王國(guó)興，呂　毅

(中紡機(jī)電研究所,北京　100025)

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應(yīng)用新技術(shù)制造自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)超塑合金槽筒

王國(guó)興，呂毅

(中紡機(jī)電研究所,北京100025)

摘要：為降低自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)用槽筒成本，實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，詳細(xì)介紹了自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)超塑合金槽筒應(yīng)用的多項(xiàng)新技術(shù)——超塑成型技術(shù)、氣脹成形工藝加工槽筒筒體，筒體、端蓋與芯管激光焊接一體，槽筒內(nèi)腔澆注高強(qiáng)度復(fù)合材料，以及高精度車削加工、砂帶磨削技術(shù)、旋流式研磨精飾技術(shù)及異體材料電鍍技術(shù)等。指出：超塑合金槽筒制造精度高，表面粗糙度Ra值不大于0.8 μm，表面硬度不低于900 HV，質(zhì)量可靠，從生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化的突破。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)；槽筒；筒體；槽型；溝槽；超塑成型；合金；氣脹成形

0引言

自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)是紡織企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵設(shè)備，國(guó)內(nèi)外絡(luò)筒機(jī)制造企業(yè)不斷推出產(chǎn)量更高、質(zhì)量更優(yōu)、價(jià)格更低的新一代產(chǎn)品以滿足紡織行業(yè)高產(chǎn)、高質(zhì)、節(jié)能、節(jié)約用工的需要。自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)市場(chǎng)正在蓬勃發(fā)展，而自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)關(guān)鍵部件——槽筒，長(zhǎng)期以來(lái)全部依賴進(jìn)口，嚴(yán)重制約了國(guó)產(chǎn)自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的發(fā)展，也給較早使用自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的紡織企業(yè)更換槽筒帶來(lái)困難。

中紡機(jī)電研究所與北京超塑新技術(shù)有限公司進(jìn)行產(chǎn)研合作，充分發(fā)揮各自的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用新材料、新工藝，應(yīng)用多項(xiàng)現(xiàn)代加工技術(shù)，開(kāi)展高質(zhì)量、高可靠性的自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)超塑合金槽筒研制。其生產(chǎn)的自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)槽筒能夠替代進(jìn)口，填補(bǔ)國(guó)內(nèi)產(chǎn)品空白，促進(jìn)了紡織行業(yè)高端設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，降低了國(guó)產(chǎn)自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)制造成本，為廣大紡織企業(yè)更換槽筒提供方便。

該項(xiàng)科研成果于2013年12月通過(guò)中國(guó)紡織工業(yè)聯(lián)合會(huì)技術(shù)鑒定，與會(huì)專家一致認(rèn)為自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)超塑合金槽筒制造工藝先進(jìn)、技術(shù)創(chuàng)新。擁有3個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)：① 采用超塑成型技術(shù)、氣脹成形工藝加工槽筒筒體，槽筒槽型精度高、一致性強(qiáng)，導(dǎo)紗性能優(yōu)越；② 槽筒筒體、端蓋和芯管采用激光焊接成一體，其結(jié)構(gòu)合理、便于加工多種結(jié)構(gòu)變化的槽筒；③ 槽筒內(nèi)腔澆注高強(qiáng)度復(fù)合材料，增強(qiáng)槽筒筒體與芯管結(jié)合強(qiáng)度，保證了槽筒的剛性和強(qiáng)度，提高了槽筒的整體性能。該槽筒制造技術(shù)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先，達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)槽筒國(guó)產(chǎn)化目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。

1采用超塑性成型技術(shù)、氣脹成形工藝制造筒體

自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)槽筒槽型直接關(guān)系導(dǎo)紗性能，其溝槽寬窄、深淺精度要求極高，是制造槽筒的難點(diǎn)。為此，我們采用超塑性成型技術(shù)、氣脹成形工藝，解決了復(fù)雜槽筒溝槽的精確成形，這項(xiàng)技術(shù)獲得了國(guó)家發(fā)明專利，也得到了超塑學(xué)術(shù)界的高度評(píng)價(jià)。

