 2.1 橡胶制品模具表面污染物的成因分析
• 2.2 颗粒沾污与橡胶制品模具吸附力形式
• 2.2.1 橡胶颗粒与模具表面的吸附
• 2.2.2 橡胶颗粒和模具表面的吸附作用
• 2.3 吸附微粒被去除的方式
• 2.4 激光干法清洗的机理
• 2.5 激光干洗法中颗粒去除模型
• 2.5.1 基体热膨胀去除颗粒
• 2.5.2 颗粒自身热膨胀去除颗粒
• 本章小结
• 3 橡胶制品模具表面温度场有限元分析
• 3.1 有限元法分析思想与ANSYS 简介
• 3.1.1 有限元分析思想
• 3.1.2 ANSYS 简介
• 3.1.3 ANSYS 一般分析步骤
• 3.2 激光清洗模具表面温度场的模拟与分析
• 3.2.1 温度场有限元数值解法
• 3.2.2 模具表面温度场分析考虑因素
• 3.2.3 温度场模拟过程
• 3.3 温度场模拟结果及分析
• 3.3.1 节点温度场分布
• 3.3.2 节点热流密度矢量和分析
• 3.3.3 节点温度矢量绘制结果分析
• 3.3.4 模具表面节点温度变化分析
• 3.3.5 激光功率密度对温度场的影响
• 3.3.6 扫描速度对温度场的影响
• 3.4 激光清洗模具时损伤阈值的预测
• 3.5 激光清洗模具时清洗阈值的预测
• 3.5.1 橡胶颗粒的结构与高分子链的构象统计
• 3.5.2 吸附力的计算
• 3.5.3 清洗力的计算
• 3.5.4 激光清洗阈值的确定
• 本章小结
• 4 激光清洗橡胶制品模具的试验研究
• 4.1 激光光束特性分析
• 4.1.1 激光光束的特性及对加工质量的影响
• 4.1.2 激光清洗模具表面对激光光束的要求
• 4.2 激光器的选择与导光系统的结构及设计
• 4.2.1 激光器的选择
• 4.2.2 导光系统的结构与光路系统的设计
• 4.3 试验样品的制备
• 4.3.1 试验样片的制备
• 4.3.2 橡胶的制备
• 4.4 激光清洗橡胶制品模具表面工艺试验
• 4.4.1 激光清洗的操作过程
• 4.4.2 激光清洗模具方案
• 4.5 试验结果及分析
• 4.5.1 激光功率对清洗效果的影响
• 4.5.2 离焦量对清洗效果的影响
• 4.5.3 扫描速度对清洗效果的影响
• 4.6 清洗效率的影响因素
• 4.6.1 功率密度对清洗效率的影响
• 4.6.2 激光束入射角度对清洗效率的影响
• 4.6.3 模具表面的状况
• 4.7 激光清洗模具表面清洗结果的评价
• 4.7.1 表面清洁度的定义
• 4.7.2 模具表面清洁度的检测方法
• 本章小结
• 5 激光清洗橡胶制品模具技术的实际应用研究
• 5.1 橡胶制品模具
• 5.2 橡胶制品模具的化学清洗法
• 5.3 激光清洗模具方法
• 5.3.1 激光清洗过程
• 5.3.2 激光清洗结果分析
• 5.4 激光清洗方法与化学清洗方法比较
• 5.5 激光清洗模具技术的经济和社会效益分析
• 本章小结
• 总结与展望
• 总结
• 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读研究生期间发表（录用）论文
• 攻读研究生期间参编教材