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金属针布齿条设计及其优化
国外新型梳棉机及配套器材的引进,加上国内业界的不懈努力,促使国产金属针布齿条的质量得到了提升,其品种规格的发展也已达数百种之多。矮、尖、薄、密和小角度诠释了过去国外先进金属针布齿条的特点和优越性,对国产金属针布齿条的进步起到至关重要的作用。目前,我国纺织行业产能过剩、效益下滑,金属针布齿条平均售价逼近生产成本,不利于金属针布齿条制造企业积累资金和实现技改升级,要生存就要敢于突围、善于突破。 梳理装备和技术还在不断地发展和进步,纺织行业仍然会是我国的重要产业,这是金属针布齿条行业生存、发展的土壤和源动力。对原有金属针布齿条的规格进行改良设计和归并设计,创新设计出新规格产品,从设计和制造上赋予产品特有功效和亮点,是金属针布齿条研发和制造者面临的一个长久而重要的课题。 1 金属针布齿条设计的分类 1.1创新型设计 应用新原理、新技术、新材料、新工艺,设计具有新结构、新功能金属针布齿条,具有世界首创的特点,属自主创新型设计。 1.2改进型设计 在原有产品的基础上进行改进,使金属针布齿条在结构、功能、品质上具有新的特点和新的突破。 1.3模仿型设计 对国内外市场上已有的金属针布齿条产品进行仿造的设计。 1.4系列型设计 在原有的产品大类中开发出新的品种和规格。 1.5降低成本型设计 保持原有功能不变,以较低的成本提供同样性能的设计,指利用新科技、新措施改进制造工艺、提高生产效率、节约主辅材料的金属针布齿条的产品设计。 2金属针布齿条设计的总体要求 2.1 满足行业发展的要求 21世纪是经济全球化和科技高速发展的时代,大量新技术的应用使纺织装备的科技含量激增。一方面新型纺织装备(梳理机械)对金属针布齿条这一关键器材提出新的、更高的要求,另一方面富含新技术的新型高效梳理器材也助推着新型梳理机械的技术进步。器材与装备的互动发展,正有力地促进世界纺织产业的进步与发展。跟踪国内外纺织技术发展,吸纳世界先进技术,加强自主创新,开发先进的金属针布齿条产品,满足社会发展和纺织行业升级的需求,是器材行业不可推卸的社会责任。 2.2具有完善的效能及质量,满足使用要求 从市场和用户需要出发,充分满足梳理设备对金属针布齿条的功效要求。 2.2.1安全性 设计产品时,必须对使用过程的种种不安全因素,采取有利措施,加以防范,确保使用时的设备和人身安全。 2.2.2效能及质量 金属针布的效能表现在能有效地完成对纤维的穿刺、吸纳、握持、均混、分梳、释放、转移和除杂,随品种不同其效能的侧重和强化不同,同时要适用不同的纤维、纱号,并与梳理机械及工艺相适应,还要尽量减少损伤纤维。 针布产品的质量主要表现在产品的“六度三好”,即圆整度、锋利度、表面粗糙度、耐磨度、淬火均匀度、抗轧强度,成卷包装好,接头好(无接头或接头不显示)、色泽好(无色差)。 2.2.3可靠性 针布产品在规定的时间内和预定的使用条件下,能正常地达到预期的产量和质量指标。 2.2.4易用性 金属针布齿条有良好的包装,易于退绕和包卷,包卷后免(少)处理即可开机使用,免(易)维护。 2.3具有理想的经济效益 产品要为社会所承认被用户接受.并能取得经济效益。产品设计要做到标准化、系列化,具有互换性和适纺性。无限制地增加产品规格,不但为客户订货增加麻烦,加大其备用器材库存;同时,也给制造企业增加负担,影响经济效益和社会效益。 