李長江

（唐山融豐特種紙業(yè)有限公司，河北 唐山063001）

卷煙盤紙生產(chǎn)用瓦型氣脹軸的國產(chǎn)化及其改進(jìn)與提高

李長江

（唐山融豐特種紙業(yè)有限公司，河北 唐山063001）

我國的瓦型氣脹軸來源于進(jìn)口分切機(jī)的引進(jìn)。當(dāng)時(shí)的唐山第一造紙廠于1991年從德國格貝爾公司引進(jìn)了Optima－1250型和Rapid－d1250型分切機(jī)，用于生產(chǎn)卷煙盤紙、濾嘴棒成型盤紙，產(chǎn)品被國內(nèi)多家卷煙廠認(rèn)可。上世紀(jì)九十年代初將這兩種分切機(jī)上的分切、復(fù)卷、傳動(dòng)等部分中的一些關(guān)鍵機(jī)械零部件進(jìn)行了國產(chǎn)化的嘗試研制［1，2］并獲得了成功［3］。有了上述國產(chǎn)化的初步經(jīng)驗(yàn)，于是考慮瓦型氣脹軸的國產(chǎn)化。

瓦型氣脹軸（簡稱“軸”）是分切機(jī)上復(fù)卷部分的復(fù)卷軸，它將分切成的紙條卷成盤紙，在分切部分保證“紙條兩邊是距離相等的直線且無紙毛”、不影響盤面的平滑度質(zhì)量、復(fù)卷部分的復(fù)卷輥－壓紙輥使用正常的情況下，盤紙的“緊、圓、平”質(zhì)量主要由軸的高使用性能保證，因此該軸是分切機(jī)上最關(guān)鍵的部件之一。其基本結(jié)構(gòu)和使用情況如下：

軸的中部是管狀軸身，兩端裝軸頭，軸身內(nèi)安裝橡膠管——?dú)饽遥渫馐莾?nèi)瓦，上面裝有彈簧，軸身外面安裝數(shù)量與內(nèi)瓦相等的外瓦，兩種瓦件之截面為瓦型、由支持柱連接；在一端軸頭上安裝一個(gè)充氣閥。使用時(shí)，將氣囊充氣使內(nèi)瓦外移，從而推動(dòng)外瓦向外移動(dòng)將裝于軸上的塑料環(huán)脹緊，然后即可將軸裝于分切機(jī)上卷紙，見圖1。

圖1 瓦型氣脹軸脹緊塑料環(huán)斷面示意圖

1 目前國內(nèi)卷煙盤紙生產(chǎn)用復(fù)卷軸的現(xiàn)狀

1.1 實(shí)心光軸

極少量的企業(yè)在用實(shí)心光軸，由于使用性能較差，生產(chǎn)的卷煙盤紙質(zhì)量較低，處于被淘汰地位，進(jìn)口軸也不例外。

1.2 長鍵型氣脹軸（含長鋁膠鍵型氣脹軸和長膠鍵型氣脹軸）

意大利I MS公司制造的高速分切機(jī)用的長鋁膠鍵型氣脹軸的使用性能及效果是：分布于軸上的16條或9條長鍵（廣東、安徽某卷煙紙生產(chǎn)廠用軸）將塑料環(huán)脹緊后，環(huán)呈近似正多邊形而不是圓形，致使軸在卷紙轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不平穩(wěn)、有跳動(dòng)和振動(dòng)；“長鋁鍵對(duì)塑料環(huán)有定位作用”甚微，卻常影響使用性能；“臺(tái)階式升速卷取”對(duì)軸造成一些振動(dòng)；上述均降低了軸的使用性能。因此生產(chǎn)的盤紙不是高質(zhì)量的，有時(shí)造成盤紙分不開，降低了成品率；操作難度大且復(fù)雜；結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、故障點(diǎn)較多等等，該軸的使用性能不太理想，不適于生產(chǎn)高質(zhì)量的卷煙盤紙。

