专利名称：花纹轧辊和模板刻花工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及在金属板带材和非金属板带材上轧制或印压双面花纹用的轧辊和模板的刻花工艺。
金属薄板，尤其是铝质薄板轧制的双面花纹板，不仅能增强外观装饰性能，而且提高了强度，改善了其散热性、吸音性，铝双面花纹板除用于装饰行业、仪表仪器行业外，大量应用于制冷行业，如电冰箱(柜)冷冻室内胆。
金属或非金属双面花纹板的制作，最关键的是轧辊或模板的刻花，尤其是在高强度高硬度合金钢轧辊上刻花，难度更大。
轧制双面花纹板用轧辊不同轧制单面花纹板用轧辊，其一对轧辊均为工作辊，两个工作辊上花形的对位精确度，是重要的技术标准，在两轧辊上的花纹不正确对位情况下轧制花纹板，不仅使产品外观花形失控，而且会轧穿基体，甚至损坏轧辊。
为了在高硬度的轧辊上刻出花形和准确地加工出对位性优良的双面轧辊，据CN1035964A专利介绍，在技术发达的国家采用电脑控制的激光蚀刻、电子束蚀刻、电火花蚀刻等高技术手段。由于上述设备价格昂贵，操作技术要求极高，一般难以应用，因此一些厂采用降低轧辊硬度来解决双面花纹轧辊的制作问题，如采用一硬一软的金属硬辊与金属软辊(或非金属软辊)等复合辊方式。
在专利公开号CN1035964A的《冷轧铝花纹板工作辊及其制造工艺》中，其花纹辊的刻制方法是由人工钢冲模先打出金属硬辊上花形，再利用硬辊在软辊上压出铝复合辊的相应花形，由于工艺限制，金属硬辊硬度受限，铝合金复合辊的硬度更低，因此，轧辊的耐磨性较低，轧出的花纹板的清晰度低于双硬轧辊的产品，双辊使用寿命也较低，由于人工钢模冲头打印花纹，只能局限于一些简单的粗放花纹图案，且工序多，周期长，对细微精密有规则的图案和要求刻花深度均匀的轧辊，加工更难，而且两轧辊在工作面接触后完全闭合，因此在轧制状态下，花形侧面间隙小于两辊之间上下间隙，也就是说小于铝板的厚度，所以当铝板在上下辊凸凹花形间轧出凸起状花形时，铝板有被轧薄的情况，因而影响产品在使用时折边性，易开裂，从产品外观上看，一面出现凸起，而另一面呈大平面凹进状，两面花形相差较大。
如公告CN2071103U《一种平面电解刻印机》仅能用于轴承端面刻印记，不能用于曲面刻出连续的大量布满辊身的花纹，且不能解决两辊的花形对位问题。
如公告GG87208243《轧辊刻字刻图装置》采用电脉冲电源，改装后的摇臂钻床来控制刻花空间，同样不能适应双面花纹轧辊的花形图案刻制。
因为双面花纹轧辊要求较大的刻花深度和两辊花形精确对位性，故公告号CN2071103U和GG87208243均无法达到。
本发明的目的，是为了克服上述已有技术中存在的问题和缺点，而提供一种投资少，设备简单的照像蚀刻加工工艺，制造双硬花纹辊。该加工方法不受轧辊材质和硬度高低的限制，可加工各种精细花纹图案，包括有规则或无规则排列的图案;两轧辊花纹对位精度高;由于蚀刻后两辊上凸花和所对应的凹花间，自然形成左边、右边、下边间隙，改善了轧花过程中金属板变形条件;刻花深度能够较准确的均匀控制，可在原有深度上再加深刻花深度，因此有较好的修复性能。
由于该发明有上述特点，其轧辊的制造与使用效果，克服了硬-软复合辊在花纹辊刻花时硬度方面的限制，能在9CrSi等高强高硬合金钢轧辊上刻制各类花纹，从而制造出双硬花纹辊，提高了耐磨性，延长了使用寿命，消除了轧花过程中金属板尤其是铝板被轧薄而导致制作产品成型时折边断裂的原因，提高了花纹板两面花纹的均匀性，外形美观。
本发明的花纹辊刻花采用照像蚀刻法如下①在待蚀刻花纹的轧辊工作面上于暗光下包覆或涂覆感光胶膜;
②把轧辊安装在如图示1的对位工装上，调整两轧辊的相对位置，对位工装保证每一根轧辊在三维空间均可调整。该对位工装把轧辊花形对位与轧辊在工作时状态有机的联系在一起，一次确定相互间相对位置，减少了累积误差，提高了对位精度;
③当调整两轧辊的相对位置与在轧机上工作位置一致后，调好两轧辊间的间隙，使它略小于照像底片的厚度，可用塞尺测量。
④在设计曝光底片时，要在底片上作出用来对准阴阳片用的对位记号，将两张阴阳花纹底片卡入两轧辊间隙前，事先在有光源的玻璃板上将阴阳花纹对准，待两底片黑白花形完全互补，底片呈一片黑色时表示已对准。
