CN102049161B - V型丝工业滤网及其激光加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种V型丝工业滤网，所述滤网包括支撑架和截面为三角形的滤丝，支撑架与滤丝的轴线方向相互垂直形成交错的网状结构；所述支撑架为带有“V”形齿槽的齿形结构，所述滤丝的一角插入齿槽内与齿槽啮合形成整体。本发明的激光加工工艺能够实现更高的焊接质量稳定性，保证均匀的缝隙间距和和更好的表面平整度。
Description
技术领域
本发明涉及工业过滤领域中大量应用的V型丝网及其制备工艺，具体地说是一种激光切割、焊接制造的V型丝工业滤网及其激光加工工艺。
背景技术
国内传统过滤工业上应用较多的是由金属丝编织的金属丝网。由于固态颗粒（催化剂、分子筛和各种滤料）与丝网的接触面积大，颗粒容易堵塞，受压后会折曲，造成昂贵的媒介物损耗，甚至使装置无法操作，维修也较困难。
为解决上述技术难题，澳大利亚Johnson公司和比利时的Trislot公司先后研发制造出了一种V型丝网。这种网的加工工艺首先采用挤压拉拔的方式，得到各种规格的倒三角形状的丝，然后将这些丝采用接触式电阻焊接的方式固定在与丝的轴线呈90度的支撑栅格上，得到过滤丝网。采用这种加工制造得到的丝网能够保证滤网的表面与固态颗粒只有两点接触，避免了堵塞和卡住的情况发生，大大提高了过滤的效果。这种V型丝网的缺点在于接触式电阻焊消耗能源巨大，焊点质量不稳定，网丝缝隙精度误差不易控制，且传统的平面V型丝滤网式采用先焊接成圆筒形，再展平的方法得到的，其表面平整度由于其先天制作工艺的不足，无法得到很好的保证。并且，由于采用旋转式焊接方式和加工设备的限制，大平面V型丝网和大口径V型丝网筒的生产甚至无法完成，难以获得高标准、高质量、全系列的V型丝工业滤网。
发明内容
发明目的：本发明提供了具有更高焊接强度、更精确的丝网缝隙精度、结构更为合理的新一代V型丝工业滤网，并同时提供该网的全新的激光加工工艺，其目的是解决以往的滤网平整度不足、网丝缝隙精度误差大的问题和以往的滤网焊接工艺消耗能源巨大、焊点质量不稳定、网丝缝隙精度误差不易控制以及无法在大平面V型丝网和大口径V型丝网筒的生产上应用的问题。
技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种V型丝工业滤网，其特征在于：所述滤网包括支撑架和截面为三角形的滤丝，支撑架与滤丝的轴线方向相互垂直形成交错的网状结构；所述支撑架为带有“V’形齿槽的齿形结构，所述滤丝的一角插入齿槽内与齿槽啮合形成整体。
所述支撑架为平直形支撑架或圆形支撑架。
滤丝与平直形支撑架的齿槽啮合形成平板形滤网或滤丝与圆形支撑架的齿槽啮合形成圆筒形滤网。
所述圆形支撑架为齿槽在内环面的内牙支撑架或齿槽在外环面的外牙支撑架。
如上所述的V型丝工业滤网的激光加工工艺，其特征在于：所述工艺的具体步骤如下：
①、采用拉丝模挤压拉拔的方式，得到符合行业应用规格的，截面为三角形的滤丝；
②、利用高能量密度激光束聚焦精确切割的方法，得到与滤丝相啮合的齿形支撑架；
③、采用工装夹具，将滤丝固定在齿形支撑架的齿槽里面；滤丝的轴线方向与支撑架呈90度方向配置；
④、将高能量密度的激光束聚焦到滤丝与支撑架的齿槽之间相结合部位的两侧，使得该部分的滤丝与齿槽的金属材质由于激光聚焦所形成的高温场，瞬时熔融之后并迅速冷却硬化，将滤丝和支撑架焊接为一体。