超塑性是指材料在一定的內(nèi)、外部條件下，呈現(xiàn)出異常低的流變抗力、異常高的流變性能現(xiàn)象。超塑性具有大延伸、無(wú)縮頸、小應(yīng)力、易成型的顯著特點(diǎn)[1]。超塑成型技術(shù)利用金屬材料在超塑性狀態(tài)下具有異常高的塑性和低變形抗力，采用氣脹成形工藝將金屬像塑料一樣吹塑成形，具有極好的貼膜性，成形精度極高，使得形狀極為復(fù)雜的槽筒溝槽加工變得簡(jiǎn)單易行。

槽筒所選材料為ZnAl5超塑合金，通過(guò)反擠工藝制作成直徑為55 mm、壁厚為7 mm的筒坯；筒坯在常溫下具有優(yōu)良的機(jī)械性能。對(duì)筒坯材料進(jìn)行超塑，其超塑性指標(biāo)和常溫下機(jī)械性能指標(biāo)對(duì)比見(jiàn)表1。

表1筒坯材料超塑性指標(biāo)和常溫下機(jī)械性能指標(biāo)對(duì)比

如圖1所示，將具有超塑性能的反擠筒坯放入高精度模具中，壓緊封頭造成密閉空間；在超塑成形溫度下，按照一定的壓力—時(shí)間曲線輸入高壓氣體，就會(huì)獲得高精度的筒體毛坯。該筒體毛坯槽型準(zhǔn)確、表面光潔，一致性極好，保證了槽筒的導(dǎo)紗性能。

2筒體、端蓋和芯管一體結(jié)構(gòu)

為滿足自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)用不同類型槽筒的高強(qiáng)度、高可靠性要求，我們采用了筒體、端蓋和鋁合金芯管三合一體的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)形式已獲實(shí)用新型專利，并用于多種形式自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)槽筒制造中。芯管最小壁厚為3 mm，可加工錐孔、軸承孔，與端蓋、筒體進(jìn)行激光焊接；同時(shí)，采用復(fù)合材料填充在芯管和筒體間，增強(qiáng)筒體與芯管連接強(qiáng)度，增強(qiáng)槽筒的強(qiáng)度、剛度，滿足自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)高速的要求。利用三體合一結(jié)構(gòu)形式制成的四種型號(hào)槽筒，其適用機(jī)型和特征見(jiàn)表2。

表2三體合一結(jié)構(gòu)超塑合金槽筒型號(hào)及特征

3填充新型復(fù)合材料

筒體是薄殼零件，為滿足自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)和承受大直徑筒紗要求，除采用激光焊接筒體、端蓋、芯管為一體外，還增加了復(fù)合材料填充工藝，并對(duì)復(fù)合材料澆注位置、澆注速度、溫度、排氣進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，確定了最佳方案。

筒體用復(fù)合材料填充后，增強(qiáng)了其與芯管的結(jié)合強(qiáng)度，保證了剛性和強(qiáng)度，提高了槽筒整體性能。復(fù)合材料固化后機(jī)械性能見(jiàn)表3。

表3復(fù)合材料固化后機(jī)械性能

4應(yīng)用新技術(shù)確保槽筒制造精度

4.1采用激光焊接異性材料

激光焊接，是利用高能量密度的激光束作為熱源的一種高效精密焊接方法。我們選用大族公司制造的W200B型激光焊接機(jī)焊接端蓋與芯管。

W200B型激光焊接機(jī)采用Nd3+:YAG固體激光器，脈沖激光經(jīng)過(guò)擴(kuò)束、反射、聚焦后打在所要焊接的物體上；在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制下移動(dòng)數(shù)控工作臺(tái)，從而完成焊接。焊接時(shí)所需要脈沖激光的頻率、脈寬、工作臺(tái)速度、移動(dòng)方向等由計(jì)算機(jī)來(lái)控制，通過(guò)對(duì)以上激光參數(shù)的不同設(shè)定，可調(diào)節(jié)控制脈沖激光的能量。

筒體為鋅基合金，端蓋和芯管為鋁基合金，采用激光焊接將其連接為一體時(shí)，無(wú)需添加焊料，既保證了良好的焊接強(qiáng)度，又減少了焊接變形；同時(shí)，由于焊接熱影響區(qū)較小，防止了焊接過(guò)程中材料的開(kāi)裂和塌邊，且無(wú)氣孔；焊縫平整、美觀，焊后無(wú)需處理。

