機関車の摩擦シールにおけるレーザー洗浄の応用

レーザー洗浄は、将来的に従来の洗浄方法に代わる新しい「環境に優しい」技術、および汚染や消耗品のない新しい工業用洗浄プロセスとして、動力バッテリーシステム、トランスミッションなどのさまざまなコンポーネントの生産に広く使用されています。ミクロンレベルのプロセス精度と無人自動化の統合された利点により、自動車のベアリング、車軸、ホイールリム、タイヤに使用されます。

 

 

 

 

レーザークリーニングの原理は大きく分けて「熱作用」「光剥離」「発振」の3種類に分かれます。 さまざまな種類のレーザーを使用して、さまざまなレーザービームを生成します。 特定の波長における基板と表面汚染物質との間のレーザーエネルギーの吸収係数の違いを利用することにより、基板材料と表面汚染物質はエネルギーを吸収し、熱膨張および剥離を受けます。 瞬間的な高温により、汚れは瞬時に蒸発、ガス化、または分解され、同時に固体表面に超音波が発生し、機械的共振が発生し、汚れの層や凝縮物が振動して粉砕されます。

原理図

サンドブラストやショットブラストなどの従来の工業用洗浄方法と比較して、レーザー洗浄の特徴は非研磨および非接触です。 熱的な影響はなく、洗浄対象物に機械的な力を発生させず、対象物の表面や基材を傷つけず、二次汚染も引き起こしません。 グリーンで環境に優しく、消耗品を使わない洗浄方法です。

 

 

 

長期間使用すると、車の部品には埃、錆、油汚れなどが蓄積します。 車の部品が汚れすぎると、フィルタリングや洗浄効果が低下し、オイルシリンダーに過剰な不純物が侵入し、部品の摩耗が悪化して故障の可能性が高まります。 自動車を安全に運転するためには、ホイールハブ、ブレーキパッド、ブレーキディスク、エンジンカバーなどの重要部品を定期的に点検・整備する必要があります。 さまざまなワークピースやコンポーネントの清浄度を確保することは、メンテナンス プロセスの重要な部分です。

 

 

ブレーキパッドの製造工程では、平面摩擦後、スプレー前に洗浄する必要があり、出力が大きく範囲も広いのが一般的です。 したがって、ブレーキパッドの洗浄用途を例として、スチールブラシ、サンドブラスト、レーザー洗浄の長所と短所を比較します。

 

• 洗浄効率:スチールブラシ装置では、滑らかに研磨した後のブレーキパッド表面に残った接着剤を除去することができず、次のスプレー成形工程でピッチングが発生するなど満足のいくものではありません。 サンドブラスト装置とレーザー洗浄はいずれも、平坦研削プロセス後の表面残留物を完全に除去できます。 サンドブラストの洗浄速度はレーザー洗浄よりも速いです。 しかし、平坦研削前のオーブンやスプレー成形後の硬化工程などの生産ライン全体の生産時間を考慮すると、サンドブラストの洗浄速度は冗長です。 励起洗浄は低速ですが、生産ラインの速度にも適応できます。

 

• エネルギー消費：スチールブラシマシンのエネルギー消費量は約 8KW/H で、3 台の中で 2 番目にランクされます。 サンドブラストプロセスはエネルギー消費が高く、総エネルギー消費量は最大 70KW/H に達します。 というのは、サンドブラスト機の3つのモーター（サンドブラスト、歩行、スイング）の消費エネルギーは15KW/H程度であるのに対し、ガスを供給するエアコンプレッサーの消費エネルギーは1時間あたり55KWにも達し、エネルギー消費量が大きいためです。 当社のレーザー洗浄装置は、総エネルギー消費量が7KW/Hとサンドブラスト装置の10分の1と、3台の中で最もエネルギー消費量が小さくなります。

 

