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维持金属针布锋利度，提高梳理度
雅式工业专网 钱逸
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梳棉机如同纺纱工序的心脏，其梳理度直接影响成纱质量。因此，研究改进金属针布齿尖材质、热处理和加工方法，可以提高其耐磨度和锋利度，是增加分梳能力、提高梳理度、延长针布使用寿命的有效手段。
金属针布齿尖的锋利度直接影响梳棉机的梳理程度。齿尖穿刺进入棉束和棉层进行开松分梳，齿尖锋利则穿刺力强，梳理度高，成纱质量好；齿尖磨钝或磨秃了，则穿刺力差，自然梳理度差。一般，工厂梳理要求锡林、道夫、盖板针布要锋利，隔距要准确。
进口的合金钢针布之耐磨性明显优于国产针布，但价格偏高；国产针布其几何尺寸和一些内在质量上虽然与进口的相类似，但金属针长期稳定性方面还有欠缺。所以，改进国产针布长期使用锋利度，是纺纱厂重要课题之一。
几何尺寸的修正
齿形
国外金属针布齿形最早以直齿为主，优点是制造方便、产量高，缺点是齿尖上的纤维容易向针根内移，造成针布充塞，减弱分梳作用，在使用过程中容易倒齿。
为了减少针布充塞和提高分梳作用，国外新型金属针布大部分采用负角设计，工作角有逐渐减小的趋势。为了增加齿的强度、减少齿条轧坏和增加金属针布的适纺性，有部分金属针布厂将工作角分为二个部分，上部为锐角，下部为钝角，齿深也分成二个部分，造成孤背负角齿形，日本的CA2、CA2F、a2、a1、P1和瑞士格拉夫（Graf）的O-2815、R-2815等都采用这种设计。

