邊文廣，王 瑋

(經(jīng)緯智能紡織機(jī)械有限公司，山西 晉中 030601)

1 鋼領(lǐng)的技術(shù)進(jìn)步

近年來(lái)，雖然某些國(guó)際知名品牌的鋼領(lǐng)、鋼絲圈價(jià)格高于國(guó)產(chǎn)品牌數(shù)倍甚至數(shù)十倍，但依然受國(guó)內(nèi)用戶青睞，也倒逼國(guó)產(chǎn)鋼領(lǐng)、鋼絲圈制造企業(yè)及相關(guān)設(shè)備制造商更重視器材產(chǎn)品的創(chuàng)新與研發(fā)，著力實(shí)施品質(zhì)提升戰(zhàn)略，走出科技含量高、質(zhì)量高、運(yùn)行可靠的產(chǎn)品之路。

1.1 制造工藝

鋼領(lǐng)屬于用量大的易損件，它的硬度、表面粗糙度、內(nèi)外跑道精度是影響紡紗質(zhì)量的關(guān)鍵因素，而其選材、制坯、粗加工、精加工、表面處理方法等決定了產(chǎn)品精度和成本。鋼領(lǐng)的種類很多，平面鋼領(lǐng)是目前使用較普遍的一種，通常以Q235A鋼板或鋼帶為原材料，經(jīng)整平→下條料→拉伸落料→沖底孔→切邊→整形，初步制成鋼領(lǐng)毛坯，后經(jīng)粗車→精車→軋光→滲碳淬火→粗精磨→拋光等表面處理工序制成成品。此外，也可采用Cr20，GCr15等合金材料以及無(wú)縫鋼管等材料制造鋼領(lǐng)。

將管壁較厚的無(wú)縫鋼管直接車削成坯料，是鋼領(lǐng)制造技術(shù)的進(jìn)步。相比沖壓坯料的加工工藝，工序減少、材料利用率略有提高，但加工余量較大、車削加工時(shí)間增加導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低。由于無(wú)縫鋼管材料價(jià)格較高，用壁厚較大的無(wú)縫鋼管制作鋼領(lǐng)毛坯成本增大，為降低生產(chǎn)成本，技術(shù)人員探索出用冷墩、冷擠壓技術(shù)加工無(wú)縫鋼管制作鋼領(lǐng)毛坯的新方法[1]，采用等體積成形原理提高材料利用率，省去沖壓切邊工序，生產(chǎn)效率提高。

將鋼領(lǐng)加工工藝由先沖后車的多道工序改進(jìn)為一次車削成型工藝，以縮減流程、提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品精度，用配套自動(dòng)化上下料裝置的成套生產(chǎn)線逐漸替代單臺(tái)套設(shè)備，成為鋼領(lǐng)制造企業(yè)的發(fā)展方向。

1.2 材料選用與表面處理方法

采用高質(zhì)量軸承鋼無(wú)縫鋼管替代Q235A板料制造鋼領(lǐng)已成為現(xiàn)實(shí)。另外，隨著陶瓷、高分子、粉末冶金、自潤(rùn)滑等復(fù)合材料在鋼領(lǐng)制造應(yīng)用研究的日趨深入，對(duì)提高鋼領(lǐng)的耐用度、紡紗速度以及減少毛羽、斷頭將會(huì)產(chǎn)生積極影響。

采用碳氮共滲技術(shù)取代單純滲碳淬火，采用磨削、拋光工序淘汰跑道滾軋的工藝方法，采用鍍鉻、鍍氟、鍍鈦、氣相沉積、滲硫等表面處理方法，提高了鋼領(lǐng)表面處理的效率，改善了鋼領(lǐng)跑道的表面硬度和耐磨性能，縮短了鋼領(lǐng)的走熟期，促進(jìn)鋼領(lǐng)品質(zhì)不斷提升。

1.3 跑道截面形狀

目前，多數(shù)技術(shù)研究的關(guān)注點(diǎn)在于鋼領(lǐng)跑道截面形狀、鋼絲圈橫截面及形狀方面，通過(guò)對(duì)高質(zhì)量鋼領(lǐng)、鋼絲圈的測(cè)繪分析以及通過(guò)實(shí)物磨損量的觀察、高速攝影等分析手段，分析鋼領(lǐng)、鋼絲圈的運(yùn)行特點(diǎn)及受力，建立數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化內(nèi)外圈跑道截面尺寸、平滑壓力分布，以確保鋼絲圈動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。