• 経済的および環境保護:経済的適用性の観点から、サンドブラスト装置は 1 時間あたり 5KG の消耗品として石英砂を必要とします。 使用時間が長くなるほど、必要な消耗品も増えます。 国の環境保護要件が段階的に改善されているため、一部の地方自治体は砂洗濯機を環境保護の非準拠タイプとして挙げています。 スチール ブラシ装置とレーザー クリーニングはどちらも電気のみを必要とし、レーザー クリーニングは自動化された操作により、サンドブラストやスチール ブラシと比較して 1-2 人の手作業を節約できます。 環境保護と低炭素の観点から、レーザー洗浄装置は消耗品がなく、排出物がなく、エネルギー消費が少なく、騒音も発生しないため、低炭素環境保護の要件を満たす装置の1つです。

 

 

 

シーリング産業におけるレーザー洗浄の用途には、主にメタルガスケットの製造工程におけるステンレス鋼ストリップの表面の油汚れの除去、シールリング金型表面の油汚れや残留接着剤の洗浄、表面改質などが含まれます。特殊なシーリング材。 シールにはさまざまな種類があり、代表的なものにOリングシール、スケルトンオイルシール、シールワッシャーなどがあります。 レーザー光の照射により、シールガスケットに付着した油汚れを瞬時に蒸発させて金属から剥離し、洗浄効果を発揮します。

金属巻きガスケットは、巻線機に入れる前に、ステンレスコイルの表面に付着した油膜をきれいにする必要があります。 既存のプロセスでは、一般に化学浸漬による表面処理が行われています。 このプロセスのレーザー洗浄は、洗浄効果に対するメーカーの要件を満たすことができます。 アプリケーションの主な困難は、帯域幅と生産ラインの速度に適応できないことです。 一般に、レーザー洗浄装置の幅は 150-200 mm の間ですが、ステンレス鋼ストリップの幅は 1100-1500 mm の間です。 また、スチールコイル洗浄の生産速度は速すぎ、通常は 10M/min 以上で、これはレーザー洗浄の適応速度の約 10 倍です。 当社は独自に開発した超広幅レーザー洗浄装置により、洗浄幅適応の問題を解決します。 生産ライン速度の点でプロセス アプリケーションを解決できますが、現在の業界ソリューションのコストは高すぎるため、さらなる最適化が必要です。

 

シールリング金型表面の油汚れや糊残りの洗浄用途として、ブレーキ等の各種フラットモールドに適した、3次元5軸動作で自由度の高いフラットモールドレーザー洗浄装置を開発しました。摩擦業界ではパッド金型、シール業界ではシールリング金型などに使用されます。 防錆油を除去し、複数回のプレス後に金型キャビティの表面に残った残留物を除去します。 複雑な金型に適応するために、変位機械を追加できます。 洗浄プロセス中、電気めっき層を保持してブレードパターンを保護し、金型の寿命を延ばすことができます。 サンドブラスト洗浄と比較して、環境に優しいだけでなく、金型キャビティが損傷しないようにすることで、製品の欠陥率を低減します。

 

非金属シーリング ガスケットは、シーリング業界のもう 1 つの主要なカテゴリです。 これらの製品は、1064-1080nm の波長範囲のファイバー レーザーに対して強い吸収率を持っており、通常の状況では損傷を引き起こす可能性があります。 ゴム材料の表面にパルスレーザーを照射すると、10%のダメージが発生する可能性があるため、プロセス用途には適していません。ダメージはμm程度ですが、一部の特殊な材料の改質方法としても使用できます。ポリメチルヒドロシロキサンを付着させたゴム材料など、コーティングを除去しながら表面摩擦係数を35mN/mに、表面張力を38dyne/cm以上に向上させることができます。

 

同時に、レーザー洗浄は、酸化物層の洗浄やセラミックや複合材料のシーリング部品の粗面化において優れた性能を示し、金属表面のシーラントの除去においても満足のいく結果を達成しました。 レーザー洗浄は、レーザー吸収率が異なるため、異なる材質の製品を適用すると異なるパフォーマンスを発揮することがわかります。 そのため、一部の特殊なシール材の表面改質の補助加工としても使用できます。