⑤将阴阳花纹对正后的两张底片同时卡入两辊间隙中，保持底片侧边与轧辊垂直，然后同步旋转对位工装上两轧辊，其驱动力可用电动，亦可用手动;
⑥当底片头伸出另一端时，在50～100mm范围内停止旋转，采用粘接方式将片头固定在相应一侧的轧辊面上，然后连续转动对位工装，当片尾剩下50～100mm时，按贴片头方法贴片尾。
以上操作均在弱光或黄色(红色)光下进行，防感光胶膜曝光。
⑦取下两轧辊在专用紫外线光源下曝光;
⑧经曝光后的轧辊在显影机上显影，从而得到具有图案的保护膜;
⑨在蚀刻机上蚀刻花纹，其蚀刻液为10%～22%浓度的NaCl(重量比)，不同钢种浓度不同，蚀刻机由直流电源和支承机构、驱动旋转机构、蚀刻箱(槽)等组成。待刻花轧辊接电源正极，负极可用铅板或其它可作负极的材料构成;
⑩蚀刻到所需花纹深度后，去除轧辊上保护膜，风干、上油，这样全部刻花过程完毕。
本加工方法中的对位工装加装模板夹具后，即可装夹平面型模板，其调整方式完全同调整轧辊相互位置相同，只是不需利用旋转驱动机构而已。确定曝光底片位置的方式也相同，即把对好花形的正负曝光底片平伸进已调整好空间位置及间隙的模板中，让片头和片尾各伸出模板一部分，伸出多少以底片设计尺寸为准，保证操作方便即可。其间隙是大于两底片厚度，以底片能自由伸进模板之间为佳。然后逐渐压紧底片，把底片牢固地贴在相应一侧的已覆感光膜的模板上，其余曝光、显影、蚀刻过程与花纹轧辊加工工艺相同，所不同的是，模板蚀刻时不必转动，在腐蚀机上模板接电源正极，负极用铅板。
图1是本发明轧辊刻花时的对位工装的正视图，图2是对位工装俯视图，图3为K向视图，图4为模板刻花用的对位工装上的模板夹具俯视图，图5为模板夹具B-B剖视图。
本发明中轧辊刻花时对位工装结构如附图1、2、3所示对位工装由底架6和带滚轮的两块移动板7以及移动板上的支架组成。移动板7上两端安装具有竖直方向调整螺杆2的支架各一个，支架2上装有两个调节螺杆，移动板的最外端装有轴向调位螺杆1的调整架两个以及电动机5两个，变速箱4和传动齿轮3等。部件5、4、3保证轧辊可以独自正反向旋转，齿轮9是用以保证两轧辊同步逆向转动的逆向齿轮，当齿轮9工作时，只需移动板上任意一电机驱动，而另一电机不用，并拆去其轧辊上的齿轮3即可。两移动板之间由左右两根连结螺杆10相连，螺杆10用来调整轧辊8在径向的位置及其间隙。
本发明中模板刻花时模板夹具结构如附图4、5所示带顶针孔的轴头11(接在对位工装上)，支承模板用的夹具立板12，紧固模板用螺孔13，夹具底板14，接在对位工装竖直调整螺杆2上，固定轴头11用的三角侧板15。
实施例一花纹轧辊刻花1.准备工作按加工深度设计出所需花纹白图，设计时必须考虑到蚀刻加工中的侧向腐蚀因素。
按所加工轧辊的直径，计算并调整好花形的数目，对有规则排列的图案，必须保证周长尺寸是单个(单排)花形的整倍数，不允许出现半边或不完整花形。
底片拍摄后要保证有足够的黑白对比度，无重影，无斑点。在设计曝光底片时，即在底片上作出用来对准阴阳片用的对位记号。
底片对准花形方法阴阳底片对准花形是在有光源的玻璃板上进行，光线从玻璃板下射出，把第一张底片平整地置放于玻璃板上，再把第二张底片重叠其上，对准全部事先已设计的对位用记号，则两底片完全黑白花形互补，底片呈一片黑色即表示已对正。
2.轧辊蚀刻操作(1)清除两辊表面油污;
(2)在弱光下覆感光胶膜，胶膜中不能存在气泡或严重的厚薄不均等缺陷，必要时可局部修复或重新操作;
(3)将轧辊装在对位工装上(见图示1)，调整两轧辊的轴向、径向相对位置。如竖向高度不同，亦需调整到一致，并用精密量具测量。
a.轴向调整旋转调整螺杆1，则轧辊8在螺杆推力作用下向力的方向移动;
b.径向调整调整连结移动板的水平移动螺杆10，即可带动移动板靠近或离远;
c.竖向调整调整支承架调节螺杆2即可升高或降低轧辊;
d.调整时，可只调整一端或两端同时调，亦可只调整一根轧辊，也可两根轧辊同时调。
(4)将曝光用底片花形对准，对准后底片在光线下检查，呈一片黑色;
(5)将对准相对位置的轧辊两辊间间隙调到略小于两张底片的厚度，可用塞尺或废底片卡入测试;
