非織造布熔噴模具技術(shù)研究與應(yīng)用

康逢華，曾增權(quán)

（珠海格力精密模具有限公司，廣東珠海 519070）

1 引言

全新結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、自主開發(fā)，自制熔噴模具投入公司熔噴生產(chǎn)線使用，模具價(jià)值100萬；模頭大部分采用的是矩形噴絲板，熔噴模頭的作用是將黏流狀態(tài)的高聚物熔體或溶液，通過熔噴布模具的噴絲板的微孔轉(zhuǎn)變成有特定截面狀的細(xì)流進(jìn)行噴絲[1]。噴絲組件與氣刀之間形成特殊的氣腔，高壓熱風(fēng)氣流通過氣腔狹縫以近似于音速的速度噴射，氣刀刃部與噴絲組件尖端形成一紡絲錐。熔體從紡絲微孔中噴出，在紡絲錐處被高速氣流夾持牽伸拉細(xì), 經(jīng)過冷卻后即可形成超細(xì)纖維[2]。

2 非織造布熔噴模具結(jié)構(gòu)分析

非織造布熔噴模具（見圖1）工藝是利用高速熱空氣對(duì)模頭噴絲孔擠出的聚合物溶體細(xì)流進(jìn)行牽伸，形成超細(xì)纖維并凝聚在滾筒上，依靠自身粘合而成，熔噴模具是非織造布工藝最關(guān)鍵的部分，制品的均勻性與模具密切相關(guān)，模具加工精度要求高。

3 模頭結(jié)構(gòu)技術(shù)方案

熔噴模頭結(jié)構(gòu)（見圖2）雖然簡單，但是模具功能要求復(fù)雜，在PP高流動(dòng)性要求下，對(duì)流道設(shè)計(jì)有更高的要求，模具生產(chǎn)過程需要高溫（250℃左右），模頭結(jié)構(gòu)技術(shù)方案如下幾個(gè)方面：

（1）材料：耐高溫、防腐蝕不銹鋼材料。

（2）流道設(shè)計(jì)：衣架式（見圖3）。

（3）合配密封：加耐高溫密封膠結(jié)構(gòu)。

（4）加熱棒分布：高性能加熱原器件。

（5）溫度傳感點(diǎn)分布：均勻分布溫度檢測點(diǎn)。

4 流道CAE分析

（1）模具流道分析測試。模具設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人仔細(xì)研究行業(yè)內(nèi)的各類非織造布熔噴模具流道資料，目前常用流道（見圖3）有T 形流道、魚尾形流道和衣架形流道3種方法基礎(chǔ)上。

（2）模具流道必須考慮原材料PP高流動(dòng)性要求，因模具長度超1,600mm，保證流膠量同時(shí)到達(dá)噴絲板位置（見圖4），保證吐出量均一化要求，利用ANSYS仿真軟件對(duì)聚合物熔合物熔體的流動(dòng)過程進(jìn)行壓力和流速分布模擬，仿真結(jié)果表明，衣架形流道模具結(jié)構(gòu)較為符合設(shè)計(jì)要求。①熔噴布PP材料分析（見表1）；②要求同時(shí)流動(dòng)到達(dá)尾端時(shí)間；③加熱棒調(diào)節(jié)流動(dòng)平衡溫度；④分析網(wǎng)格要準(zhǔn)確細(xì)分、2D與3D流動(dòng)分析仿真。

表1 PP材料分析

5 噴絲板制造工藝方案

（1）微孔?0.15mm、?0.2mm、?0.25mm、?0.3mm等孔加工容易出現(xiàn)鉆頭斷裂，出現(xiàn)鉆頭斷裂，將導(dǎo)致零件報(bào)廢。

（2）研究鉆頭加工設(shè)備穩(wěn)定性要求，鉆頭切削參數(shù)、鉆頭過程冷卻、排削、擺動(dòng)、切削加減速等加工細(xì)節(jié)，建立切削參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)與控制方法。

（3）微孔數(shù)量多，一般情況都超1,000個(gè)微孔，孔徑、徑距精度要求高，控制精度±0.005mm。

（4）加工測試研究，根據(jù)切削參數(shù)、機(jī)床穩(wěn)定性情況，找到滿足精度要求加工狀態(tài)。

（5）加工過程，微孔（見圖5）加工檢測難點(diǎn)大，多工序加工容易出現(xiàn)堵塞無法貫通。

（6）加工工藝技術(shù)研究，優(yōu)化加工順序，對(duì)每個(gè)工序做好工藝方法，防止微孔堵塞無法處理。

6 噴絲板加工工藝測試與分析

噴絲板細(xì)孔的加工是熔噴模具的核心部件，噴絲板制造工藝方案測試是項(xiàng)目成功的關(guān)鍵，在噴絲板正式加工前，細(xì)孔加工測試經(jīng)過不同的刀具品牌、不同切削參數(shù)、不同切削策略方案、不同加工設(shè)備與主軸轉(zhuǎn)速等方面實(shí)驗(yàn)。

（1）加工方案一。由安田YASDA 設(shè)備分兩段加工，尖端留平臺(tái)面0.5mm寬（見圖6），先用?0.25mm鉆頭加工深度到數(shù)，去除平臺(tái)面，120°兩斜面精加工到數(shù)，再用?0.3mm平刀用鉆鉸方式去除毛剌。

