金屬針布磨損機(jī)理及維護(hù)探討

沈 慧，陳玉峰

(1.中國(guó)紗線網(wǎng)，杭州 311203；2.光山白鯊針布有限公司,河南 光山 465450)

0 引言

梳棉機(jī)錫林、道夫、刺輥金屬針布磨礪技術(shù)，為改善梳棉機(jī)梳理狀態(tài)、提高梳理質(zhì)量起到了積極作用。隨著新型金屬針布用齒條的設(shè)計(jì)、制造特別是高產(chǎn)清梳聯(lián)金屬針布用齒條“矮、淺、尖、薄、密、小”的改進(jìn)，使大家對(duì)金屬針布的磨礪和維護(hù)有了新的認(rèn)識(shí)。有人認(rèn)為采用新型金屬針布后，磨礪針布會(huì)縮短其壽命；有人認(rèn)為磨礪針布前后梳理質(zhì)量改善很小、無(wú)效果；也有人認(rèn)為磨礪針布是提高梳理質(zhì)量的重要措施。因此，了解金屬針布的磨損和維護(hù)機(jī)理，尋求科學(xué)合理的金屬針布使用和管理方法，保持其鋒利度、延長(zhǎng)使用壽命，是正確使用金屬針布、提高梳理質(zhì)量的關(guān)鍵[1-3]。

1 高產(chǎn)清梳聯(lián)用金屬針布的磨損機(jī)理

1.1 金屬針布磨損的原因

1.1.1 纖維磨損

在梳理纖維過(guò)程中，金屬針布對(duì)纖維進(jìn)行抓取、釋放、控制和提升，以伸直纖維、清除雜質(zhì)等。該過(guò)程中纖維與金屬針布，纖維間存在摩擦阻力，在持續(xù)的梳理中纖維會(huì)使金屬針布磨損。

1.1.2 排除雜質(zhì)產(chǎn)生磨損

在將纖維束梳理成單纖維的過(guò)程中，梳解纖維的功能不斷發(fā)生變化，同時(shí)又要排除非單纖維物質(zhì)，因此針布磨損。

1.1.3 纖維在針齒間轉(zhuǎn)移的磨損

梳理分解纖維束成單纖維，提高纖維的伸直、平行和分離度，既要求金屬針布齒條有設(shè)定的齒形和幾何尺寸，又要求金屬針布間的合理配合。梳理過(guò)程中纖維對(duì)金屬針布齒條產(chǎn)生多種摩擦而發(fā)生磨損，稱之為“有形”磨損。

1.2 金屬針布磨損的特點(diǎn)

1.2.1 齒條齒頂面磨損

金屬針布齒條齒頂面磨損，主要是齒條對(duì)纖維束穿刺形成的纖維磨損，纖維、雜質(zhì)和微塵是磨料，針布是磨基。當(dāng)纖維被一個(gè)錫林金屬針布齒控制的同時(shí)，又與15個(gè)～20個(gè)錫林金屬針布齒(不發(fā)生梳理，而為梳理創(chuàng)造條件)和30個(gè)～40個(gè)彈性蓋板針布梳針接觸(發(fā)生梳理)。其間，錫林-蓋板隔距是梳理的立體空間，產(chǎn)生的力有纖維與針、齒摩擦阻力，纖維間的相互控制力，與纖維接觸最多的是齒條的齒前面和齒頂面，從而易被磨損，其磨損形態(tài)如圖1。

圖1 齒條齒頂面磨損形態(tài)

1.2.2 齒條齒前面磨損

在梳理纖維過(guò)程中，恒速時(shí)的金屬針布齒條齒前面控制纖維的位置相對(duì)固定，容易產(chǎn)生溝槽磨損；溝槽的位置則受齒尖面線速、齒條工作角α，纖維與齒條間的摩擦因數(shù)等影響。金屬針布齒條齒前面磨損形態(tài)見(jiàn)圖2。

圖2 齒條齒前面磨損形態(tài)

1.2.3 齒條齒部斜面的磨損

金屬針布齒條在梳理控制纖維后，當(dāng)纖維向齒頂運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)齒條齒部斜面產(chǎn)生磨損；齒部斜面磨損面積受齒部斜面的曲率大小影響。曲率越小，磨損點(diǎn)越集中、溝槽越深、磨損時(shí)間越短；曲率大則反之。金屬針布齒條齒部斜面磨損形態(tài)見(jiàn)圖3～圖4。

