專利名稱：采用激光焊接法制造組合噴絲頭的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域中噴絲頭的加工方法，具體是一種采用激 光焊接法制造組合噴絲頭的方法。
背景技術(shù)：
噴絲頭是化纖行業(yè)關(guān)鍵性的精密零件，其功用是將精確計(jì)量過的紡絲溶液通 過其上微孔噴擠出具有一定粗細(xì)和質(zhì)地細(xì)密的纖維束，因此它的質(zhì)量是保證纖維 成品質(zhì)量和良好紡絲工藝的重要條件。噴絲頭有帽型、瓦型等，大小不等，每個(gè) 質(zhì)量為幾克到幾十克。研究表明，纖維截面異形化可以改善織物的光澤性、蓬松 性、彈性、手感等；纖維截面相同的情況下，異形截面纖維比圓形截面纖維具有 更大的抗彎強(qiáng)度，故纖維的抗起球性能優(yōu)良，彈性好；而截面微細(xì)化使織物具有 吸濕排汗、手感柔軟。另外，異形截面纖維由于表面縱向凸凹不平，在吸濕性、 輕量化等方面能優(yōu)良。因此，微細(xì)異形噴絲頭的研制對(duì)紡織行業(yè)具有重要的意義。 但是目前普遍使用的噴絲頭加工多采用一體式加工方法，對(duì)出絲孔的加工包括機(jī) 械加工、電火花加工、線切割等法。用傳統(tǒng)加工方法，只能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的圓形孔的 加工，加工微細(xì)異形孔很困難，很難實(shí)現(xiàn)噴絲孔的異形化和微細(xì)化。
LIGA (光刻、電鑄、復(fù)寫)技術(shù)是深層光刻掩模、電沉積及微復(fù)制成型技 術(shù)相結(jié)合的一種綜合性微加工技術(shù)，被認(rèn)為是制造微模具最有前途的方法。該技 術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是制作的微結(jié)構(gòu)具有較大的深寬比，側(cè)壁陡峭、表面平整，厚度可達(dá)幾 百至上千微米，且可實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)的批量復(fù)制。采用LIGA技術(shù)，可以得到任意截 面形狀的光刻膠微模具，以這種光刻膠模具電鑄，可一次成形、批量制作相應(yīng)截 面形狀的噴絲孔，但LIGA技術(shù)需要昂貴的同步輻射光源和特制的掩模板，因此， 在對(duì)結(jié)構(gòu)深寬比要求稍低的情況下，可用UV (紫外)-LIGA技術(shù)替代LIGA技 術(shù)，在通用的紫外曝光機(jī)上曝光，可以得到數(shù)百微米深的噴絲孔結(jié)構(gòu)，其成本很 低。
經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，專利號(hào)為03129624.6的中國專利，用LIGA 技術(shù)制造異型孔和微細(xì)？L;專利號(hào)為200710038606.4的中國專利用UV-LIGA技 術(shù)制造超細(xì)微噴嘴，上述專利的改進(jìn)，雖可解決微細(xì)孔、復(fù)雜孔的制造難題和噴 絲孔批量生產(chǎn)問題，但仍難以應(yīng)用于噴絲頭的制造，因?yàn)長(zhǎng)IGA技術(shù)、UV(紫 外)-LIGA技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)平板多孔的加工，這種多孔板無法安裝在紡織機(jī)械設(shè)備 上，故其還不是真正意義的噴絲頭。
此外，噴絲頭為了滿足高溫及強(qiáng)酸堿溶液條件下工作的要求，多采用鉭、黃 白金等價(jià)格昂貴的材料，實(shí)際上在只有出絲面與強(qiáng)酸堿溶液接觸的情況下，只需 要將噴絲頭的底板采用這些價(jià)格昂貴的材料制作，其它部分則可采用其它成本較 低的材料替代，但若采用傳統(tǒng)的加工方法，如何將一個(gè)噴絲頭使用兩種金屬材料 合成便成為一個(gè)難題。
激光焊接法是一種適合焊接不同金屬材料的方法，姚遠(yuǎn)在《激光焊接技術(shù)在 汽車工業(yè)中應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)》中提到，激光技術(shù)采用偏光鏡反射激光產(chǎn)生的 光束使其集中在聚焦裝置中產(chǎn)生巨大能量的光束，如果焦點(diǎn)靠近工件，工件就會(huì) 在幾毫秒內(nèi)熔化和蒸發(fā)，所以這一效應(yīng)可用于焊接工藝。激光焊接的主要特點(diǎn)如 下熱量輸入很小、焊縫深寬比大，熱影響區(qū)小，導(dǎo)致工件收縮和變形很小無需 焊后矯形；焊縫強(qiáng)度高，焊接速度快；焊縫窄且通常表面狀態(tài)好，免去焊后清理 等工作；焊接一致性、穩(wěn)定性好， 一般不加填充金屬和焊劑，并能實(shí)現(xiàn)部分異種 材料焊接。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足和缺陷，提出一種基于激光焊接技術(shù)的噴絲頭加 工方法，本發(fā)明將噴絲頭的底面多孔板和外框分開制造，實(shí)現(xiàn)其在加工微細(xì)、異 型噴絲頭中的具體可行性，本發(fā)明具有靈活性好、 一致性高、精度高、成本低、 適于大批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。
