田明德

(1.山東輕工業(yè)學院，山東濟南，250353;2.山東泉林紙業(yè)有限責任公司，山東聊城，252800)

實用軟壓光輥磨削方法

田明德1，2

(1.山東輕工業(yè)學院，山東濟南，250353;2.山東泉林紙業(yè)有限責任公司，山東聊城，252800)

針對軟壓光機的軟壓光輥在生產使用中產生斑馬紋的問題，結合材料力學的原理從軟壓光輥包覆材料疲勞的角度分析斑馬紋的形成，分析在機使用的軟壓光輥表面膠層 (厚度約0.2 mm的疲勞破壞層、過渡層和未破壞層)的特點，闡述了在軟壓光輥磨削中的工藝控制方法，總結了一套軟壓光輥科學的磨削方法，使用該方法可延長軟壓光輥的在機使用壽命。

軟壓光輥;斑馬紋;磨削方法

隨著造紙裝備行業(yè)的發(fā)展，軟壓光機已經成為現(xiàn)代造紙機中不可或缺的組成部分。在現(xiàn)代化高速造紙機中已經幾乎完全替代了傳統(tǒng)的硬輥壓光機。

使用軟壓光機主要有如下優(yōu)點：①壓力調節(jié)范圍大，對紙種的適應性廣;②可達到較高的平滑度、光澤度、不透明度，并消除兩面差;③壓后的紙張緊度一致、吸墨均勻、圖文清晰;④改善紙的松厚度，并保持挺度的穩(wěn)定性;⑤在線使用，提高紙機的運行性等。同時軟壓光機也存在一些問題：①對設備操作人員的技術水平要求高;②設備造價高;③運行費用高。特別是運行費用更是限制軟壓光機應用的一大問題。僅計算軟壓光輥的包膠費用和磨削費用就很高，某廠一臺紙機的一壓區(qū)軟壓光輥 (Φ760 mm×3750 mm)，每年僅因研磨和包膠產生的直接費用就在150萬元以上。

軟壓光機在生產使用中存在的最大問題就是軟壓光輥表面的斑馬紋問題，同時因斑馬紋導致出現(xiàn)的輥間振動、噪音和軟壓光輥斑馬紋在紙幅上遺留明暗相間的條紋問題也是較嚴重的。而出現(xiàn)斑馬紋的情況，不僅是國產設備，進口設備上同樣出現(xiàn)。因此無論從維護設備方面還是從控制產品質量來講，出現(xiàn)斑馬紋就應停機更換軟壓光輥。目前有很多技術人員對此問題進行分析和研究，試圖解決或減輕此問題。分析認為引起出現(xiàn)斑馬紋的原因有：①設備本體振動;②紙頁不平;③包膠層不均勻磨損;④液壓系統(tǒng)的問題;⑤其他原因。目前技術人員都是根據自己的分析采取措施，但斑馬紋問題都未得到徹底解決。

產生斑馬紋的軟壓光輥被更換下機后需要進行磨削才能再次使用，而現(xiàn)有的磨削方法使磨削后的軟壓光輥再次上機使用的壽命無規(guī)律，針對以上問題，筆者根據多年的實踐經驗，分析斑馬紋產生的原因，總結出一套科學的軟壓光輥磨削方法，以延長軟壓光輥的在機使用壽命。

1 現(xiàn)場調查

經過長時間觀察、記錄和總結，在一般兩壓區(qū)軟壓光機的結構中 (結構簡圖見圖1)，軟壓光輥的使用有以下幾種情況。

圖1 兩區(qū)軟壓光機結構簡圖

1.1 不同壓區(qū)上軟壓光輥的使用壽命

兩壓區(qū)軟壓光機上，一般一壓區(qū)軟壓光輥的在機使用壽命短，二壓區(qū)壓光輥在機使用壽命長。泉林紙業(yè)3700車間軟壓光輥 (Φ760 mm×3750 mm)在一壓區(qū)的在機壽命為：短的7～10天，長的1～2個月;而二壓區(qū)軟壓光輥在機壽命一般達到4個月。筆者前些年在河北泛亞龍騰紙業(yè)工作時，當時新聞紙機的軟壓光機也存在同樣的情況，二壓區(qū)軟壓光輥的在機壽命遠遠長于一壓區(qū)軟壓光輥。這種區(qū)別的主要原因在于兩個壓區(qū)軟壓光輥做功差異很大：一壓區(qū)軟壓光輥整飾的紙幅表面粗糙且紙幅可能存在漿塊等缺陷，壓區(qū)做功就多且輥面做功不均一;二壓區(qū)軟壓光輥整飾的紙面已經經過了一壓區(qū)的整飾，紙幅表面質量好，需要壓區(qū)做功相對少且輥面做功均一性好。從材料疲勞原理分析，壓區(qū)做功的多少和均一性的差異就決定了輥面的壽命長短。

