CN111702323B - 熔喷板模头喷丝孔的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔喷板模头喷丝孔的加工方法，采用波长为1030～1080nm的红外镭射对熔喷板模头进行过流微孔加工，在熔喷板模头上依次形成若干直径为0.15～0.4mm的喷丝孔。通过此工艺方法加工的熔喷板模头喷丝孔圆度好，精度高，效率快，而且在很低的成本下通过简单的后处理工艺就可以去除加工产生的毛刺和挂渣，获得质量佳，稳定一致的微孔，此工艺特别适合于熔喷板模头喷丝孔的精密高效加工，该工艺为熔喷布生产的核心模具部件的制作提供了一种全新的工艺解决方法。

Description

熔喷板模头喷丝孔的加工方法

技术领域

本发明属于工业加工技术领域，具体的说是涉及一种熔喷板模头喷丝孔的加工方法。

背景技术

熔喷布是口罩、手术衣、防护服、消毒包等医用卫生品最核心的材料，熔喷布主要以聚丙烯为主要原料，纤维直径可以达到1～5微米。空隙多、结构蓬松、抗褶皱能力好，具有独特的毛细结构的超细纤维增加单位面积纤维的数量和表面积，从而使熔喷布具有很好的过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性。目前熔喷布的生产采用的是熔喷法:即采用高速热空气流对熔喷板模头喷丝孔挤出的聚合物熔体细流进行牵伸，由此形成超细纤维并收集在凝网帘或滚筒上，同时自身粘合而成为熔喷法非织造布。

其中熔喷板模头是熔喷布制造设备的关键零部件，而熔喷板模头上的喷丝孔则是熔喷板模头的核心部件，其加工质量的优劣直接影响熔喷布质量的好坏。通常熔喷板模头喷丝孔的加工精度要求很高，因此熔喷板模头制造成本非常昂贵。

目前市场上传统的熔喷板模头喷丝孔加工方式主要有：机械钻孔、冲丝机线切割、电弧深孔放电以及毛细管焊接加工等，这些加工方式普遍存在效率低、成本高、加工刀具容易磨损等问题。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种熔喷板模头喷丝孔的加工方法，颠覆传统工艺，采用红外镭射对熔喷板模头进行过流微孔加工，相比传统方法具有效率高、成本低、加工无磨损和精度高等特点，特别适合熔喷板模头喷丝孔的微细加工，而且可以加工各种孔径大小和长度的熔喷板模头，其加工效率是传统机械加工的10倍以上，为熔喷布生产模具核心部件制造提供一种全新的工艺解决方案。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种熔喷板模头喷丝孔的加工方法，采用波长为1030～1080nm的红外镭射对熔喷板模头进行过流微孔加工，在熔喷板模头上依次形成若干直径为0.15～0.4mm的喷丝孔。

作为本发明的进一步改进，对于熔喷板模头的喷尖厚度大于2mm的喷丝孔再进行流水抛光后处理步骤。

作为本发明的进一步改进，所述流水抛光后处理步骤具体为：将加工好喷丝孔的熔喷板模头放置在超声波清洗槽中，采用频率为40KHz的超声波清洗15min捞出后沥干。

作为本发明的进一步改进，采用波长为1030～1080nm的红外镭射对熔喷板模头进行过流微孔加工的具体步骤为：

步骤1，将用于固定待加工的熔喷板模头的定位治具固定在镭射过流高速穿孔设备的工作平台上；

步骤2，将待加工的熔喷板模头进行清洁处理；

步骤3，将待加工的熔喷板模头通过定位治具固定在工作平台上；

步骤4，调整镭射过流高速穿孔设备的镭射参数，使用峰值功率为1500W的准连续镭射发生器，将能量调整为85％、频率设为1000Hz、脉宽设为100、镭射占空比为10％、切割速度为2mm/s、切割加速度为50mm/s²、切割加加速度为50mm/s³，对熔喷板模头进行过流微孔加工，获得喷丝孔。