圖3 齒條齒部斜面磨損形態(tài)

a) 曲率小 b) 曲率大圖4 齒條齒部斜面曲率大小與磨損形態(tài)

1.2.4 齒條棱邊的磨損

在梳理纖維過(guò)程中，齒條齒部的棱邊對(duì)纖維具有控制作用；當(dāng)纖維沿齒部棱邊棱角滑動(dòng)時(shí)，引起纖維的損傷和齒部的磨損，是短絨增多的重點(diǎn)部位。金屬針布齒條齒部棱邊磨損形態(tài)見(jiàn)圖5。

圖5 齒條棱邊磨損形態(tài)

2 金屬針布維護(hù)機(jī)理分析

2.1 金屬針布維護(hù)目的和方法

始終以最小的摩擦阻力有效梳理纖維束，增強(qiáng)抗磨損能力，延長(zhǎng)使用壽命，是保養(yǎng)維護(hù)針布的目的。通過(guò)對(duì)金屬針布的部分齒尖進(jìn)行磨礪，達(dá)到齒部光潔、齒尖鋒利，以減少纖維損傷，增強(qiáng)齒尖的穿刺能力。根據(jù)設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，金屬針布分為可維護(hù)和免維護(hù)兩類。

普通金屬針布磨損初期，會(huì)在齒條齒前面和兩側(cè)面及棱邊磨出不等距的溝槽，溝槽的寬度、深度和長(zhǎng)度隨梳理纖維量增加而增大，其槽深約為5 μm～40 μm。此時(shí)，金屬針布維護(hù)的基本方式為平磨，以保證齒尖的鋒利度，如圖6所示。

a) 磨損的齒尖 b) 平磨后的齒尖圖6 金屬針布初期磨損和維護(hù)

2.2 免維護(hù)金屬針布的機(jī)理分析

金屬針布平磨效果存在差異如下。

a) 部分針布齒條幾何尺寸小或齒尖特殊，磨礪會(huì)造成齒尖無(wú)法恢復(fù)，影響磨針效果。

b) 只能磨削金屬針布齒條的齒尖，使齒頂面積增大，金屬針布的穿刺能力降低；金屬針布齒條齒頂面小、齒部有橫紋、齒前面和棱角溝槽等，都不能通過(guò)平磨進(jìn)行修復(fù)。

c) 部分表面強(qiáng)化的金屬針布齒條齒深小，磨礪量控制不準(zhǔn)會(huì)造成針布損壞。

由此可見(jiàn)，某些針布不能簡(jiǎn)單地通過(guò)平磨進(jìn)行維護(hù)，只能通過(guò)其他技術(shù)措施，提高齒條表面硬度和耐磨度，延長(zhǎng)使用壽命；因此，稱之為“免維護(hù)”。此外，部分梳棉設(shè)備采用鋼針滾筒，對(duì)減少纖維損傷有利。鋼針為圓錐形針尖，淬火硬度高、耐磨、穿刺能力強(qiáng)，保養(yǎng)清潔方便，也不需要磨針維護(hù)。

3 金屬針布使用周期及維護(hù)措施

3.1 金屬針布使用周期

金屬針布的壽命，由梳理過(guò)程中齒條與纖維間的摩擦決定。部分金屬針布使用后期有形磨損嚴(yán)重，出現(xiàn)分梳、凝聚功能衰退，運(yùn)轉(zhuǎn)效率降低，棉結(jié)雜質(zhì)增加等問(wèn)題，需增加磨針次數(shù)進(jìn)行維護(hù)，繼續(xù)使用性價(jià)比不高，因此有必要確定針布的使用期限。金屬針布的磨損與產(chǎn)量有直接關(guān)系，一般可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)產(chǎn)量確定針布磨礪周期以延長(zhǎng)針布的使用壽命。實(shí)踐表明，普通梳棉機(jī)用金屬針布梳理棉纖維200 t～300 t、化學(xué)纖維150 t～200 t時(shí)，齒條齒尖的銳度即嚴(yán)重衰退、棉結(jié)顯著增加。當(dāng)齒尖磨去0.20 mm～0.25 mm時(shí)，梳理的纖維量約為700 t～900 t，應(yīng)考慮更換針布或增加磨針次數(shù)。