“②”步骤中所述的利用高能量密度激光束聚焦精确切割的方法步骤为：首先根据滤丝的剖面形状，利用CAD制图，得到与之相啮合的V型齿槽的尺寸并加以适量的尺寸补偿以利于后续焊接工艺的执行，然后根据设计要求确定相邻齿槽之间的距离以及支撑架的总长度，并且确定支撑架所采用的材料和厚度，待上述参数确定完毕后，将产品的CAD转化为激光切割机能够识别的数控加工代码，然后，根据支撑架齿槽形状、所用选材及其厚度，在激光切割机上选用相应的激光波长、频率、功率以及合适的聚焦透镜、离焦距离、行走速度等进行切割。
“④”步骤中利用光纤将激光器产生的激光束导入到可以在三维空间自由运动的激光焊接头，经过精确聚焦的高能量激光束沿着滤丝和齿槽的啮合部位运动，实现激光焊接。
激光器采用的波长是1064纳米，激光焊接头的运动轨迹是借助六轴联动机械手来实现的。
“③”步骤中工装夹具包括导向平台、压紧螺母、压板和卡具底座；首先将滤丝按照设计间距要求置于平整度高的导向平台上，然后依次将齿形支撑架的V型齿槽向下扣到滤丝上面，待全部滤丝与支撑架上的齿槽啮合以后，调节压紧螺母，由于与导向平台下表面紧密贴合的卡具底座不动，使得压板紧紧压在支撑架的上部，使滤丝和齿槽实现了精确定位。
在激光焊接的同时，在焊接点部位通入惰性气体作为载气。
优点及效果：
本发明提供一种V型丝工业滤网及其激光加工工艺，所述滤网包括支撑架和截面为三角形的滤丝，支撑架与滤丝的轴线方向相互垂直形成交错的网状结构；所述支撑架为带有“V’形齿槽的齿形结构，所述滤丝的一角插入齿槽内与齿槽啮合形成整体。
本发明具有以下有益效果和优点：
1. 更高质量的焊接强度。本发明采用的是双面激光焊接工艺，也就是在支撑架齿槽的两侧都进行了激光熔融焊接，较之传统的单点电阻接触焊接，焊接面积更大，从而得到更高质量的焊接强度。
2. 提高了V型丝网缝隙精确度。本发明采用了激光切割齿形支撑架的方式，然后将V型丝固定于切割好的齿槽内，初步保证了网丝的缝隙间距；较之传统的旋转缠绕式焊接方式，在本发明中激光焊接的过程中，又特别采用了工装夹具定位，使得网丝不会由于热变形导致缝隙误差而加大。
3. 更高的表面平整度。传统的平面V型丝滤网式采用先焊接成圆筒形，再展平的方法得到的，其表面平整度由于其先天制作工艺的不足，无法得到很好的保证。本发明在采用激光加工新工艺进行平面V型丝滤网的制作过程中不存在先缠绕后展平的工艺，因此从加工工艺的角度来看，更为合理，从而保证了更高的表面平整度。
4. 可以制作大平面V型丝工业滤网和大口径V型丝网筒。本发明采用全新激光切割和焊接工艺，摒弃传统缠绕式电阻接触焊接方式，从而使得V型丝工业滤网的尺寸规格不会因为生产设备的原因受到任何限制。较之于传统的制作方式，本发明的工艺技术可以制作大平面V型丝工业滤网和大口径V型丝网筒。
附图说明：
图1为本发明中新一代平面V型丝工业滤网的结构示意图；
图2为本发明中新一代V型丝工业滤网内网筒的结构示意图；
图3为本发明中新一代V型丝工业滤网外网筒的结构示意图；
图4为本发明中V型丝的剖面示意图；
图5为本发明中激光切割平面滤网的齿形支撑架结构主视图；
图6为本发明中激光切割内滤网桶的齿形支撑架结构主视图；
图7为本发明中激光切割外滤网桶的齿形支撑架结构主视图；
图8为本发明中采用夹具固定后，进行激光焊接作业时的主视图；
图9为本发明中采用夹具固定后，进行激光焊接作业时的俯视图；
图10为本发明中采用夹具固定后，进行激光焊接作业时的左视图。
具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的描述：
如图1所示，本发明提供一种V型丝工业滤网，所述滤网包括支撑架1和截面为三角形的滤丝2，支撑架1与滤丝2的轴线方向相互垂直形成图9所示的交错的网状结构；所述支撑架1为带有“V’形齿槽3的齿形结构，所述滤丝2的一角插入齿槽3内与齿槽3啮合形成整体。