本發(fā)明的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括如下步驟 首先，制作多孔板以及與多孔板尺寸、形狀相一致的外框； 其次，將多孔板外緣和外框下沿緊壓在一起，采用激光焊接法熔化多孔板的 邊緣和外框下沿，使多孔板邊緣和外框下沿熔為一體；
最后，把焊接好的噴絲頭進(jìn)行沖壓，再進(jìn)行強(qiáng)化表面處理即完成了噴絲頭的
制作。
所述多孔板，其外形形狀可根據(jù)設(shè)備的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。
所述制作多孔板，是指采用UV-LIGA技術(shù)或機(jī)械法、電火花法或線切割方 法制作；
所述制作外框，是指采用沖壓、線切割、車、銑或刨等方法制作。
所述多孔板，其與外框可為兩種不同的材料。
所述外框是不銹鋼或鉭。
所述多孔板，是不銹鋼、鉭、鎳或黃白金。
所述將多孔板外緣和外框下沿緊壓在一起，采用夾具將多孔板和外框之間進(jìn) 行緊固。
所述強(qiáng)化表面處理，是指進(jìn)行表面機(jī)械強(qiáng)化、轉(zhuǎn)化膜處理、電鍍與化學(xué)鍍操作。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果
本發(fā)明將噴絲頭的底面多孔板和外框分開制造，為UV-LIGA技術(shù)制造的異 型孔、微細(xì)孔多孔板合成噴絲頭提供了可能，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)久以來UV-LIGA技術(shù)用 于噴絲頭的制造從理論到實(shí)際應(yīng)用的突破；此外，由于激光焊接除了可用于同種 金屬的焊接，還可用于異種金屬的焊接，本發(fā)明為同一噴絲頭使用兩種不同材料 制作提供了便利，即將多孔板采用貴金屬制作，而不需要與強(qiáng)酸堿溶液接觸的部 分如外框采用普通金屬制造，從而可將材料成本降低60%左右。


圖1是本發(fā)明制作出的多孔板的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明制作出的外框的結(jié)構(gòu)示意圖3是本發(fā)明中在夾具中焊接多孔板和外框的示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案
為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實(shí)施例。 實(shí)施例1
本實(shí)施例包括如下步驟
首先，采用UV-LIGA技術(shù)制作材料為鎳的多孔板，多孔板的形狀如圖l所
示，并以沖壓法制作與多孔版匹配的鉭材料的外框，外框的形狀如圖2所示；
所述采用UV-LIGA技術(shù)制作材料為鎳的多孔板，具體如下
(1) 掩膜版制作按照紡絲需要，設(shè)計(jì)并制作相應(yīng)截面形狀的掩膜版；
(2) 基片處理將2mm厚的玻璃片清洗干凈并烘干，在一面濺射Ti并氧 化處理，使Ti層轉(zhuǎn)化為Ti02層，以作為之后的電鑄種子層；
(3) 甩膠將SU-8 100傾倒于處理好的基片表面，在甩膠臺(tái)上以800轉(zhuǎn)/ 分的轉(zhuǎn)速甩膠300pm，在程控烘箱中前烘，在30min內(nèi)將室溫從2(TC升溫至65 'C，保持30min，再經(jīng)15min升溫至95°C ，保持3h;然后用切片機(jī)將膠面平整， 再置于烘箱中65'C烘15min，以消除膠面上的刀痕；
(4) 曝光以設(shè)計(jì)好的掩膜版作掩蔽，用光強(qiáng)為911mJ/ci^的g線和i線 混合紫外光源對(duì)準(zhǔn)光刻膠曝光240s，放入程控烘箱中進(jìn)行后烘，從室溫20°C 10min升溫至65。C，保持10min，再經(jīng)10min升溫至85°C ，保持40min;
(5) 顯影在顯影液中顯影25min后，用甩膠臺(tái)甩干，得到電鑄用光刻膠
陰模；
(6) 電鑄以光刻膠為模具電鑄金屬鎳，電流密度為110A/dm2 115A/dm2， 電鑄30h左右，然后通過磨片工藝使整個(gè)表面平整，再經(jīng)去膠處理，去除光刻膠 陰模即得到厚度為0.3mm的多孔版，形狀如圖1所示。