影響金屬針布使用周期的主要因素：齒條材質(zhì)的選用，淬火、回火后齒尖所達(dá)到的硬度和金相組織，齒型設(shè)計(jì)和表面處理技術(shù)，纖維原料和紡紗方式，管理水平和工藝要求等。一般而言，通過(guò)對(duì)齒條進(jìn)行淬火、回火，保證其達(dá)到要求硬度的金屬針布為普通針布；通過(guò)機(jī)械拋光和表面磨光處理，使其達(dá)到要求硬度和表面粗糙度值的金屬針布為特殊處理金屬針布；通過(guò)表面強(qiáng)化處理方法，提高硬度的為強(qiáng)化處理金屬針布。齒條硬度越高，金屬針布使用周期越長(zhǎng)；反之，則短。表面粗糙度值越小、摩擦因數(shù)越小，其使用壽命越長(zhǎng)。金屬針布齒條表面處理方法與使用壽命確定參見(jiàn)表1，金屬針布齒條檢測(cè)4點(diǎn)硬度參照表2[4]。

表1 金屬針布齒條處理方法與使用壽命

單位：t

3.2 金屬針布維護(hù)

金屬針布維護(hù)方法有3種：普通型定期少磨，新型輕磨勤磨，高效型在線精磨。

3.2.1 普通型針布定期少磨

3.2.1.1 定期少磨的特點(diǎn)

普通型金屬針布的磨礪周期為6個(gè)月或1 a，采取“輕、重、輕”的方法磨礪后，再用刷輥刷光以去除磨礪時(shí)產(chǎn)生的毛刺。這種方法以時(shí)間控制磨礪效果，優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)金屬針布的定期磨礪；缺點(diǎn)是金屬針布在使用中衰退、在衰退中使用，最終影響生條品質(zhì)，造成質(zhì)量波動(dòng)。

3.2.1.2 磨礪用工具

磨礪金屬針布用的往復(fù)磨輥有FE型、MG型和FU280型等，砂輪有GG鉻剛玉型、特大氣孔80ER-E型以及陶瓷結(jié)合型等。

表2 金屬針布齒條檢測(cè)4點(diǎn)硬度參照表

單位：HV

3.2.1.3 磨礪方向

普通型金屬針布多采用逆磨、順?biāo)?、快速磨礪的方法，控制磨削量，并稍刷光。錫林金屬針布可采用等于或略高于工作速度的倒轉(zhuǎn)、順磨，磨削量約控制為0.02 mm，配合輕磨、勤磨以避免毛刺產(chǎn)生，即錫林金屬針布采用逆磨、快磨、輕磨、順?biāo)⒌哪サZ工藝。磨礪速度應(yīng)視針布狀態(tài)而定，一般快磨的金屬針布表面較為光潔，慢磨的齒尖面較好。

3.2.1.4 刷光

金屬針布不宜多刷、重刷，以免將齒部刮毛。磨礪或生產(chǎn)中出現(xiàn)齒尖發(fā)毛時(shí)，盡可能用螺旋毛刷刷光；如仍有毛刺可再用直腳針輥短時(shí)間輕刷、順?biāo)?，刷輥速度約為600 r/min；錫林針布、道夫針布應(yīng)為生產(chǎn)轉(zhuǎn)速。

3.2.2 新型金屬針布輕磨勤磨

3.2.2.1 磨礪新型金屬針布的原則

雖然新型金屬針布的齒密不斷加大，但齒條齒尖的磨損仍然不可避免，鈍化的針布只有通過(guò)磨礪才能恢復(fù)一定的鋒利度。新型金屬針布用齒條總高較小、齒深較小、齒頂寬較小、齒密較大、工作角較大，如果簡(jiǎn)單地按照傳統(tǒng)方法磨礪，產(chǎn)生的負(fù)面影響大于正面影響。新型金屬針布用齒條的幾何尺寸，決定對(duì)其只能是微量磨削和輕磨、勤磨。