设计和试制新产品的主要目的之一,是为了满足市场不断变化的需求,好的设计要能够重点解决客户所关心的功效焦点,如:降低结杂,高耐磨,减少短绒,高产、高速等;同时,产品设计要注重节约能源和原材料,提高劳动生产率,降低成本,为国家建设创新型、资源节约型、环境友好型产业的发展战略做贡献。 2.4具备良好的制造工艺特性 制造工艺对产品设计的最基本要求是产品结构应符合工艺原则。即在规定的产量规模条件下,能采用最经济的加工方法,制造出合乎质量要求的产品。这就要求所设计的产品结构能够最大限度地降低制造者的劳动量,减轻产品的重量,减少材料消耗,缩短生产周期和降低成本。 3齿形参数的设计 3.1金属针布齿条的结构区间及其作用 如图1所示。金属针布齿条的结构区间可分为3个部分:齿部、肩部和基部。齿部又可细分为梳齿与齿颈:梳齿部为具有梳理功能的齿尖;齿颈部为连接梳齿与肩部、基部的部分。肩部为基部向齿颈部和梳齿部的过渡区,是金工设计原则和梳针齿隙的双重需要。基部为针布齿条向梳理辊包覆、镶嵌、定位的基础。 3.2齿条齿形的确定 齿条齿形几何尺寸的确定取决于工作中所承受的负荷(正压力、摩擦力、梳理力等)的大小和性质,在梳理机中对纤维的主要作用及对针布的设计寿命要求等。 锡林针布以分梳为主,对纤维的梳理度要求其齿密要大,而外形轮廓小。 道夫针布以转移为主,要求其有足够的纤维握持空间及能力,不必过密但要有足够的齿深。 束0辊齿条以开松和除杂为主,承载负荷大、冲击力大且不匀,要有足够的强度和抗轧伤能力,必要时应以自锁或嵌镶固定。 固定盖板针布用来加强分梳与除杂,齿密不高、齿距较大、前角较小,要求不充塞、不嵌杂,抗轧性能好,以负角齿形为宜 整体锡林用来精梳棉束.要求横向齿密大,纤维容量大,齿尖要足够的薄以及较大的齿深。 齿条齿形及规格参数设计 金属针布齿条齿形及规格参数设计涉及到梳理的理论、设备、工艺配置、条干指标、生产机台试验、失效分析等诸多因素,其理论探索和规则的总结比较多[1],笔者仅从产品优化设计的几个侧面进行探讨。 4金属针布齿条的优化设计 4.1 齿条齿尖的高耐磨设计 梳理机的心脏是针布,针布的关键在齿条齿尖。因为针布齿条尤其新型锡林齿条的几何尺寸很小,而针布的高耐磨涉及的是齿尖的磨损机埋、材质、热处理、表面强化等诸多方面[6-12]。 4.1.1可用磨损体积 如图2所示。以梳理为主的锡林针布主要失效形式是因齿尖磨损而造成的梳理功能衰退,图中阴影部分是可供磨损的齿尖体积。 4.1.2影响可用磨损体积的因素 齿条齿尖宽(b)、齿尖角(p)和齿尖形状是可用磨损体积的三个主要影响因素。 4.1.3齿条齿尖的高耐磨设计 在不影响齿尖锋利度、穿刺能力和纤维伸直度的前提下,要保证齿尖区域有足够的宽度.较大的齿尖角。优化设计齿条齿尖形状,应增大齿尖可用磨损体积。图3是1例优化设计,弧形齿尖和直齿尖相比较,A是二者共有面积.B、C是各自多出的面积,显然C>B。 若图中3条曲线分别代表齿尖部不同的磨损边界,磨损到第1、2、3边界时弧形齿尖的可用磨损面积分别是直齿尖的1.74倍、1.52倍、1.35倍,越靠近齿尖则越是被早期磨损,越能体现弧形齿尖的耐磨性。 4.1.4提高齿条齿尖耐磨度的冲模及工艺设计 4.1.4.1适当调整下模高度以避免斜尖 针布齿条齿形冲切时,不可避免地要产生塌角和冲切面斜度[13],如图4a)所示,其上侧为塌角侧,下侧为毛刺侧。针布齿条冲切时经常出现沿齿
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