1.2 在同壓區(qū)不同輥面膠層壓光輥的使用壽命

無論軟壓光輥是在一壓區(qū)還是在二壓區(qū)、不同的包膠廠家和膠種 (包括Metso、Voith、Stowewood等包膠廠家的高檔復合材料)、不同運行車速，第一次上機的新包膠軟壓光輥在機壽命都非常長，例如：泉林紙業(yè)在一壓區(qū)的軟壓光輥，新包膠輥第一次上機使用的在機壽命一般都達到2～3個月，而經過磨削的非新包膠軟壓光輥使用壽命就短很多，在機壽命最長20天，一般是10天左右。這樣的情況在其他造紙廠軟壓光機使用中也同樣出現(xiàn)。這種現(xiàn)象的原因應該與材料的疲勞存在正相關關系。

1.3 不同磨削質量軟壓光輥的使用壽命

在同樣的位置上，非新包膠軟壓光輥的在機壽命有時長，有時短，其在機壽命可以相差1倍且呈現(xiàn)不規(guī)律狀態(tài)。在設備正常運行下，影響非新包膠軟壓光輥使用壽命的可變因素就是軟壓光輥每次的磨削質量。磨削質量好的在機壽命長，磨削質量差的在機壽命短。

2 原因分析

軟壓光過程是一個熱能和機械能向紙幅傳遞的過程，壓光過程中因軟壓光輥彈性變形，壓區(qū)內壓光輥直徑不同使角速度有微小差異造成微滑動，且軟壓光輥把紙幅壓緊在熱輥面上，存在的速度差和壓區(qū)壓力，使在高溫區(qū)域中受熱的紙幅產生塑化并被緩和地搓動，從而使紙的緊度趨于一致，并使接觸熱輥的紙面有精致的表面和較好的平滑度。軟壓光輥彈性的存在是軟壓光機性能優(yōu)于傳統(tǒng)硬壓光機的根本原因。

而橡膠材料 (包括合成高分子復合材料等)的彈性產生于分子間的連接，任何材料都存在疲勞破壞。軟壓光輥使用一段時間后，橡膠材料分子連接部分因機械作用和化學反應而出現(xiàn)了不均勻的破壞，造成軟壓光輥表面性能產生不規(guī)律的變化，再加上紙幅表面的凹凸不平引起的磨損，都嚴重影響了軟壓光輥的性能。使用一定時間失去軟壓光輥特性的軟壓光機性能就更接近于傳統(tǒng)的硬壓光機了，而熱輥表面硬度遠遠大于軟壓光輥硬度，軟壓光輥表面就很容易出現(xiàn)斑馬紋了。

經過分析可得出以下結論：斑馬紋的形成和軟壓光輥包膠層的疲勞程度有直接關系。新包膠上機的軟壓光輥膠層沒有受到過振動等沖擊而產生的疲勞破壞，所以包膠層性能可完全發(fā)揮出來，產生斑馬紋所需的時間就長。而磨削后再次使用時，軟壓光輥膠層已經有不同程度疲勞破壞，包膠層性能在局部已經變差，所以產生斑馬紋的所需時間就短。根據軟壓光輥面斑馬紋形成情況，將已產生斑馬紋和振動的軟壓光輥的膠層分為3層：疲勞破壞層、過渡層和未破壞層，其結構見圖2。

筆者就軟壓光輥斷面膠層情況 (圖2)分析如下：

(1)疲勞破壞層。這一區(qū)域的膠層已嚴重破壞，厚度大約有0.2 mm，軟壓光輥材料特性完全喪失，完全達不到使用要求，下機磨削輥面時必須全部去掉。如果疲勞破壞層在磨削時沒有完全去掉則下次上機就會產生惡性循環(huán)，很短時間后就會產生振動和斑馬紋。泉林紙業(yè)在實際生產中，也有過一壓區(qū)磨削后的軟壓光輥上機5天就產生振動和斑馬紋的情況，后來經過總結分析就是這個原因。

圖2 軟壓光輥殼斷面圖

(2)過渡層。這一區(qū)域的膠層從外到內性能破壞程度依次減輕呈階梯分布。磨削輥面時這一區(qū)域磨削量的控制很關鍵：磨削量太小，下次使用時膠層就容易被破壞而產生疲勞破壞時間就很短;磨削量太大，就會產生不必要的浪費且造成膠層總壽命縮短。由于條件所限，無法測量過渡層的厚度，就采取試驗磨削的方法來控制。

(3)未破壞層。這一區(qū)域的膠層完全沒有產生疲勞損壞的，也沒有產生塑性變形，包膠材料分子連接良好，材料性能保持完好。磨削時，要控制磨削程度不能到達這一層，否則會產生很大的浪費。

目前一般的磨削標準要求是按直徑去除 (一般都控制在直徑上0.5 mm)，而不是控制疲勞破壞層的去除量相同。也就是有時嚴重疲勞破壞層的去除沒有達到要求，再次上機軟壓光輥表面很快就會產生斑馬紋;有時磨削量過大而產生浪費。所以，軟壓光輥磨削的關鍵在于疲勞破壞層去除量的控制。