3.2.2.2 確定磨礪周期

錫林金屬針布的磨礪周期，參考實(shí)際產(chǎn)量及所紡品種確定。如，加工精梳紗一般第1次磨礪針布安排在產(chǎn)量達(dá)到100 t后進(jìn)行，以后應(yīng)逐次縮短周期。對(duì)于品質(zhì)要求較高的細(xì)號(hào)紗，金屬針布磨礪周期應(yīng)根據(jù)棉結(jié)增加的程度而設(shè)定；但要確認(rèn)棉結(jié)的增加是由于金屬針布磨損造成的，而不是因原料、環(huán)境等的影響。結(jié)合手感和50倍以上顯微鏡觀察，大部分金屬針布齒頂面、齒前面有清晰的磨痕即可安排針布磨礪；如達(dá)不到要求，可復(fù)磨1次～2次。

3.2.2.3 磨礪用工具

磨礪新型金屬針布應(yīng)采用大氣孔、低硬度的粘結(jié)砂輪，減少針布接觸砂輪的時(shí)間以及時(shí)散熱、防止針布齒條齒部退火；在磨礪過(guò)程中，砂輪表面的舊砂粒不斷地被打掉，暴露出新的、尖銳砂粒以保證磨礪效果。對(duì)某些合金鋼高硬度針布，不能用一般磨輥磨礪，因?yàn)槟サZ過(guò)程中難以擦出火花而無(wú)法判斷磨礪程度，而必須使用硬質(zhì)磨塊，如陶瓷磨石在彈簧或氣動(dòng)加壓力下緊貼針布表面往復(fù)進(jìn)行磨礪；且壓力應(yīng)精確設(shè)定以防過(guò)度磨削。

3.2.2.4 磨礪方向

錫林針布以等于或略高于工作轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)，砂輪轉(zhuǎn)速約為800 r/min，磨礪火花為橘紅色，控制時(shí)間為6 min/次～8 min/次，也可以控制砂輪橫穿機(jī)幅5次～8次后立即將砂輪退出并離開(kāi)針布表面，不能等均勻密集的火花消失后再將砂輪退出；一般采取順磨(錫林倒轉(zhuǎn))輕磨，以免齒部前沿產(chǎn)生嚴(yán)重毛刺。

3.2.2.5 磨后處理

新型金屬針布磨礪后，不能用鋼絲刷輥刷光；因?yàn)槠潺X部為棱錐體，高齒密新型金屬針布的部分齒頂寬僅為0.05 mm～0.06 mm，鋼絲刷輥極易損傷齒尖；可采用復(fù)合磨料塊手工對(duì)高速轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬針布進(jìn)行順向磨礪或拋光。

3.2.3 高效梳棉金屬針布在線微量精磨

梳棉機(jī)用金屬針布在線磨礪技術(shù)，主要是為了平衡梳理質(zhì)量和梳理成本兩者關(guān)系和便于生產(chǎn)管理而研發(fā)的。其中，錫林金屬針布的磨礪利用安裝在錫林底部與錫林軸相平行軌道上的專用砂塊，對(duì)錫林金屬針布表面進(jìn)行磨礪。當(dāng)錫林高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，砂塊在軌道上作橫向移動(dòng)，并與錫林金屬針布接觸產(chǎn)生磨礪效果，完成錫林金屬針布的銳化。在線磨礪操作可在梳棉機(jī)正常運(yùn)行生產(chǎn)時(shí)自動(dòng)完成，其磨礪周期、磨礪量參照金屬針布實(shí)際鈍化規(guī)律在電腦上進(jìn)行設(shè)定和控制；在設(shè)定合理磨礪量的基礎(chǔ)上，將錫林金屬針布的整個(gè)使用壽命非線性地分為約400個(gè)～500個(gè)磨礪周期，以保證錫林金屬針布在使用過(guò)程中銳度始終處于理想狀態(tài)。以新型錫林金屬針布齒條齒深約為0.4 mm、最大可用齒深為0.2 mm計(jì)，在400個(gè)～500個(gè)磨礪周期中，平均磨礪量約為0.4 μm/次～0.5 μm/次；新金屬針布約12 d磨礪1次，到其壽命末期磨礪約2次/d，這是一種頻繁而又微量的高精度輕壓磨礪，為高產(chǎn)梳棉機(jī)自動(dòng)化、智能化、高效化生產(chǎn)，科學(xué)合理地使用優(yōu)質(zhì)針布，提供了一種有利的操作模式。

3.3 刺輥金屬針布齒條的磨礪和維護(hù)