1.4 安裝方式

在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上，鋼領(lǐng)通常用鋼領(lǐng)座定位(如圖1所示)，借助略大于螺釘直徑的鋼領(lǐng)座安裝孔孔徑間隙調(diào)整鋼領(lǐng)、導(dǎo)紗板、錠桿、氣圈環(huán)軸線對(duì)正，用鋼領(lǐng)壓板壓緊鋼領(lǐng)的凸緣部分，并用螺釘固定在鋼領(lǐng)板上，隨鋼領(lǐng)板做升降運(yùn)動(dòng)。粗紗經(jīng)過(guò)牽伸系統(tǒng)、穿過(guò)導(dǎo)紗鉤和鋼絲圈，隨錠子及紗管高速旋轉(zhuǎn)以及鋼絲圈沿鋼領(lǐng)的內(nèi)外跑道旋轉(zhuǎn)，完成紗線的卷繞和加捻。

1—鋼領(lǐng)壓板；2—凸緣；3—外跑道；4—頂面；5—內(nèi)跑道；6—鋼領(lǐng)座；7—螺釘。圖1 鋼領(lǐng)安裝結(jié)構(gòu)示意

鋼領(lǐng)的凸緣直徑(底外徑)大于內(nèi)外跑道直徑，在采用厚壁無(wú)縫管材車成形時(shí)的切除量大，是造成其成本較高的因素之一。從使用功能角度分析，僅跑道部分滿足紡紗工藝要求即可，據(jù)此出現(xiàn)了組合式鋼領(lǐng)，即跑道部分采用高性能材料，而頸壁以下采用常規(guī)材料，降低成本且便于鋼領(lǐng)更換。但無(wú)論是文獻(xiàn)[2]中嵌入式圓柱面的連接，還是文獻(xiàn)[3]跑道上半部分、底座下半部分采用配合尺寸的內(nèi)外圓臺(tái)階柱面及螺孔連接的組合式鋼領(lǐng)，均存在制造工藝復(fù)雜的問(wèn)題。組合式鋼領(lǐng)通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新，在保證跑道功能的前提下，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和適應(yīng)性，其安裝依然是借助于壓板、螺釘壓緊鋼領(lǐng)凸緣部分，且鋼領(lǐng)之間凸起的壓板及螺釘是飛花積聚的根源，不利于紡紗環(huán)境的清潔要求，需進(jìn)一步改進(jìn)。

2 卡扣式連接方式及其設(shè)想

連接是將2個(gè)或2個(gè)以上的零部件連成1個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)功能體的過(guò)程，機(jī)械產(chǎn)品中最常見的是螺栓、螺釘緊固連接，其他連接形式包括鉸接、焊接、鉚接、粘接等。連接設(shè)計(jì)在工業(yè)設(shè)計(jì)中得到越來(lái)越廣泛應(yīng)用和深入研究，其地位甚至與功能設(shè)計(jì)同等重要。

2.1 卡扣式連接方式

卡扣式連接結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有效，其裝配一般只需一個(gè)插入動(dòng)作，無(wú)需做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、裝配定位的動(dòng)作，產(chǎn)品裝配效高率；簡(jiǎn)化的連接件結(jié)構(gòu)減少了結(jié)構(gòu)部件的材料種類和數(shù)量，也減少機(jī)械加工量。

常見的塑料卡扣就是典型案例。一組設(shè)計(jì)完美的卡扣結(jié)構(gòu)，既可快速確定2個(gè)零件的相對(duì)位置，非常方便地相互鎖緊并達(dá)到一定的結(jié)合力，且方便分離。汽車的內(nèi)飾部分大量應(yīng)用工程塑料卡扣，提高了安裝、定位、緊固的生產(chǎn)效率和方便性，且加工工藝簡(jiǎn)化、成本降低。日用電器中也常采用卡扣式結(jié)構(gòu)，如格力電器(合肥)有限公司在空調(diào)產(chǎn)品上開展卡扣替換螺釘?shù)膭?chuàng)新活動(dòng)，將200多個(gè)螺釘縮減到150個(gè)，可產(chǎn)生每天600 min的生產(chǎn)效率。

2.2 在鋼領(lǐng)連接上的創(chuàng)新思路

如果能將卡扣設(shè)計(jì)引入紡織機(jī)械產(chǎn)品的連接設(shè)計(jì)中，減少螺栓、螺釘?shù)氖褂?，降低制件打孔攻絲成本，提高組合、裝配、調(diào)整維護(hù)的工作效率，必然能降低環(huán)錠細(xì)紗機(jī)的綜合成本。