作为本发明的进一步改进，所述镭射过流高速穿孔设备包括：

装置支架，该装置支架具有一水平的工作平台，以该工作平台的长度方向为X向，宽度方向为Y向，以同时垂直该X向和Y向的方向为Z向；

一对X向移动模组，沿X向设于所述工作平台的两侧边；

Y向移动模组，架设于所述X向移动模组上，所述X向移动模组能够带动该Y向移动模组沿X向往返运动；

定位治具，固定在所述工作平台上并位于一对X向移动模组之间，其上设有若干定位孔，该定位孔内设置定位销；

镭射束过流高速穿孔组件，具有固定架、活动板、上下气缸和镭射切割头，所述固定架固定在所述Y向移动模组上，所述Y向移动模组能够带动该固定架沿Y向往返运动，所述上下气缸固定所述固定架上，所述活动板上下滑动定位于所述固定架上，所述上下气缸能够带动所述活动板沿Z向往返运动，所述镭射切割头固定于所述活动板上。

作为本发明的进一步改进，所述X向移动模组包括X向支架、X向电机、X向丝杠、X向螺母和X向滑块，所述X向丝杠的两端通过轴承架设于X向支架上，所述X向电机的动力输出端与所述X向丝杠传动连接，所述X向螺母通过螺纹套设于所述X向丝杠上，所述X向滑块与所述X向螺母固定连接；所述Y向移动模组包括Y向支架、Y向电机、Y向丝杠和Y向螺母，所述Y向丝杠的两端架设于所述Y向支架上，并与Y向电机的动力输出端传动连接，所述Y向螺母通过螺纹套设于所述Y向丝杠上。

作为本发明的进一步改进，所述活动板通过一对导轨上下滑动定位于所述固定架上；所述Y向移动模组的Y向支架的两端分别与一对所述X向移动模组的X向滑块固定连接；所述固定架与所述Y向螺母固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述活动板上固定有CCD相机，所述镭射切割头上设有喷嘴口。

作为本发明的进一步改进，所述喷嘴口用于喷射出压力大于2MPa的高压氧气。

作为本发明的进一步改进，所述步骤2中，清洁处理的具体为：先用干净的无尘布蘸上无水乙醇并沿着同一个方向擦拭熔喷板模头上的喷尖两至三次，然后将PH值为7.8～8.2的弱碱性表面洗涤剂和蒸馏水按照1:1的比例混合均匀，再用棉签蘸上混合后的液体涂覆在熔喷板模头的喷尖的下端的腰圆孔的顶部位置，完成加工前的清洁处理。

本发明的有益效果是：1)相比传统工艺加工效率高，是普通机械加工的10倍以上；2)可以加工外径0.1mm(含)以上任意尺寸的微孔，兼容性极强；3)采用非接触式加工，无需开模和制作刀具，无机械磨损，寿命长；4)加工微孔的圆度一致性好，尺寸精度高，连续微孔加工排列的直线性远高于机械加工；5)加工后侧壁毛刺小，采用普通超声波后处理即可去除，传统机械加工后需要采用慢走丝进行抛光，加工效率很低，工艺繁琐；6)只需更换定位治具即可兼容所有长度的熔喷板模头，外形尺寸不受限制；7)相比传统的机械加工成本低很多，只需消耗电能和压缩空气即可。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明所述熔喷板模头结构示意图；

图3为发明所述熔喷板模头与定位治具结构示意图；

图4为本发明所述镭射束过流高速穿孔组件结构示意图；

图5为本发明实施例所获得的喷丝孔放大200倍率图。

结合附图，作以下说明：

1——装置支架； 11——工作平台；

2——X向移动模组； 3——Y向移动模组；

4——定位治具； 41——定位孔；

42——定位销； 5——镭射束过流高速穿孔组件；

51——固定架； 52——活动板；

53——上下气缸； 54——镭射切割头；

55——CCD相机； 100——熔喷板模头；

101——喷丝孔。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的一个较佳实施例作详细说明。

参阅图1-3，为本发明加工熔喷板模头喷丝孔所用的镭射过流高速穿孔设备，包括装置支架1、一对X向移动模组2、Y向移动模组3、定位治具4和镭射束过流高速穿孔组件5

装置支架1，该装置支架具有一水平的工作平台11，以该工作平台的长度方向为X向，宽度方向为Y向，以同时垂直该X向和Y向的方向为Z向。

一对X向移动模组2，沿X向设于工作平台11的两侧边。该X向移动模组2包括X向支架、X向电机、X向丝杠、X向螺母和X向滑块，X向丝杠的两端通过轴承架设于X向支架上，X向电机的动力输出端与X向丝杠传动连接，X向螺母通过螺纹套设于X向丝杠上，X向滑块与X向螺母固定连接。该X向移动模组在工作时，X向电机带动X向丝杠转动，由于X向螺母通过螺纹啮合套设在X向丝杠上，因此随X向丝杠的旋转沿X向丝杠的轴向方向即X向运动，进而带动与其固定连接的X向滑块同步运动。

