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【技术】棉纺钢领未来的发展方向

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刘昌智/(无锡求实纺织专件有限公司)

一、影响钢领寿命和钢领衰退的因素和原因

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钢领是环锭纺重要的三大件之一轴承钢钢领,也是影响纺纱质量和纺纱产量的重要零件之一。而钢领和钢丝圈配套使用的这一对摩擦副,在我们机械摩擦副里堪称最恶劣的一对摩擦副。其原因是在机械摩擦副中,通常都加有摩擦介质及润滑介质。唯有这对摩擦副在钢丝圈高速回转滑动摩擦状态下,之间没有任何润滑介质。主要依靠棉纱表面的一点点角质层,和旋转产生的空气来润滑冷却。

因此普通光面钢领在纺纱环境下,表面瞬间温度高达400ºC-800ºC,通常将细纱车间的灯光全部关闭,钢领位置是发光的。此时摩擦系数很高,均在1~2之间。这时对钢领表面破坏的主要因素就是粘结磨损。粘结磨损的程度与温度、压力、载荷、及材料之间的亲和力有重要关系。两个粘结点在足够大压力和高温作用下,所产生的“冷焊”现象,是两个摩擦面的新鲜表面原子间的吸附的结果。

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两摩擦表面的粘结点,因相对运动将被撕裂而被对方带走,这时候微观看钢领表面就会形成一个“坑”,若结点不断的的破裂,坑状越来越大就影响了纺纱效果,这时就要通过更换钢丝圈的型号,增加重量加以解决。此时钢领的衰退期就开始了,直到钢丝圈没有可更换的型号时,钢领的寿命也就完结了。加之钢丝圈在钢领轨道表面不是纯粹滑动摩擦,而是随着纱线粗细的不均匀,在钢领表面产生没有规律的摆动及跳动旋转。因此钢丝圈越重拖动功率越大,对钢领表面的载荷也越大,钢领和钢丝圈表面温度越高,粘结磨损越严重,钢领的衰退就越快。

另外采用传统的钢领纺纱,钢领和钢丝圈的接触区域瞬间产生400℃~800℃左右的高温时,钢丝圈材料中的小微粒会被熔接到钢领上,这个微熔接过程不断持续,不断加大了钢领表面的摩擦系数,这种微熔接状态使钢领过早磨损衰退,从而导致钢丝圈的运行不稳定、纱线张力波动、纱线质量降低和断头增多,进而影响钢领的使用寿命。这就是钢领衰退的因素及原因,也是影响纺纱环境和质量的重要因素。

二、怎样提高纺纱环境、延长衰退期提高钢领的使用寿命

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以往为了提高纺纱环境、延长钢领的使用寿命,历史上首先从提高钢领表面的粗糙度上着手,生产出光面抛光钢领,淘汰了水磨麻面钢领。随后,各个厂家均又在钢领热处理工艺下功夫,确保钢领的表面高硬度(要求表面硬度确保HRA82~85°同一只钢领三点测量误差不得超过1.5°),并要求内部组织细密、碳化物分布均匀,不允许有带状现象出现。又从制作材料着手,由20号低碳钢改用GCr15轴承钢及合金钢类材料制作钢领。后期各个生产厂家又生产表面镀铬钢领。以上均走的耐磨思路。

近年来又从机械切削加工,改用磨削加工来提高钢领工作面的圆度精度,从而来提高纺纱环境。但因磨削加工的弊病很难保证钢领工作跑道的一致性,因此以上诸多措施始终都与国外知名品牌的钢领有差距。

高端紧密纺和赛络紧密纺,纱线表面特别光滑,纤维排列有序无紊乱,所有的纤维都被牢固地包裹在纱体内,因此纤维在折转处受到的磨损很少,加之纺纱张力大和超低的毛羽,导致了动摩擦的润滑不足,出现了断头增多锭速低,对钢领提出了特殊要求。此时国内与国外的驰名品牌的钢领差距就尤为明显。

近年来我们剖析研究了国外知名品牌的钢领,例如瑞士的Brǎcker钢领,从钢领跑道处纵截面光学显微组织看(见图一)

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其钢领基体有明显的带状碳化物分布,钢领中的碳化物颗粒并不细腻(见图二),

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大部分<0.5μm,仅小部分>1μm。由此看来在热处理工艺上没有明显的优势。但表面有一层结合强度极高的光亮层(见图三)。

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钢领光亮层表面不仅硬度极高且成阶梯分布状态,其表面(上端面)HV0.25 994,而光亮层中间部位(距表面15μm)硬度高达HV0.101518比合金氮化钢经低温氮化后,获得化合物层的硬度高得多。该钢领虽然碳含量高,其淬回火后的基体硬度并不高,仅HV0.10781。但与所有的国外驰名品牌有一个共性,形状几何精度都不高,整体不圆度均在0.06mm左右,但是摩擦系数极低。德国R+F 0.08瑞士Brǎcker 0.1日本 Kanai 0.6摩擦系数均在0.08~0.1之间。(见下图)

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鉴于上述情况可以看出国外完全走的是减摩的思路。

近年来无锡求实纺织专件有限公司在原国产黑力士钢领(英文:Black Finishi Steel Ring)的基础上生产出换代产品QS-8钢领、和QS-8A钢领是目前和国外钢领媲美的高端的多涂层钢领。QS-8A钢领不但具备多涂层特性,更重要是表面的涂层升级为摩擦系数极低的石墨离子涂层。不单使钢领和钢丝圈这对摩擦副之间添加了摩擦介质,更重要是它具备了极低的摩擦系数和结合强度,降低了粘结磨损几率。在钢领表面覆盖的这一层固体润滑膜,达到了转速越高接触区域温度越低的优良特性。接触点的瞬间温度可确保降低到300℃以下,微熔接状态缩小,钢丝圈材料上的小微粒不易熔接到钢领上。完全能达到抗磨损的要求,满足高端紧密纺和赛络紧密纺纺纱产品的质量稳定性。

QS-8A特有的多涂层纳米润滑膜,使钢领在高速纺纱中摩擦系数极低,可使锭速提升到了一个新的高度,专业解决了高端紧密赛络纺纱中锭速开不上去,一提锭速就出断头或纱线质量下降的难题。

QS-8A钢领在紧密纺和赛络紧密纺纺纱中使用,同比使用传统钢领纺纱锭速大幅度提高,并直接与国外最好的先进钢领同车提速竞赛,具有极高的性价比价格优势。

QS-8A钢领固体润滑膜本身具有粒子转移特性,在工作过程中还可提高钢丝圈的使用寿命。

三、钢领今后的发展方向

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依据上述的情况分析,要将钢领达到或超过国外水平,完全满足棉纺企业的纺纱需求轴承钢钢领,企业必须做好如下几点:

1钢领基体工作面的形状公差一致性一定要良好。

2钢领的不圆度公差控制在0.05mm左右,就能满足纺纱要求,不要质量过剩,就是不圆度均在0.00mm的钢领,企业在安装过程的三中心调整永远不可能达到0.00mm。

3今后在钢领表面添加固体润滑介质,降低摩擦系数,降低钢领和钢丝圈的摩擦工作温度,提供一个良好的纺纱环境。从而提高钢领的使用寿命,适纺范围宽,达到或超过国外钢领制作水平是面临钢领制作企业的重要课题。

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