3 合理的磨削方法

根據以上分析，筆者結合使用情況和磨削工藝，總結出以下軟壓光輥的磨削方法。

3.1 下機軟壓光輥的冷卻和初步變形恢復

軟壓光輥下機后，首先要進行降溫處理和初步的變形恢復。因輥子在機臺上運行時的溫度一般都達到100℃以上，輥殼和包膠材料都存在著溫度應力和變形應力。如果下機不進行降溫處理而直接進行磨削，則在輥子溫度下降后，溫度應力釋放還會產生溫度形變，就保證不了軟壓光輥磨削后的精度。

軟壓光輥下機的冷卻和初步變形恢復的具體方法是：軟壓光輥下機后，放置在與使用車間環(huán)境類似的地方24 h，并定時進行人工旋轉處理 (一般每3 h轉1.25圈)，然后再放置在與室外環(huán)境溫度接近的地方進行同樣降溫、恢復處理 (注意冬季要保證5℃以上)，嚴禁快速降溫。這種方法的目的就是徹底消除溫度應力和初步消除變形應力。

3.2 磨床上的變形恢復

軟壓光輥下機進行降溫處理和初步變形恢復后，運輸?shù)侥ゴ惭b卡，此時也不能立即進行磨削，而是在1/10左右車速下運行進行空運轉，目的是恢復軟壓光輥輥殼在長期高線壓和較高溫度工作時而產生的彈性變形和輥面膠層變形、消除殘余變形應力，一般運行時間為8～16 h，時間太短則達不到效果。

3.3 磨床上的數(shù)據測量及粗磨

軟壓光輥變形恢復后，必須在磨床上精確找正并進行輥面初始圓跳動值的精確測量。經過多次測試分析，得到軟壓光輥面初始圓跳動值與斑馬紋程度關系 (見表1)。表1數(shù)據是筆者在泉林紙業(yè)的3750/1000紙機軟壓光機上實測的，不同的機臺和設備可能數(shù)據不太相同，但數(shù)據和斑馬紋程度的相對關系是相類似的。

表1 軟壓光輥圓跳動值與斑馬紋的關系

根據測得的圓跳動值對粗磨的軟壓光輥進給量進行設定，設定目標是必須將嚴重的疲勞破壞層除去。設定的公式為：

粗磨磨頭總進給量=測得的最大圓跳動值×1.2

3.4 磨床上的半精磨和精磨

軟壓光輥粗磨完成后，半精磨、精磨的磨頭總進給量也要根據軟壓光輥磨前圓跳動值來確定，結合軟壓光輥的使用狀況試驗著進行磨削量的設定，按表2設定，精磨的輥面一般都能達到上機要求 (一般企業(yè)生產中要求軟壓光輥輥面圓跳動值在0.05 mm以內)。

表2 圓跳動值與精磨進給量的關系

3.5 磨床上的表面拋光

因為目前的軟壓光輥輥面包覆膠層都是復合材料，里面都添加了合成纖維。軟壓光輥輥面精磨會在輥面殘留很多的合成纖維，這些合成纖維如不去除將影響紙幅的表面質量、使軟壓光輥輥面受力不均勻，從而減少軟壓光輥的在機壽命，所以精磨后必須用金剛石砂帶進行拋光除毛刺。

4 結論

按本文所述的磨削方法經過近兩年的實踐，在其他生產條件不變的情況下，磨削后的軟壓光輥的在機使用壽命可延長25%～50%，達到良好的效果。這種方法也可用在磨削壓榨部可能產生母線方向斑馬紋的可控中高輥、真空壓榨輥等，都達到了很好的效果。

［1］ 楊振宇．軟輥壓光機的運行實踐［J］．中國造紙，2001，20(4)：19．

［2］ 田振輝，巢建平，謝禮立．橡膠復合材料疲勞破壞特性［J］．復合材料學報，2005(1)：34．

［3］ 陳克復．制漿造紙機械與設備(下)［M］．2版．北京：中國輕工業(yè)出版社，2008．

［4］ 張承武．制漿造紙手冊(第九分冊·紙張抄造)［M］．北京：中國輕工業(yè)出版社，2007．

［5］ 彭萬桃，巢建平．國產雙壓區(qū)軟壓光機結構原理及安裝調試［J］．江蘇造紙，2005(1)：31． CPP

Practical Grinding Method for Soft Calender Roll

TIAN Ming-de1，2
(1．Shandong Polytechnic University，Ji'nan，Shandong Province，250353;2．Shandong Tralin Group，Liaocheng，Shandong Province，252800)

The cause of zebra grains on the soft calender roll is described to the material fatigue according to material mechanics principle．There are three outer layers of the soft calender roll，i．e．the serious damaged layer which is almost 0.2 mm thick，the controlled grinding transition layer and the basic layer which maintains the material character．The methods for grinding these three layers are discussed．The soft calender roll grinding method including lowering down the temperature，recovery deformation，measuring，controlling the grinding amount and finishing is summarized．

soft calender roll;zebra grain;grinding method

TM 734.4

B

0254-508X(2012)02-0046-04

田明德先生，工程師，在讀工程碩士研究生;主要研究方向：輕工機械。

(E-mail：tianmingde@126．com)

2011-09-16(修改稿)

(責任編輯：常 青)