在組合導(dǎo)紗喇叭組件時(shí)，傳統(tǒng)方式需要進(jìn)行抓取螺釘、墊片，對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)紗扁鐵的螺紋孔，取電動(dòng)扳手，按開關(guān)等系列動(dòng)作，緊固1個(gè)導(dǎo)紗喇叭的螺釘所需時(shí)長(zhǎng)約為10 s，且不包含將散亂的螺釘、墊片等擺放到輔助工具料盤上的時(shí)間；采用卡扣式導(dǎo)紗喇叭進(jìn)行裝配，僅需要抓取一定數(shù)量的卡扣式導(dǎo)紗喇叭，簡(jiǎn)單調(diào)整卡扣的開口方向使其對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)紗扁鐵，稍用力按壓即可完成組裝，所需時(shí)長(zhǎng)不超過(guò)4 s?？凼綄?dǎo)紗喇叭依靠卡扣的彈力卡緊在導(dǎo)紗扁鐵上，足以克服紗條的張力，既提升了裝配效率還節(jié)省了螺釘、墊片、螺絲孔的加工成本，這是卡扣式結(jié)構(gòu)在環(huán)錠細(xì)紗機(jī)上的應(yīng)用驗(yàn)證。

在鋼領(lǐng)系列產(chǎn)品中，相同跑道尺寸規(guī)格的鋼領(lǐng)底外徑會(huì)有不同，可通過(guò)不同的技術(shù)手段在其制造、安裝、使用方面加以改進(jìn)，達(dá)到提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。組合式鋼領(lǐng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以及文獻(xiàn)[4]采用非金屬材料制成的鋼領(lǐng)座等，開闊了鋼領(lǐng)與鋼領(lǐng)座連接的設(shè)計(jì)思路。首先，去除鋼領(lǐng)底部凸緣，保持鋼領(lǐng)頸部以下為無(wú)臺(tái)階的直圓柱形，以減小無(wú)縫鋼管原材料的壁厚、提升材料的利用率，并在原凸緣部分車削出一圈環(huán)槽；其次，設(shè)計(jì)卡扣式鋼領(lǐng)座，借助于工程塑料材質(zhì)的凸起卡扣定位并卡入鋼領(lǐng)環(huán)槽，以卡緊帶有環(huán)槽結(jié)構(gòu)的鋼領(lǐng)，見圖2；最后，設(shè)計(jì)大于螺釘直徑的安裝孔、清潔器安裝螺孔，并增大鋼領(lǐng)座的厚度，以改善工程塑料翹曲變形問(wèn)題。

1—鋼領(lǐng)環(huán)槽及鋼領(lǐng)座凸起；2—卡扣凸起；3—拆卸缺口。圖2 鋼領(lǐng)卡扣安裝結(jié)構(gòu)示意

3 卡扣式連接方式在鋼領(lǐng)連接應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

卡扣式連接鋼領(lǐng)與鋼領(lǐng)座的組合式鋼領(lǐng)：① 取消了壓緊鋼領(lǐng)凸緣的鋼領(lǐng)壓板和螺釘，減少零件使用數(shù)量，使鋼領(lǐng)板表面更加清潔，便于紡紗工藝管理；②提高了安裝或更換鋼領(lǐng)的方便性和操作效率；③ 節(jié)省了原材料，減少了加工量，降低了生產(chǎn)成本；④ 工程塑料配色工藝方便，可改善紡紗環(huán)境視覺(jué)效果；⑤ 若將其設(shè)計(jì)于鋼領(lǐng)座內(nèi)，預(yù)留傳輸信號(hào)線接口，配合斷頭檢測(cè)傳感器，則可形成復(fù)合功能型鋼領(lǐng)座。

鋼領(lǐng)與鋼領(lǐng)座的卡扣式連接方式目前僅是一種設(shè)想，有待進(jìn)一步驗(yàn)證和客觀評(píng)價(jià)，期待能夠產(chǎn)生積極的作用?？傊?，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的連接設(shè)計(jì)方面，紡織機(jī)械工程技術(shù)人員可以集思廣益、不斷創(chuàng)新，將先進(jìn)設(shè)計(jì)思想和技術(shù)應(yīng)用在日常生產(chǎn)實(shí)踐中，推進(jìn)紡織裝備技術(shù)進(jìn)步。