所述支撑架1为图1所示的平直形支撑架或如图2和3所示的圆形支撑架。
滤丝2与平直形支撑架的齿槽3啮合形成平板形滤网或滤丝2与圆形支撑架的齿槽3啮合形成圆筒形滤网。
齿形支撑架的形状和齿间距直接决定了V型丝工业滤网的焊接强度和网丝缝隙间距，从而影响最后V型丝工业滤网产品的质量。
所述圆形支撑架为图2所示的齿槽3在内环面的内牙支撑架或如图3所示的齿槽3在外环面的外牙支撑架。
V型丝工业滤网的激光加工工艺的具体步骤如下：
①、采用拉丝模挤压拉拔的方式，得到符合行业应用规格的，截面为三角形的滤丝（2）；采用拉丝模得到的可以是90号不锈钢丝；
②、利用高能量密度激光束聚焦精确切割的方法，得到与滤丝2相啮合的齿形支撑架1；该支撑架起到支撑V型丝网和控制网丝缝隙间距的作用；
③、采用工装夹具，将滤丝2固定在齿形支撑架的齿槽3里面；滤丝2的轴线方向与支撑架呈90度方向配置；
④、将高能量密度的激光束聚焦到滤丝2与支撑架的齿槽3之间相结合部位的两侧，使得该部分的滤丝2与齿槽3的金属材质由于激光聚焦所形成的高温场，瞬时熔融之后并迅速冷却硬化，将滤丝2和支撑架焊接为一体。在激光焊接的同时，在焊接点部位通入惰性气体作为载气，起到保护不被氧化的作用，达到保护焊接质量的效果。
上述“②”步骤中所述的利用高能量密度激光束聚焦精确切割的方法步骤为：首先根据滤丝2的剖面形状，利用CAD制图，得到与之相啮合的V型齿槽的尺寸并加以适量的尺寸补偿以利于后续焊接工艺的执行，然后根据设计要求确定相邻齿槽之间的距离以及支撑架的总长度，并且确定支撑架所采用的材料和厚度，待上述参数确定完毕后，将产品的CAD转化为激光切割机能够识别的数控加工代码，然后，根据支撑架齿槽形状、所用选材及其厚度，在激光切割机上选用相应的激光波长、频率、功率以及合适的聚焦透镜、离焦距离、行走速度等进行准确高效的切割，由于采用了激光切割技术，加工误差可以达到小于0.03毫米/米。对于此类齿形支撑架的加工，较之于传统的线切割加工和铣削加工方式，激光聚焦切割具有更高的效率，从而更加低廉的成本。
上述“④”步骤中利用光纤将激光器产生的激光束导入到可以在三维空间自由运动的激光焊接头，经过精确聚焦的高能量激光束沿着滤丝和齿槽的啮合部位运动，实现激光焊接。激光器采用的波长可以是1064纳米，激光焊接头的运动轨迹是借助六轴联动机械手来实现的。在完成对同一齿槽两侧的激光焊接之后，确保了足够的焊接强度。
实现滤丝与V型齿槽支撑架正确啮合进行激光焊接的一个关键问题在于正确装卡定位，并施以合适的预压紧力，为此采用了一个夹紧工装夹具，也就是上述“③”步骤中所述的工装夹具，如图8所示，该夹具包括导向平台4、压紧螺母5、压板6和卡具底座7；首先将滤丝按照设计间距要求置于平整度高的导向平台4上，然后依次将齿形支撑架的V型齿槽向下扣到滤丝上面，待全部滤丝与支撑架上的齿槽啮合以后，调节压紧螺母5，由于与导向平台下表面紧密贴合的卡具底座7不动，使得压板紧紧压在支撑架的上部，使滤丝和齿槽实现了精确定位。确保了缝隙间隙的精度。压紧后的平面V型丝网的结构如图9所示。
下面结合实验数据对本发明进一步的说明：
以下为本发明的V型丝工业滤网的激光焊接与传统电阻接触焊的对比试验报告：
1. 焊接可靠性对比：随机取样，然后采用对100个焊点进行拉伸试验，检验是否焊住。
（注：表中数字表示焊接牢固，没有出现虚焊点的数量）
2. 焊接缝隙精确度对比