Y向移动模组3，架设于X向移动模组2上，X向移动模组2能够带动该Y向移动模组3沿X向往返运动；Y向移动模组3包括Y向支架、Y向电机、Y向丝杠和Y向螺母，所述Y向丝杠的两端架设于所述Y向支架上，并与Y向电机的动力输出端传动连接，Y向螺母通过螺纹套设于Y向丝杠上。该Y向模组在工作时，Y向电机带动Y向丝杠转动，由于Y向螺母通过螺纹啮合套设在Y向丝杠上，因此随Y向丝杠的旋转沿Y向丝杠的轴线方向即Y向运动，进而带动与其固定连接的固定架沿Y向同步运动。即Y向移动模组3的Y向支架的两端分别与一对X向移动模组2的X向滑块固定连接，两个X向移动模组同步运动带动整个Y向移动模组沿X向运动，实现固定在Y向移动模组上的镭射切割头的X向位置的调整。

定位治具4，固定在所述工作平台11上并位于一对X向移动模组2之间，其上设有若干定位孔41，该定位孔内设置定位销42。

镭射束过流高速穿孔组件5，具有固定架51、活动板52、上下气缸53和镭射切割头54，所述固定架51固定在所述Y向移动模组3上，所述Y向移动模组3能够带动该固定架51沿Y向往返运动，所述上下气缸53固定所述固定架51上，所述活动板52上下滑动定位于所述固定架51上，所述上下气缸53能够带动所述活动板52沿Z向往返运动，所述镭射切割头54固定于所述活动板52上。

其中，活动板52通过一对导轨上下滑动定位于固定架51上；固定架51与Y向螺母固定连接，Y向移动模组运动带动固定架51同步运动，实现固定在Y向移动模组上的镭射切割头的Y向位置的调整。活动板上固定有CCD相机55，所述镭射切割头54上设有喷嘴口，喷嘴口用于喷射出压力大于2MPa的高压氧气。

待加工的熔喷板模头100如图2所示：该熔喷板模头100采用模具不锈钢材质(SUS404或者S136)加工成为上小下大的三角锥形，位于熔喷板模头顶部的喷丝孔101呈单排排列，常用直径为0.15～0.3mm，长径比大于10，孔距为0.5～0.8mm，模具长度270mm～1800mm不等。该熔喷板模头喷丝孔加工工艺的具体实施方式如下：

步骤1，将用于固定待加工的熔喷板模头的定位治具固定在镭射过流高速穿孔设备的工作平台上，如图3所所示，首先把磨具用气枪和无尘布清理干净，再将定位治具4固定在镭射过流高速穿孔设备上。

步骤2，将待加工的熔喷板模头进行清洁处理，具体为：先用干净的无尘布蘸上无水乙醇并沿着同一个方向擦拭熔喷板模头上的喷尖两至三次，然后将PH值为7.8～8.2的弱碱性表面洗涤剂和蒸馏水按照1:1的比例混合均匀，再用棉签蘸上混合后的液体涂覆在熔喷板模头的喷尖的下端的腰圆孔的顶部位置，完成加工前的清洁处理；

步骤3，将待加工的熔喷板模头通过定位治具固定在工作平台上，定位治具4上分别有四个定位销，熔喷板模头的模具定位面上分别有四个与之匹配的定位孔，通过定位销和模具定位面将熔喷板模头定位在治具上。

步骤4，调整镭射过流高速穿孔设备的镭射参数，使用峰值功率为1500W的准连续镭射发生器，将能量调整为85％、频率设为1000Hz、脉宽设为100、镭射占空比为10％、切割速度为2mm/s、切割加速度为50mm/s²、切割加加速度为50mm/s³，按下设备启动按钮，设备上的CCD相机55会自动抓拍定位在治具上四个定位销的相片并进行计算确保加工过程中的喷丝孔位置的精确性。