（2）加工方案二。由YASDA分兩段加工（見圖7），兩斜面先由牧野V99L精加工到位，先用?0.2mm平銑刀鑼?0.28×0.6mm沉槽，再用?0.25mm鉆頭加工深度到數(shù)，再用?0.3mm 鉆頭擴(kuò)孔方式加工孔到位，測試?0.28×0.6mm沉槽的0.28mm尺寸是否合適，?0.3mm擴(kuò)孔方式是否提升孔粗糙度效果。

分兩次裝夾加工噴絲微孔，先用?0.25mm鉆頭加工深度到數(shù)，去除平臺(tái)面，120°兩斜面精加工到數(shù)，再用?0.3mm平刀用鉆鉸方式去除毛剌。

7 噴絲板背面流道出膠口電火花方案實(shí)驗(yàn)

（1）電打背面進(jìn)膠流道（電極設(shè)計(jì)在模型的R1圓弧面上做留量0.1mm）。

（2）電打背面進(jìn)膠流道底面到數(shù)，微孔口部到數(shù)，（電極設(shè)計(jì)只與R1mm 圓弧面接觸火花紋，設(shè)計(jì)紫銅電極，電打VDI15）。

（3）電極設(shè)計(jì)R1mm圓弧留量0.1mm不電打到位；電極只設(shè)計(jì)電打R1mm圓弧到位，注意兩次電打過渡圓滑。

相關(guān)測試過程圖片（見圖8）。

8 噴絲板流道V型深槽加工技術(shù)方案分析

噴絲板細(xì)孔的加工是熔噴模具的核心部件，核心近3,000個(gè)?0.3mm細(xì)孔加工工藝是模具成功的關(guān)鍵，對(duì)應(yīng)的細(xì)孔背面是V型深槽流道（見圖9），槽深且窄，是熔噴模具聚合物溶體主要的流動(dòng)關(guān)鍵位置，決定著出絲的均勻性、出絲量與速度等關(guān)鍵參數(shù)。因孔太深，有很大的加工難度和很長的加工時(shí)間。為了提升加工精度和加工效率，對(duì)應(yīng)V型深槽做如下幾方面的加工工藝技術(shù)測試。

（1）方案一。V槽口部寬度6mm，小端4mm，常規(guī)機(jī)加工只能加工到6 倍直徑切削深度，即還有還有12mm細(xì)小槽位置無法機(jī)加工，需要電火花加工代替。電加工效率低，表面粗糙度值大，不能滿足加工要求。

（2）方案二。V 槽口部常規(guī)加工到6 倍直徑切削深度，12mm 細(xì)小槽位置設(shè)計(jì)非標(biāo)成型刀具加工。提升加工效率與精度。刀具設(shè)計(jì)如圖10所示。

設(shè)計(jì)錐度球頭與直身球刀結(jié)合的技術(shù)方案，解決深槽加工小徑刀具剛性差的問題；通過特殊設(shè)計(jì)槽型，滿足排屑順暢的前提下，大幅增加刀體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度；根據(jù)深度超10倍直徑的V型深槽的加工特征，設(shè)計(jì)一款外形與工件匹配的成型輪廓刀具，槽型由刀具一次銑削而成，取消電打工藝，降低成本；通過銑刀內(nèi)冷卻油孔設(shè)計(jì)，解決深槽加工中的外置冷卻無法直達(dá)切削部位的冷卻不足的問題，同時(shí)切削刃部出冷卻液可沖出深槽鐵屑；通過刀具頸部設(shè)計(jì)臨時(shí)容屑槽，解決深槽鐵屑無法及時(shí)排出的問題以及鐵屑在刀具工件之間擠壓摩擦造成工件表面光潔度差。

9 熱風(fēng)管與氣刀板間隙方案

熱風(fēng)管與氣刀板是噴絲的兩位關(guān)鍵部位（見圖11），出絲尖口的角度、間隙（見圖12）與熱風(fēng)管的溫度與風(fēng)壓是保證出絲均勻（見圖13）的關(guān)鍵參數(shù)。風(fēng)管設(shè)計(jì)與制造工藝重點(diǎn)保證均勻性，提升尖口出風(fēng)壓力均勻。

10 模具零件分析與提煉關(guān)鍵識(shí)別

模具零件分析與提煉關(guān)鍵識(shí)別如表2所示。

表2 模具零件分析與提煉關(guān)鍵識(shí)別

11 問題記錄與改善對(duì)策

問題記錄與改善對(duì)策如表3所示。

表3 模具問題記錄與改善對(duì)策

12 實(shí)際效果

（1）熔噴模具設(shè)計(jì)的流道方案確認(rèn)，通過CAE 分析，對(duì)應(yīng)衣架式流道的設(shè)計(jì)細(xì)化每個(gè)尺寸要求。提升模具生產(chǎn)穩(wěn)定與質(zhì)量。

（2）噴絲板的細(xì)孔加工建立刀具技術(shù)要求、刀具加工前檢測、加工過程切削參數(shù)與孔精度檢測等。

（3）噴絲板的細(xì)孔防護(hù)與清洗。