刺輥轉(zhuǎn)速約為900 r/min～1200 r/min，刺輥金屬針布齒條的較大齒部能握持并強(qiáng)分梳筵棉，齒尖磨損極快。通常，高產(chǎn)梳棉機(jī)刺輥金屬針布以使用2～3個(gè)月、分梳纖維量約為160 t～270 t為磨礪周期；其復(fù)磨周期視紡制品種質(zhì)量要求而定，使用壽命為9～12個(gè)月(短的6個(gè)月)。

目前，刺輥金屬針布有3種磨礪方法：

a) 砂輪采用逆磨順?biāo)⑦M(jìn)行往復(fù)磨礪，磨去高齒以保證其鋒利度，便于工藝上車的精確性；

b) 采用直徑為0.5 mm的石英砂顆粒對(duì)刺輥金屬針布進(jìn)行拋光磨礪，以保證其表面粗糙度；

c) 油石定位輕磨，主要針對(duì)刺輥金屬針布的高齒進(jìn)行磨礪和維護(hù)。

刺輥齒條用量少、費(fèi)用低、分梳作用大且更換周期短，新包針布相比磨礪后的針布性價(jià)比高，對(duì)紡紗質(zhì)量更有利；但包卷過(guò)頻，使刺輥筒體溝槽變寬而包覆困難；因此，研制超長(zhǎng)耐磨周期的刺輥齒條和鋼針輥是技術(shù)發(fā)展的趨勢(shì)。

3.4 其他金屬針布的維護(hù)

新型梳棉機(jī)為適應(yīng)高產(chǎn)而擴(kuò)大梳理面積，在錫林前、后罩板處裝有固定齒條蓋板和棉網(wǎng)清潔器，刺輥下加裝預(yù)分梳用齒條蓋板等。附加的分梳元件既有分解纖維束又有理順精細(xì)梳理后纖維的功能，為發(fā)揮其工藝效果，應(yīng)結(jié)合揩車做好保養(yǎng)和清潔工作，每次揩車對(duì)刺輥齒條蓋板進(jìn)行清刷殘留纖塵雜質(zhì)，并用汽油揩清棉蠟積垢。錫林前、后固定蓋板針布則利用每3個(gè)月一次的大揩車時(shí)機(jī)，用同樣方法保持清潔，并復(fù)校與錫林針布的隔距，有利生條質(zhì)量。固定齒條蓋板針布用齒條多與蓋板骨架粘接組合，不宜采取磨礪方法進(jìn)行維護(hù)，壽命到期后應(yīng)直接進(jìn)行更換。

3.5 免維護(hù)金屬針布使用注意事項(xiàng)

部分金屬針布受齒條尺寸、齒部表面強(qiáng)化技術(shù)或?yàn)殇撫樁鵁o(wú)需修磨維護(hù)。這類金屬針布采用提高齒條硬度和表面硬化強(qiáng)化措施以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，但其磨損同樣不可避免，免維護(hù)只是為了保持其銳度，以延緩金屬針布鈍化的速度；當(dāng)在使用過(guò)程中出現(xiàn)質(zhì)量波動(dòng)或者人為損傷時(shí)，也應(yīng)采取一定的維護(hù)措施，如提高梳理速度、縮小梳理針布間隔距等，可使生條的質(zhì)量水平保持在可接受范圍內(nèi)；當(dāng)品質(zhì)下降幅度超出可接受范圍、調(diào)整工藝措施無(wú)法彌補(bǔ)時(shí)，應(yīng)更換針布；當(dāng)出現(xiàn)非磨損性損壞等問(wèn)題時(shí)，可采用局部挖補(bǔ)和部分修復(fù)復(fù)磨、油石局部輕磨輕修的措施，以最大限度減少其對(duì)梳理質(zhì)量的影響。

4 結(jié)語(yǔ)

在梳理過(guò)程中，金屬針布與纖維不斷接觸摩擦，其磨損難以避免，應(yīng)根據(jù)梳理過(guò)程和金屬針布特點(diǎn)，分析針布磨損機(jī)理并制定維護(hù)措施；正確選用免維護(hù)金屬針布，做到科學(xué)合理地使用和管理金屬針布，保證金屬針布維護(hù)的簡(jiǎn)易性、使用周期的經(jīng)濟(jì)性，是用好金屬針布的關(guān)鍵，也是實(shí)現(xiàn)梳理質(zhì)量長(zhǎng)期穩(wěn)定的關(guān)鍵。

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