CCD相机拍照定位后镭射切割头在过流高速穿孔设备的轴系驱动(X、Y向移动模组和上下气缸)下运动至待加工喷丝孔上方，随后下降至穿孔高度(离喷尖2大约0.5mm±0.1mm的位置，加工过程中镭射切割头也会稳定在此高度)，接着在设备轴系的控制下镭射切割头开始做圆弧插补运动，运动轨迹的直径大小等于待加工的喷丝孔的直径减去镭射切割头出射镭射光斑的直径(大小由镭射发射器的特性决定)，镭射切割头10做圆弧插补运动的同时下端的喷嘴口同步射出镭射光斑和喷射出高压氧气(必须是氧气，氧气压力的大小必须大于2MPa)，镭射光斑的瞬间高温会融化模具金属并击穿喷尖顶部并形成喷丝孔，同时喷射出的氧气会加速金属的融化并将融熔的金属残渣吹掉，使得喷丝孔内壁光滑，此时完成一个喷丝孔的加工，设备重复上述镭射穿孔过程完成所有喷丝孔的加工，平均每个孔的加工时间约为1～2s。

其中，红外镭射的波长为1030～1080nm，在熔喷板模头上依次形成若干直径为0.15～0.4mm的喷丝孔。

对于喷尖厚度小于2.5mm以内的熔喷板模头，采用上述工艺加工的喷丝孔内壁不用进行后处理即可获得很高的表面质量；厚度大于2.5mm的喷丝孔内壁会附着毛刺和一些融渣，可以通过的流水抛光方式进行后处理。

流水抛光后处理工艺如下：轻轻将加工好喷丝孔的熔喷板模头放置到超声波清洗设备的水槽中(模具定位面朝下)，然后通过频率40KHz的超声波清洗15min捞出后沥干即可。

镭射过流高速穿孔设备的镭射参数设置对本发明所获得喷丝孔的质量有着举足轻重的重要，以下以不同参数设置进行打孔比较，参阅表1:

表1，不同镭射参数下的喷丝孔的切割效果图

参数	1	2	3	4
					功率	85％	≤80％	85％	85％
频率	1000KHZ	1000KHZ	500KHZ	1000KHZ
					脉宽	100	100	200	100
镭射占空比	10％	10％	10％	10％
					切割速度	2mm/s	2mm/s	2mm/s	2mm/s
切割加速度	50mm/s<sup>2</sup>	50mm/s<sup>2</sup>	50mm/s<sup>2</sup>	＞50mm/s<sup>2</sup>
					切割加加速度	100mm/s<sup>3</sup>	100mm/s<sup>3</sup>	100mm/s<sup>3</sup>	＞100mm/s<sup>3</sup>
孔真圆度	≥95	＜90	＜60	0
					切割效果	孔内基本无熔渣	孔内熔渣偏大	上下孔锥度大	不成孔型，效果差

由上表可以看出，只有在第1个参数设置下，所获得的喷丝孔的圆度高(≥95)，以及喷丝孔内无熔渣，可见孔壁光滑度好，而其他参数设置下，要么孔的圆度很差，要么孔内熔渣偏大，或者无法成孔。

由此可见，通过本发明所述工方法加工的熔喷板模头喷丝孔圆度好，精度高，效率快，而且在很低的成本下通过简单的后处理工艺就可以去除加工产生的毛刺和挂渣，获得质量佳，稳定一致的微孔，此工艺特别适合于熔喷板模头喷丝孔的精密高效加工，目前采用该工艺方法加工的熔喷板模头已经成功应用于熔喷布的生产，该工艺为熔喷布生产的核心模具部件的制作提供了一种全新的工艺解决方法。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种熔喷板模头喷丝孔的加工方法，其特征在于：采用波长为1030～1080nm的红外镭射切割头对熔喷板模头进行过流微孔加工，在熔喷板模头上依次形成若干直径为0.15～0.4mm的喷丝孔；