(6)将底片从轧辊中间间隙卡进，使其卡死在间隙中;
(7)转动两轧辊逆向旋转，底片前进方向必须是逐渐穿过两辊间隙;
(8)当片头穿过轧辊到一定尺寸，例如50mm左右即停止转动，用粘胶带将两底片分别紧贴在一侧的轧辊面上，检查有无空隙，是否牢固，无误后，继续转动轧辊，直至底片尾部剩下50mm后，按贴片头方法贴牢;
(9)整个底片贴好后，可连续转动一周，检查有无松动变位，正常后进行下部工序。
以上操作均不允许在强光下进行。
(10)将贴好底片的轧辊，分别从对位工装上取下，安装在紫外线曝光装置上曝光。
(11)曝光后，取下底片的轧辊，分别在显影机上显影。显影液Na2CO3浓度2～3%时间以显影清晰为准，采用诸如聚乙烯醇等液体感光胶，则用水显影;
(12)对显影后的图形检查修复，修复可用人工笔描，用相同的材料修补，聚乙烯醇感光胶，还必须进行老化处理;
(13)以上工序完毕后，将轧辊在腐蚀机上电解腐蚀，轧辊接直流电源的正极，负极用铅板，蚀液按轧辊的材料选择不同的浓度，可采用8～22%NaCL蚀液，温度为20～40℃，液面以淹住轧辊下部30～40mm为佳，电流为200～500安，电压为6～12伏;
(14)蚀刻开始后，每30～40分钟测定一下蚀刻深度，接近深度标准时，应多停机检查，蚀刻时轧辊为旋转状态;
(15)深度合适后，停机，清除保护膜，可用温度60℃，浓度5～7%的Na2CO3液清除，亦可用丙酮液刷洗。
(16)风干、上油。
实施例二平面型双面花纹模板刻花(1)清洗板面，覆感光胶膜;
(2)在对位工装上安装如图示4、5的模板夹具;
(3)将模板固定在夹具立板12上，通过螺孔13用螺栓固定，另一模板同法固定于另一夹具上;
(4)模板夹具底板14与对位工装竖向调整螺杆2相接，调整模板夹具高低及倾角;
(5)调整两板的相对位置，使三维方向一致;
(6)通过对位工装螺杆10调整两板间隙，使对好花形的底片头尾伸出模板;
(7)调整螺杆10逐渐夹紧两模板，将底片平整的夹在其间;
(8)用粘胶带固定模板两端的底片，使之紧贴在模板上;
(9)分开模板，分别进行曝光、显影(同轧辊刻花);
(10)在蚀刻槽中腐蚀(同轧辊刻花)，蚀刻到设计深度后取出;
(11)去除保护膜，风干上油。
权利要求
1.一种在金属表面上采用照像蚀刻出花纹图案的方法，其特征是通过对两张对正阴阳花纹的感光底片同时精确相对应地贴附到一对涂覆感光胶膜的轧辊(模板)上的全过程控制，其控制过程在三维可调的对位工装上完成，通过曝光显影，轧辊(模板)上获得耐蚀保护膜图形，在蚀刻机上经10～22%浓度(重量比)的NaCL溶液蚀刻到设计的花纹深度，得到相对应的阴阳花纹的轧辊(模板)。
2.如权利要求1所述的两张对正阴阳花纹的感光底片，其特征是设计曝光底片时已作有用来对准阴阳片用的对位记号，在有光源的玻璃板上，两张底片重叠，对准对位记号后，底片呈一片黑色即已对正。
3.如权利要求1所述的曝光底片贴附到轧辊感光胶膜上的过程控制，其特征是在对位工装上两轧辊同时旋转，在调好的两轧辊间隙内同时卷进已对好位的两张曝光底片，而模板贴片无需旋转。
4.如权利要求1所述的三维对位工装，其特征是具有两套轴向、径向、竖向的调整机构，使任意一根轧辊一端或两端均能在三维空间调整，可以单独或同时、相向或逆向驱动轧辊转动，同时转动的转速通过齿轮保持同步，可以通过增加模板夹具将两张感光底片同时对应地贴附到模板上。
全文摘要
本发明提出的一种在轧辊(模板)上刻出阴阳花纹图形的照像蚀刻工艺。主要包括底片设计、底片花形对位及如何在三维空间可调的对位工装上，将两张阴阳底片同时精确对应地贴附到涂覆感光胶膜的轧辊(模板)上的控制方法，经曝光显影使轧辊(模板)上获得耐蚀保护膜图形，蚀刻后获得一对双面花纹轧辊(模板)。该刻花方法简单、投资少，刻花对位精度高，不受轧辊(模板)尺寸大小、材质成分及硬度的限制。
文档编号C23F1/02GK1068981SQ9110726
公开日1993年2月17日 申请日期1991年7月30日 优先权日1991年7月30日
发明者黄光礼, 刘清祥, 余小彦 申请人:西南铝加工厂