4.2打磨光整槽筒溝槽

為提高槽筒溝槽精度，我們?cè)O(shè)計(jì)了專用光整設(shè)備，選用不同粒度的砂帶、砂盤(pán)、尼龍輪磨光溝槽。除此外，我們還應(yīng)用新型砂帶磨削技術(shù)打磨光整溝槽，使其表面粗糙度Ra值不大于 0.4 μm；選用旋流式研磨機(jī)進(jìn)行精飾，進(jìn)一步確保槽筒表面精度達(dá)標(biāo)。

4.3設(shè)計(jì)芯管、槽筒外圓專用夾具

設(shè)計(jì)高精度數(shù)控車床精車芯管、槽筒外圓的專用夾具，找出影響槽筒徑跳的主要因素并予以解決，確定了數(shù)控車床槽筒車削工藝，保證了槽筒整體加工精度，其外圓相對(duì)錐孔徑跳誤差不大于0.03 mm。

4.4動(dòng)平衡修正

選擇高速動(dòng)平衡機(jī)對(duì)槽筒進(jìn)行動(dòng)平衡修正，使其不平衡量不大于8 (g·mm)。

5槽筒表面處理

槽筒表面電鍍硬鉻，鍍層厚度約為20 μm，使槽筒表面硬度不低于900 HV，可使其比一般槽筒更耐紗線磨損，以提高其使用壽命。

6結(jié)語(yǔ)

我所制造的自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)用槽筒采用多項(xiàng)新技術(shù)、新工藝，形成穩(wěn)定的生產(chǎn)線；除建立健全工藝文件和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)外，還利用自有紡織機(jī)械質(zhì)量檢測(cè)中心的裝備優(yōu)勢(shì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，制定了槽筒檢測(cè)規(guī)范，以確保其質(zhì)量的可靠性。

槽筒檢測(cè)的主要技術(shù)指標(biāo)有：① 尺寸及精度要求，如槽筒外圓對(duì)芯軸錐孔同軸度公差為0.03 mm；② 運(yùn)轉(zhuǎn)速度為7 kr/min時(shí)，滿足筒紗成形質(zhì)量要求；③ 表面粗糙度Ra值不大于0.8 μm；④ 表面硬度不低于900 HV。

我所自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)用槽筒的成功研發(fā)，是科研院所走產(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的道路，實(shí)施科技創(chuàng)新，采用新技術(shù)、新材料、新工藝，把科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的重要成果，實(shí)現(xiàn)了完全國(guó)產(chǎn)化自動(dòng)絡(luò)筒機(jī)的技術(shù)突破；新型超塑合金槽筒制造精度高、質(zhì)量可靠，為主機(jī)廠設(shè)備配套、紡織廠更換創(chuàng)造了條件，其市場(chǎng)前景廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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Application of New Technology in Manufacturing Slotted Cylinders of Super Plastic Alloy on the Auto-winder

WANG Guoxing,LYU Yi

(China Mechtronical Institute of Textile,Beijing 100025，China)

Abstract:In order to reduce the cost of the slotted cylinder and to realize the localization,details introduction is made to many new technologies involving with the cylinder of super plastic alloy including super plastic forming technology,flatulence forming process forming slotted cylinder with the end cover and the core tube laser welded.The cylinder is cast of high strength composite materials inside.High precision turning,spiral-flow grinding technology,cyclone abrasive finishing technology and foreign material electroplating technique are included.It is pointed out that the slotted cylinder of super plastic alloy is of high manufacturing precision with the surface roughnessRa value of less than 0.8 μm,the surface hardness not less than 900 HV,reliable,a localization breakthrough in production.

Key Words:automatic winder;slotted cylinder;cylinder body;slot form;slot;super plastic forming;alloy;flatulence forming

收稿日期：2015-07-29

作者簡(jiǎn)介：王國(guó)興(1962—)，男，山東招遠(yuǎn)人，高級(jí)工程師，主要從事紡織機(jī)械設(shè)計(jì)與制造方面的研究。

中圖分類號(hào)：TS103.82+7

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1001-9634(2016)02-0021-03

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-10-27 18∶34

http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1131.TS.20151027.1834.004.html