本发明为新一代V型丝工业滤网及其激光加工工艺,通过采用全新的激光加工工艺，使得生产出来的V型丝工业滤网较之传统工艺生产得到的滤网更为先进，并且滤网的产品规格和系列更为齐全。本发明的激光加工工艺能够实现更高的焊接质量稳定性，保证均匀的缝隙间距和和更好的表面平整度。
Claims (1)
1.一种V型丝工业滤网的激光加工工艺，其特征在于：所述滤网包括支撑架（1）和截面为三角形的滤丝（2），支撑架（1）与滤丝（2）的轴线方向相互垂直形成交错的网状结构；所述支撑架（1）为带有“V”形齿槽（3）的齿形结构，所述滤丝（2）的一角插入齿槽（3）内与齿槽（3）啮合形成整体；
所述V型丝工业滤网的激光加工工艺的具体步骤如下：
①、采用拉丝模挤压拉拔的方式，得到符合行业应用规格的，截面为三角形的滤丝（2）；
②、利用高能量密度激光束聚焦精确切割的方法，得到与滤丝（2）相啮合的齿形支撑架（1）；
③、采用工装夹具，将滤丝（2）固定在齿形支撑架的齿槽（3）里面；滤丝（2）的轴线方向与支撑架呈90度方向配置；
④、将高能量密度的激光束聚焦到滤丝（2）与支撑架的齿槽（3）之间相结合部位的两侧，使得该部分的滤丝（2）与齿槽（3）的金属材质由于激光聚焦所形成的高温场，瞬时熔融之后并迅速冷却硬化，将滤丝（2）和支撑架焊接为一体。
2、根据权利要求1所述的V型丝工业滤网的激光加工工艺，其特征在于：所述支撑架（1）为平直形支撑架或圆形支撑架。
3、根据权利要求2所述的V型丝工业滤网的激光加工工艺，其特征在于：滤丝（2）与平直形支撑架的齿槽（3）啮合形成平板形滤网或滤丝（2）与圆形支撑架的齿槽（3）啮合形成圆筒形滤网。
4、根据权利要求3所述的V型丝工业滤网的激光加工工艺，其特征在于：所述圆形支撑架为齿槽（3）在内环面的内牙支撑架或齿槽（3）在外环面的外牙支撑架。
5、根据权利要求1所述的V型丝工业滤网的激光加工工艺，其特征在于：
“②”步骤中所述的利用高能量密度激光束聚焦精确切割的方法步骤为：首先根据滤丝（2）的剖面形状，利用CAD制图，得到与之相啮合的V型齿槽的尺寸并加以适量的尺寸补偿以利于后续焊接工艺的执行，然后根据设计要求确定相邻齿槽之间的距离以及支撑架的总长度，并且确定支撑架所采用的材料和厚度，待上述参数确定完毕后，将产品的CAD转化为激光切割机能够识别的数控加工代码，然后，根据支撑架齿槽形状、所用选材及其厚度，在激光切割机上选用相应的激光波长、频率、功率以及合适的聚焦透镜、离焦距离、行走速度进行切割。
6、根据权利要求5所述的V型丝工业滤网的激光加工工艺，其特征在于：“④”步骤中利用光纤将激光器产生的激光束导入到可以在三维空间自由运动的激光焊接头，经过精确聚焦的高能量激光束沿着滤丝和齿槽的啮合部位运动，实现激光焊接。
7、根据权利要求6所述的V型丝工业滤网的激光加工工艺，其特征在于：激光器采用的波长是1064纳米，激光焊接头的运动轨迹是借助六轴联动机械手来实现的。
8、根据权利要求1所述的V型丝工业滤网的激光加工工艺，其特征在于：“③”步骤中工装夹具包括导向平台（4）、压紧螺母（5）、压板（6）和卡具底座（7）；首先将滤丝按照设计间距要求置于平整度高的导向平台（4）上，然后依次将齿形支撑架的V型齿槽向下扣到滤丝上面，待全部滤丝与支撑架上的齿槽啮合以后，调节压紧螺母（5），由于与导向平台下表面紧密贴合的卡具底座（7）不动，使得压板紧紧压在支撑架的上部，使滤丝和齿槽实现了精确定位。
9、根据权利要求1所述的V型丝工业滤网的激光加工工艺，其特征在于：在激光焊接的同时，在焊接点部位通入惰性气体作为载气。
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