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日本金井CC-P系列设计成中凹背角齿形，提高了锯齿的穿刺能力；日本G型和A型为提高齿尖强度和增加齿隙气流流通性，设计了凸背齿形。针对上述情况，为增加齿隙容量和提高穿刺能力，中国设计了如SC-10、SC-11、JT-203等系列的圆孤凹背齿形。
结合中长纤维生产特点，为提高分梳开松和转移效能、减少纤维损伤，可设计成LC1型深浅齿（或称双齿形）特种中长金属针布和JT-211型深浅齿和高低齿相结合的金属针布。
延长金属针布寿命考虑因素
  • 设计既利于梳理，又能抗轧伤的针布；
  • 纺不同纤维，对针布型号规格、材质、表面处理应作不同处理；
  • 齿尖热处理是关键；
  • 按最佳分梳纤维的运动轨迹来寻找最好的针布规格。
    • 工作角、齿高和齿密
    对锡林针布来说，增加齿密和减小工作角可以提高握持分梳作用和减少针布充塞。减低齿高，既可以为增加齿密创造条件，又可以使纤维经常处于齿尖，便于分梳及增加锡林与盖板间纤维的脉动作用，从而提高梳理效能。因此，国产锡林针布设计趋向高密、浅齿、小工作角。
    齿密方面，从400向600直至800发展，纺棉时支数高、车速高时要偏密些；纺化纤合纤时要偏稀些，目前一般在500~600左右。
    齿总高则从4.5mm向3.2mm甚至2.5mm的矮齿化方向发展，齿深则从1.5mm发展到0.5mm，一般在0.7~0.9mm左右。浅齿方面，如格拉夫Sonara R-2820/T-2525，齿高在0.5~0.55mm之间，工作角一般在75°左右。
    道夫针布方面，国外一般采用长齿、小密度、小工作角，以提高转移率、减少棉结产生和改善棉网清晰度，趋向是齿高从3mm向4mm直至4.5mm发展；工作角从65°到55°直至40°，一般在65°左右。纺中长纤维或长合纤时也有不同设计。
    基部厚度
    基部厚度的变化影响横向齿密，进而影响分梳作用，基部厚度一般在0.55~0.9mm，新型针布大部分为0.7mm，个别的如德国批脱锡林针布为0.47mm。
    金井公司认为，纺化合纤时，纤度越大基部厚度应越大，化纤纤度在1.2~1.5d时，应为0.7~0.8mm；纤度在1.5~2d时，以0.85~1.0mm为佳。随着车速加快，基部厚度还应相应减小，例如锡林速度在180rpm时，基厚为0.7~0.75mm；速度300rpm以上时，基厚则为0.5~0.6mm。
    齿尖面积
    为提高齿尖的穿刺和分梳能力，要求齿尖面积偏小，如瑞士R2815型针布齿尖面积仅是国产SC3的1/4，因而生条结杂少。但是减小刺尖面积相应会降低齿尖强度，这样容易造成针尖疲劳和颓损，梳理能力衰退，因此目前国外趋向是在通过选材和热处理方法来提高针尖硬度的前提下，减小齿尖面积。
    为了提高锯齿的分梳握持能力，除注意解决棱边角外，格拉夫道夫针布N-4022R型齿尖有12条细横槽，增加与纤维间摩擦力，即增加对纤维的握持分梳和转移作用。
    齿尖角大，穿刺能力小，分梳力小；齿尖角小，齿尖穿刺能力强，梳理作用强，但针齿强度低，纤维容易下沉。齿尖角越小，制造困难越大，淬火时齿尖易氧化，一般齿尖角以15°~25°为佳。
    棱边棱角
    新针布齿尖之棱边棱角清晰完整，锋利度好，在齿顶形成一个很小的长方形，梳理时利用其尖锐的棱边棱角对纤维进行分流。一般希望齿尖有5个工作面、8根棱边和12个棱角。
    棱角棱边体现针布的锋利度，与分梳效能直接相关。
    金属针布磨损因素
  • 正常运转状态下，主要是纤维对针布的磨损，属低应力磨料磨损，纤维是主要磨料；
  • 磨损面和磨损沟槽内部都极为光滑时，说明纤维对针布的瞬时磨损轻微而缓慢，但经较长时间磨损会产生影响使用寿命的磨损；
  • 磨针时，针布受砂轮（或侧磨片）磨砺，属于低应力磨料磨损中的固定或半固定磨粒磨损；
  • 与金属硬物或罩板高速相碰时，被轧伤针布的齿顶面有明显的犁沟形，工作面和侧面有熔化的金属，加工化纤时，可能还有不同程度的腐蚀磨损；
  • 开清棉联合机的清除金属装置失灵时，偶然有小块金属物进入，就会造成刺辊、锡林、盖板和道夫针布小块或成条轧坏。
    • 金属针布的磨损及其对策
    针布的锋利度和齿尖的磨损
    梳棉机在运转期间，棉流不断从针齿间滑移通过，硬度和耐磨性很高的针尖会逐渐受到磨损。
    生产实践证明，使用质量优良的新针布，初期时生条质量良好，经过3~6个月运转后（加工棉纤维约30~40吨或化纤20~30吨），齿尖锋利度严重衰退，质量开始下降。因此，为恢复齿尖的锋利度，必须进行磨针，但平磨次数越多，齿顶面积越大，穿刺能力越差。当齿尖磨到一定宽度（0.20～0.25毫米）时，棉网质量才达到工艺要求。
    为保证质量，磨针周期应越来越短，当齿尖磨去0.2~0.25毫米（约加工300~500吨纤维），针布将不能使用。如每台梳棉机产量在25公斤时，磨针周期为2~3个月，针布可使用3年左右。
    中国用50、60钢生产的针布，在产量为20公斤/台时的一次衰退期为半年。国外方面，日本针布向高硬度发展，耐磨且终期寿命较长，但平时保养困难；格拉夫锡林针布含碳量在0.85%，道夫含碳量仅0.45%，齿尖硬度不及日本高，从针布磨痕深度评定，其耐磨性能不算优越，但一次衰退期具有明显的优点。所以，研究中国针布寿命应以一次性衰退期为目标，即从研究瑞士针布材质和生产工艺等方面入手。

    几种型号针布寿命及主要规格

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    国外针布的材质分析
    金属针布和盖板针布的材质分析
    格拉夫锡林针布是采用60钢以及60crv/80crwv高碳低合金钢制造，ABK公司采用70钢和T8MnA工具钢制造；Ecc公司采用70钢；金井公司采用60钢和80钢。