1.3 國產(chǎn)瓦型氣脹軸

國內(nèi)有多家機(jī)械制造廠也在生產(chǎn)此種軸，質(zhì)量差異較大。大多數(shù)的軸用于低速分切機(jī)生產(chǎn)普通盤紙。有些軸用于卷煙紙、過濾嘴棒紙生產(chǎn)廠的低速分切機(jī)：有的軸生產(chǎn)的盤紙是較低質(zhì)量的；有的軸用戶使用不久就出現(xiàn)質(zhì)量問題，只好送回原廠返修，甚至不斷地進(jìn)行返修；有的軸與國產(chǎn)寬幅（1650 mm）分切機(jī)配套，由于軸的制造質(zhì)量較差，只能低速生產(chǎn)；有的軸甚至在低速生產(chǎn)時(shí)也無法使用，如具有出口業(yè)務(wù)、規(guī)模較大的某企業(yè)生產(chǎn)的軸用于意大利I MS公司制造的高速1000 m／m i n）、寬幅（1650 mm）分切機(jī)，當(dāng)車速剛剛升到200 m／m i n時(shí)就無法工作，用戶只好將其退回生產(chǎn)廠，等等。

2 國產(chǎn)化

2.1 測繪與設(shè)計(jì)

2.1.1 測繪與確定材質(zhì)

在全面、準(zhǔn)確地完成零件的幾何形狀、外形尺寸等項(xiàng)測繪工作后，根據(jù)零件在軸上的安裝位置、作用、工作狀態(tài)分析其受力情況及應(yīng)該達(dá)到的機(jī)械性能和對(duì)熱處理、切削性能等的要求，確定各零件的材質(zhì)，用國產(chǎn)材料代替進(jìn)口材料。

2.1.2 設(shè)計(jì)

在滿足零件對(duì)機(jī)械性能的要求、并考慮經(jīng)濟(jì)性的基礎(chǔ)上進(jìn)行了合理地設(shè)計(jì)，包括：尺寸精度、粗糙度、形位公差及對(duì)熱處理、表面處理等的技術(shù)要求；非金屬橡膠件的力學(xué)性能、材質(zhì)、尺寸精度及加工方法的要求等；裝配時(shí)的有關(guān)要求；裝配后的軸進(jìn)行充氣試驗(yàn)、靜平衡和動(dòng)平衡試驗(yàn)等技術(shù)要求。繪制了清晰、完整、正確的工作圖紙。

2.1.3 制訂加工工藝

制訂了完整、正確的機(jī)械加工、熱處理和裝配等加工工藝文件，設(shè)計(jì)、制作了專用工裝，為加工質(zhì)量提供了技術(shù)保證。

2.1.4 檢驗(yàn)與試驗(yàn)

零件在加工中的每一道工序都有專職質(zhì)檢員檢驗(yàn)，不符合圖紙要求的不轉(zhuǎn)下道工序、不出廠。軸在裝配完后，進(jìn)行了充、放氣及保壓試驗(yàn)檢查密封質(zhì)量，同時(shí)進(jìn)行了外瓦的脹緊與收緊效果檢測。軸做完靜平衡試驗(yàn)后，又在動(dòng)平衡試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行了較高精度的動(dòng)平衡試驗(yàn)。

2.2 選擇加工單位

該軸是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、技術(shù)含量較高的部件，從零件的冷、熱加工到整軸的裝配都有較大的難度，因此加工單位的選擇是保證加工質(zhì)量的關(guān)鍵。選擇了能夠制訂完整、正確的加工工藝文件、設(shè)計(jì)并制作配套工裝，具有加工設(shè)備、試驗(yàn)設(shè)備性能高而齊全、檢測手段完備、技術(shù)力量雄厚、人員素質(zhì)好、管理水平高的軍工企業(yè)作為加工單位。

2.3 使用效果

經(jīng)使用，國產(chǎn)化的瓦型氣脹軸可牢固地將塑料環(huán)脹緊、決不打滑；軸在轉(zhuǎn)動(dòng)卷紙時(shí)無軸向竄動(dòng)，只有微小的跳動(dòng)且比較平穩(wěn)，車速可達(dá)該機(jī)的設(shè)計(jì)車速，說明軸的技術(shù)性能較好，因此，卷制的盤紙緊而圓且盤面的平滑度較好、年輪較輕，盤紙的質(zhì)量好；分盤較容易，很少用橡膠錘敲打，成品率較高；國產(chǎn)的氣囊、充氣閥等件無損壞、軸不漏氣、密封好；由于外瓦等件的材質(zhì)、熱處理質(zhì)量好，所以強(qiáng)度、耐磨性均好。與美國制造的軸進(jìn)行了使用對(duì)比，其使用性能高于美國進(jìn)口軸。