其中，采用波长为1030～1080nm的红外镭射切割头对熔喷板模头进行过流微孔加工的具体步骤为：

步骤1，将用于固定待加工的熔喷板模头的定位治具固定在镭射过流高速穿孔设备的工作平台上；

步骤2，将待加工的熔喷板模头进行清洁处理；

步骤3，将待加工的熔喷板模头通过定位治具固定在工作平台上；

步骤4，调整镭射过流高速穿孔设备的镭射参数，使用峰值功率为1500W的准连续镭射发生器，将能量调整为85%、频率设为1000Hz、脉宽设为100、镭射占空比为10%、切割速度为2mm/s、切割加速度为50mm/s²、切割加加速度为50mm/s³，对熔喷板模头进行过流微孔加工，获得喷丝孔；

其中，所述镭射过流高速穿孔设备包括：

装置支架（1），该装置支架具有一水平的工作平台（11），以该工作平台的长度方向为X向，宽度方向为Y向，以同时垂直该X向和Y向的方向为Z向；

一对X向移动模组（2），沿X向设于所述工作平台（11）的两侧边；

Y向移动模组（3），架设于所述X向移动模组（2）上，所述X向移动模组（2）能够带动该Y向移动模组（3）沿X向往返运动；

定位治具（4），固定在所述工作平台（11）上并位于一对X向移动模组（2）之间，其上设有若干定位孔（41），该定位孔内设置定位销（42）；

镭射束过流高速穿孔组件（5），具有固定架（51）、活动板（52）、上下气缸（53）和镭射切割头（54），所述固定架（51）固定在所述Y向移动模组（3）上，所述Y向移动模组（3）能够带动该固定架（51）沿Y向往返运动，所述上下气缸（53）固定所述固定架（51）上，所述活动板（52）上下滑动定位于所述固定架（51）上，所述上下气缸（53）能够带动所述活动板（52）沿Z向往返运动，所述镭射切割头（54）固定于所述活动板（52）上。

2.根据权利要求1所述的熔喷板模头喷丝孔的加工方法，其特征在于：对于熔喷板模头的喷尖厚度大于2mm的喷丝孔再进行流水抛光后处理步骤。

3.根据权利要求2所述的熔喷板模头喷丝孔的加工方法，其特征在于：所述流水抛光后处理步骤具体为：将加工好喷丝孔的熔喷板模头放置在超声波清洗槽中，采用频率为40KHz的超声波清洗15min捞出后沥干。

4.根据权利要求1所述的熔喷板模头喷丝孔的加工方法，其特征在于：所述X向移动模组（2）包括X向支架、X向电机、X向丝杠、X向螺母和X向滑块，所述X向丝杠的两端通过轴承架设于X向支架上，所述X向电机的动力输出端与所述X向丝杠传动连接，所述X向螺母通过螺纹套设于所述X向丝杠上，所述X向滑块与所述X向螺母固定连接；所述Y向移动模组（3）包括Y向支架、Y向电机、Y向丝杠和Y向螺母，所述Y向丝杠的两端架设于所述Y向支架上，并与Y向电机的动力输出端传动连接，所述Y向螺母通过螺纹套设于所述Y向丝杠上。

5.根据权利要求4所述的熔喷板模头喷丝孔的加工方法，其特征在于：所述活动板（52）通过一对导轨上下滑动定位于所述固定架（51）上；所述Y向移动模组（3）的Y向支架的两端分别与一对所述X向移动模组（2）的X向滑块固定连接；所述固定架（51）与所述Y向螺母固定连接。

6.根据权利要求1所述的熔喷板模头喷丝孔的加工方法，其特征在于：所述活动板上固定有CCD相机（55），所述镭射切割头（54）上设有喷嘴口。

7.根据权利要求6所述的熔喷板模头喷丝孔的加工方法，其特征在于：所述喷嘴口用于喷射出压力大于2MPa的高压氧气。

8.根据权利要求1所述的熔喷板模头喷丝孔的加工方法，其特征在于：所述步骤2中，清洁处理的具体为：先用干净的无尘布蘸上无水乙醇并沿着同一个方向擦拭熔喷板模头（100）上的喷尖两至三次，然后将PH值为7.8～8.2的弱碱性表面洗涤剂和蒸馏水按照1:1的比例混合均匀，再用棉签蘸上混合后的液体涂覆在熔喷板模头的喷尖的下端的腰圆孔的顶部位置，完成加工前的清洁处理。

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