    国外几个针布厂生产的针布情况

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    道夫针布主要起剥取和凝聚作用，所以都采用50～60钢。但不论是锡林或道夫针布，其S.P元素含量都很低，在0.03～0.01%之间，相当于中国优质工具钢的水平。
    盖板针布除金井、E.C.C部分采用60钢外，均采用70钢和70MnV高碳低合金钢，针尖硬度在HV800~850。
    国外针布除部分采用60钢外，为增加针布的耐磨性能，锡林针布采用70～80钢、T8MmA和高碳低合金钢；盖板针布采用70钢和70MnV高碳低合金钢；道夫针布仍采用50钢、60钢，以上各种钢材的S.P元素含量均很低，优于中国优质工具钢的S.P含量。
    针布的热处方法
    国外对金属针布锯齿进行表面处理，目标是提高齿尖硬度和耐磨性，提高锯齿的穿刺和分梳能力，延长使用寿命，处理方法一般采用碳素钢分级淬火。
    国外最新表面处理方法
  • S.E.加工：用特殊方法冲齿成形，使棱角锐利，棱边清晰，齿的工作面与侧面成90°角，侧面用特殊罗拉轧花纹，并除去淬火后的氧化膜，这种方法适用于棉型金属针布和纺1.5d~2.5d的化合纤针布；
  • C.H.加工：是液体喷砂抛光，有干喷和湿喷二种，湿喷用1000~2000目的细砂，干喷用玻璃球，适用于纺1.0d~1.5d化合纤的针布；
  • M加工：在锯齿侧面加工成沟纹状，有平纹和斜纹，如格拉夫道针布N-4022R型齿尖有12条细横槽；
  • E.P.加工：主要是镀锌，适用于加工车间湿度高、原料含水率高、易生锈的麻类或合纤针布。
  • C.P.加工：在表面镀硬铬，并使成花纹形，适用于气流纺专用针布，可延长寿命5倍；
  • 硬质合金溶敷层法：例如日本金井公司用用锡的碳钴等元素，化合凝固的固体在齿尖的表面形成溶敷层，对表面进行加固，据说硬度可达HV1700；
  • 硬质合金放电被覆加工法：可以使锯齿耐磨性有一定提高，在1100℃温度下，使用铁硼化物或钢、铌、钴等碳化物，可在齿面上获得渗碳硬层；
  • 渗硬层法：一般在冲齿后的金属针布表面，用钒铁无水硼砂、聚乙烯醇和水调成糊状涂料，经深敷干燥，加热后，可以形成表面厚10微米的碳化钒涂层，硬度可达HV3000~3400，针布的耐磨性和分梳能力都可以提高，棉结减少。
  • 镍磷镀层硬化法：用电镀法，先镀铜，再镀镍磷合金，可以获得耐磨性较高的被覆膜。
    • 国产棉型金属针布的改进
    为提高棉型金属针布的锋利度，提高分梳开松能力，提高梳理度，改善生条和成纱质量，参考已引进的一些国外金属针布数据，结合国产棉型金属针布现状，提出一些改进意见。
    国产针布钢丝材质的研究
    以T8A钢丝试制JT49型与T403型锡林金属针布，并在A186型和A187A型梳棉机上进行试验，整个加工过程比较顺利。T8A钢丝在当前的金属针布加工工艺与设备条件下，如果工艺规范合理，是能顺利加工的。冲齿时由于冲切性能好，模具使用寿命长，其磨损周期比冲60钢针布延长2倍以上。
    T8A钢金属针布冲齿毛刺少，齿尖淬火后的硬度比60钢齿尖平均提高HV100左右，且硬度偏差较60钢为小。

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    国产金属针布所用钢丝材质演变情况

    耐磨试验对比T8A齿尖的磨耗量比60钢齿尖平均降低90%以上，二者齿尖耐磨性能相差1倍。
    在A186型与A187型梳棉机上进行长期试验，棉网棉结数、手感齿尖锋利度衰退程度在投影屏上齿尖放大100倍目测检查等，均以T8A钢的齿尖耐磨性能为好。
    为了进一步提高金属针布的使用寿命，青岛纺机、大连钢厂、纺织部研究院和冶金部钢铁总院等单位先后研制高耐磨针布及其专用钢丝，发现合金元素能产生固溶强化性，提高齿尖硬度，又能在齿尖内形成许多高硬度的碳化物，可进一步提高耐磨性。合金元素还可克服高碳钢在淬火时的过热敏感性，而且在退火中合金元素形成的特种碳化物不易聚集长大，退火后的珠光体组织细，钢的韧性好。
    总而言之，锡林针布一般可采用70钢、72B钢和T7A钢丝；要求较高耐磨度的针布如25系列和20系列，可采用82B、T8A钢丝；部分高耐磨度针布可采用高碳低合金钢丝；盖板针布可采用70钢、72B钢和T7A钢丝。
    制造工艺要点
  • 制造抗轧伤的矮齿，同时须探索新热处理途径，如高频、激光淬火等，以解决矮齿淬火不匀的问题；
  • 解决道夫针布轧伤多的问题；
  • 提高模具与冲切工艺，使针布冲切面清晰；
  • 重点研究以提高以一次衰退期为目标的材质、热处理加工工艺及表面涂层。
    • 狠抓针布热处理工艺
    对一些国家针布样品做了金相检验，锡林针布齿尖淬硬层显微组织为1级，Holl和Ecc针布为隐针状马氐体＋少量低温回火马氐体＋少量弥散碳化物；高碳低合金钢针布为极细隐针状马氐体＋低温回火马氐体＋小颗粒碳化物。
    ABK、部分日本和中国齿尖是隐针状马氐体＋较粗回火马氐体＋少量碳化物，针布基部为球状珠光体，均匀分布。道夫针火齿尖为淬火马氐体＋少量残条奥氐体、马氐针叶体。因此，齿尖金相组织以Holl和格拉夫的较好，ABK和日本的较差。
    为加强针布耐磨性，必须研究和做好国产针布的热处理工作，尽可能获得最高齿尖硬度，并使硬度不匀率降到最小；满意的齿尖金相组织则以细针状马氐体＋弥散均匀分布的颗粒状碳化物（或合金碳化物）的组合为好。 10/17/2006

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