2.4 結(jié)論

國產(chǎn)化的瓦型氣脹軸的使用性能、使用效果不低于德國進(jìn)口軸而高于美國進(jìn)口軸，使用壽命高于進(jìn)口軸。表明軸的設(shè)計(jì)合理、加工質(zhì)量高、國產(chǎn)化是成功的。是國內(nèi)第一家國產(chǎn)化成功者并獲得國家專利權(quán)［4］。經(jīng)多家卷煙紙、過濾嘴棒紙生產(chǎn)廠使用后認(rèn)為：國產(chǎn)化的軸能夠滿足進(jìn)口分切機(jī)的配套要求，可以替代進(jìn)口軸。國產(chǎn)軸的價(jià)格比進(jìn)口軸價(jià)格低很多。

圖2 德國格貝爾公司Optima－1250 分切機(jī)（臥式）瓦型氣脹軸Ф 120×1300×1600

3 改進(jìn)與提高

3.1 改進(jìn)設(shè)計(jì)、提高使用壽命

德國的瓦型氣脹軸雖然使用性能較好，但也存在著不足或缺陷。在修理、更換軸身內(nèi)部零件，拆、裝軸頭時(shí)，由于軸身的材質(zhì)較軟，造成端部的止口變形而無法修理，軸只能經(jīng)一次性使用而報(bào)廢，太可惜了。如此昂貴的軸不能修理，這不符合廠情、國情。于是，在進(jìn)行國產(chǎn)化的同時(shí)對(duì)此軸進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，方案是：

在保證軸的整體結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能不變的前提下，將部分零件的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、尺寸等進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)并對(duì)有關(guān)零件安排了熱處理。經(jīng)使用、修理表明：軸的使用性能未降低；而軸可以進(jìn)行拆裝、修理、更換軸身內(nèi)部零件了，并沒有因拆裝降低相關(guān)零件的尺寸精度和裝配精度，軸可以進(jìn)行多次拆裝、修理。改進(jìn)設(shè)計(jì)是成功的。自行設(shè)計(jì)改進(jìn)的國產(chǎn)軸都可以進(jìn)行修理，大大延長了使用壽命，可為企業(yè)節(jié)省大量資金。

3.2 提高制造水平、保證更高的使用性能

近年來，我國的卷煙行業(yè)發(fā)展很快，既提高了卷煙速度（12000支／min），又增加了高檔盤紙的需求量。原德國制造的生產(chǎn)車速較低（400 m／min）、幅面較窄（1250 mm）的分切機(jī)已不能滿足發(fā)展的需要，為此，國內(nèi)一些卷煙紙生產(chǎn)廠從國外引進(jìn)了高速（1000 m／min）、寬幅（1650 mm）、高使用性能的分切機(jī)。因此，配套的復(fù)卷軸必須是高質(zhì)量的。為將瓦型氣脹軸的使用性能提到更高水平，制訂并提高了軸的制造質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：

軸的卷紙幅面增寬，因?yàn)楦咚龠\(yùn)轉(zhuǎn)，必須有更高的強(qiáng)度、剛度及耐磨性；外瓦的同步外脹高度須是高精度的；由外瓦脹緊塑料環(huán)后形成的圓柱形外表面的直徑尺寸、圓度、平直度等必須是高精度的，以保證由環(huán)組成的塑料管的圓度、平直度及與軸之同軸度是高精度的；軸應(yīng)具有高技術(shù)性能和高使用性能且使用壽命長。

為此，在制造方面做了如下工作：

一些關(guān)鍵件選擇經(jīng)過熱處理后的機(jī)械性能具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性的軍工產(chǎn)品使用的材料；

提高全部零件，特別是主要、關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，包括結(jié)構(gòu)、幾何形狀、尺寸及精度、粗糙度、形位公差、技術(shù)要求等；提高裝配的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；進(jìn)一步提高動(dòng)平衡的試驗(yàn)精度；

提高加工工藝設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使之更加完整、準(zhǔn)確，設(shè)計(jì)新型工藝解決加工難度大的關(guān)鍵件的加工，保證高質(zhì)量，如外瓦的平、直度形位公差要求高，加工難度很大，為此設(shè)計(jì)了一種最新的加工工藝解決了這一難題；