其次，將多孔板和外框放入夾具3內(nèi)，如圖3所示，將多孔板外緣和外框下 沿緊壓在一起，采用波長(zhǎng)為1.06um的YAG激光設(shè)備，使多孔板邊緣和外框下 沿熔為一體，其中焊接參數(shù)功率30W、脈寬10ms、頻率10HZ/s、氬氣保護(hù)、 速度為0.4mm/s、上偏焦為1.5mm;
最后，把焊接好的噴絲頭進(jìn)行沖壓，再進(jìn)行表面清理、拋光、電鍍金處理， 噴絲頭制作完成。
實(shí)施例2
本實(shí)施例包括如下步驟
首先，采用沖壓法制作材料為黃白金的多孔板，多孔板的厚度為0.5mm，其 中黃白金的比例為3: 1，并以沖壓法制作與之匹配的鉭材料的外框；
其次，將多孔板外緣和外框下沿緊壓在一起，采用波長(zhǎng)1.06um的YAG激 光設(shè)備，使多孔板邊緣和外框下沿熔為一體，其中焊接參數(shù)功率為50W、脈 寬為6ms、頻率為20HZ/s、氬氣保護(hù)、速度為0.5mm/s、上偏焦為2.0mm;
最后，把焊接好的噴絲頭進(jìn)行沖壓，再進(jìn)行表面清理、拋光處理，制備完成 噴絲頭。
實(shí)施例3
本實(shí)施例包括如下步驟
首先，采用線切割法制作材料為不銹鋼的多孔板，多孔板的厚度為2mm， 并以沖壓法制作與之匹配的不銹鋼材料的外框；
其次，將多孔板外緣和外框下沿緊壓在一起，釆用波長(zhǎng)1.06ym的YAG激 光設(shè)備，使多孔板邊緣和外框下沿熔為一體，其中焊接參數(shù)功率為80W、脈 寬為2ms、頻率為50HZ/s、氦氣保護(hù)、速度為0.3mm/s、上偏焦為1.8mm;
最后，把焊接好的噴絲頭進(jìn)行沖壓，再進(jìn)行表面清理、拋光處理，噴絲頭制 作完成。
權(quán)利要求
1、一種采用激光焊接法制造組合噴絲頭的方法，其特征在于，包括如下步驟首先，制作多孔板以及與多孔板尺寸、形狀相一致的外框；其次，將多孔板外緣和外框下沿緊壓在一起，采用激光焊接法熔化多孔板的邊緣和外框下沿，使多孔板邊緣和外框下沿熔為一體；最后，把焊接好的噴絲頭進(jìn)行沖壓，再進(jìn)行強(qiáng)化表面處理即完成了噴絲頭的制作。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用激光焊接法制造組合噴絲頭的方法，其特征 是，所述制作多孔板，是指采用UV-LIGA技術(shù)或機(jī)械法、電火花法或線切割方 法制作。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的采用激光焊接法制造組合噴絲頭的方法，其 特征是，所述多孔板，其材料是不銹鋼、鉭、鎳或黃白金。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用激光焊接法制造組合噴絲頭的方法，其特征 是，所述制作外框，是指采用沖壓、線切割、車、銑或刨方法制作。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的采用激光焊接法制造組合噴絲頭的方法，其 特征是，所述外框是不銹鋼或鉭。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用激光焊接法制造組合噴絲頭的方法，其特征 是，所述將多孔板外緣和外框下沿緊壓在一起，將多孔板和外框之緊固。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用激光焊接法制造組合噴絲頭的方法，其特征 是，所述強(qiáng)化表面處理，是指進(jìn)行表面機(jī)械強(qiáng)化、轉(zhuǎn)化膜處理、電鍍與化學(xué)鍍操 作。
全文摘要
一種化纖生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域中的采用激光焊接法制造組合噴絲頭的方法，包括如下步驟首先，制作多孔板以及與多孔板尺寸、形狀相一致的外框；其次，將多孔板外緣和外框下沿緊壓在一起，采用激光焊接法熔化多孔板的邊緣和外框下沿，使多孔板邊緣和外框下沿熔為一體；最后，把焊接好的噴絲頭進(jìn)行沖壓，再進(jìn)行清理、強(qiáng)化及光整表面等后續(xù)處理即完成了噴絲頭的制作。本發(fā)明將噴絲頭分兩部分制造，兩部分可使用不同的材料和不同的加工方法，這樣大大降低噴絲頭的制造難度和成本。
文檔編號(hào)B23K26/20GK101362278SQ20081004277
公開日2009年2月11日 申請(qǐng)日期2008年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月11日
發(fā)明者丁桂甫, 姚錦元, 紅 汪, 程吉鳳 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)