安排關(guān)鍵零部件在進(jìn)口的高精度數(shù)控機(jī)床上加工，保證高質(zhì)量。

3.3 使用效果

經(jīng)生產(chǎn)使用，新制造的寬幅瓦型氣脹軸在從零車速起步一直升到1000 m／min的最高車速直至卷完盤紙的全過程中轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)、無跳動(dòng)、無振動(dòng)，不存在“低速卷取”和“臺(tái)階式升速卷取”問題，表明軸的技術(shù)性能很好且生產(chǎn)率高；生產(chǎn)的盤紙的緊度、圓度和平滑度都好，盤紙是高質(zhì)量的，能滿足高速卷煙機(jī)對(duì)盤紙質(zhì)量的要求；盤紙的分盤容易，不用橡膠錘敲打，成品率高；軸的強(qiáng)度高、耐磨性好、使用壽命長；軸具有高的使用性能，制造質(zhì)量遠(yuǎn)高于德國制造的窄幅、低速分切機(jī)，能夠滿足高速、寬幅、高使用性能進(jìn)口分切機(jī)的配套要求。

3.4 結(jié)論

新型瓦型氣脹軸用于高速、寬幅、高性能的分切機(jī)中經(jīng)生產(chǎn)使用之效果說明該軸是高技術(shù)、高使用性能的、生產(chǎn)的卷煙盤紙是高質(zhì)量的，達(dá)到了軸的高質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。表明設(shè)計(jì)方案合理，達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；制訂的加工工藝正確、完整；加工精度高；更高質(zhì)量的瓦型氣脹軸制造成功。已有多家用戶用于進(jìn)口分切機(jī)。

云南某卷煙紙生產(chǎn)廠引進(jìn)了意大利IMS公司制造的RCI－1650型分切機(jī)，其上配套的是高精度的套型實(shí)心光軸，感覺不好用，于是委托制造了Ф 120×1675×2067瓦型氣脹軸。經(jīng)裝機(jī)生產(chǎn)使用看到：在從開車一直升到最高車速直至卷完盤紙的全過程，軸的轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)、無跳動(dòng)、無振動(dòng)，使用性能穩(wěn)定、可靠；生產(chǎn)的盤紙的“緊、圓、平”質(zhì)量均符合要求，特別是盤面的平滑度明顯好于進(jìn)口軸生產(chǎn)的盤紙，提高了盤紙質(zhì)量。由于軸和塑料環(huán)的間隙大（約3 mm），所以向軸上裝環(huán)或從軸上卸盤紙都比進(jìn)口軸容易、方便；只充一次氣、操作很方便；重量較進(jìn)口軸輕許多（國產(chǎn)軸重60 kg、進(jìn)口軸約重110 kg），減少了對(duì)機(jī)器的振動(dòng)，可延長機(jī)器的使用壽命，滿足了用戶需要，見圖3。

4 總結(jié)

進(jìn)口瓦型氣脹軸實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，使用性能不低于德國進(jìn)口軸而高于美國進(jìn)口軸；改進(jìn)設(shè)計(jì)彌補(bǔ)了使用壽命短的缺陷，更加滿足了用戶的需要。提高制造標(biāo)準(zhǔn)后制作的高速、寬幅瓦型氣脹軸的使用性能是高水平的。制造質(zhì)量明顯好于目前國內(nèi)使用的進(jìn)口實(shí)心光軸、長鋁膠鍵型氣脹軸以及同類型的國產(chǎn)軸，是目前最高質(zhì)量的復(fù)卷軸之一。多家用戶已使用高速、寬幅、高性能的國產(chǎn)瓦型氣脹軸，使用結(jié)果表明此軸能夠滿足進(jìn)口分切機(jī)的配套要求，可以替代進(jìn)口軸，并且價(jià)格較低。表明我國瓦型氣脹軸的制作技術(shù)發(fā)展了、制造水平提高了。

［1］李長江.進(jìn)口分切機(jī)備件國產(chǎn)化的嘗試［J］.紙和造紙，1996（5）：22－24.

［2］李長江.進(jìn)口分切機(jī)關(guān)鍵機(jī)械零部件的研制［J］.黑龍江造紙，2000（2）：33.

［3］李長江.進(jìn)口分切機(jī)關(guān)鍵機(jī)械零部件國產(chǎn)化獲得成功［J］.浙江造紙，2000（2）：30－31.

［4］李長江.氣脹軸：中國，ZL 200420016622.5［P］.2005－08－03.

2011－10－09

李長江（1944－），河北昌黎人，高級(jí)工程師，唐山融豐特種紙業(yè)有限公司（原唐山第一造紙廠），從事造紙、有色金屬加工、陶瓷等行業(yè)的機(jī)械設(shè)備的設(shè)計(jì)與制造工作。