钢领钢丝圈的发展趋势与应用

章友鹤+赵连英+陈璟+付祥法+孙军达+孙斌

摘要：近年来，钢领钢丝圈的技术进步体现在制造材质提高、加工设备升级、表面处理技术的改进。文章介绍了高性能钢领和优质钢丝圈的质量升级目标、钢领钢丝圈必须具备的条件及钢领钢丝圈的合理选配。钢领与钢丝圈配合使用时要处理好钢领直径与锭子速度关系、钢领钢丝圈使用周期与成纱质量关系、细纱断头与锭子速度关系、纺纱品种与配套使用钢领钢丝圈关系等。

关键词：钢领；钢丝圈；技术进步；使用

中图分类号：TS103.813

文献标志码：A

Developing Trend of Ring and Traveler and Relevant Applied Technology

Abstract： Over the past few years， great progress has been made in the manufacturing technology of ring and traveler for spinning machine， which are reflected in improved quality of raw materials， upgraded manufacturing equipment and advanced surface treatment technology. The paper introduces the goals for upgrading the quality of ring and traveler， necessary requirements on ring and traveler and rational selection of ring and traveler. It proposes that the following relations should be properly handled when using and selecting ring and traveler： the relation between ring diameter and spindle speed， the relation between life cycle of ring and traveler and yarn quality， the relation between spun yarn breakage and spindle speed， and the relation between yarn variety and selected ring and traveler.

Key words： ring； traveler； technological development； application

1钢领钢丝圈在纺纱中的作用及对生产的影响

钢领钢丝圈是环锭纺细纱机的关键核心部件，是纺纱过程中完成牵伸、加捻、卷绕成形等一对关键的摩擦件。钢领钢丝圈配套的合理性及制造质量优劣，直接关系到成纱质量，断头率高低和生产效率，也与工人看台能力直接相关，故它对发挥环锭细纱机综合效能起到至关重要作用。

从对成纱质量关系分析：钢领钢丝圈在细纱机上完成对纱线卷绕形成功能，钢丝圈在纱线的拖动下，除了在钢领上高速滑动外，还将与纱线表面直接接触，将会影响纱线的条干均匀度、棉结、毛羽等质量指标。

从对纺纱效率分析：影响成纱效率主要有锭子速度与纺纱断头两个因素。如果钢领钢丝圈的制造质量优异，则在细纱机上运转中配合状态好，纺纱断头率就低，在同样条件下可以提高锭子速度，达到1.7万r/min以上，比目前1.3万～1.5万r/min的锭速可提高生产效率15%～20%。

从对工费成本分析，钢领钢丝圈相互配合好，细纱断头率低（控制在10～20根/千锭时）可为工人扩大看台能力创造条件，同时采用性能优良的钢领钢丝圈可延长使用周期，减少维护工作量，仅这两点就可使工费成本降低。同时工人看台能力提高、用工减少，对缓解招工难也有一定作用。

从目前纱线使用原料发展趋势与纺纱质量提升，品种发展分析，对钢领钢丝圈的质量与品种提出了更高要求。

（1）目前纺纱使用的纤维原料，棉花用量正在逐年减少，而非棉纤维如粘纤、竹纤、蛋白质纤维、涤纶改性仿棉纤维及差别化功能化纤维等逐年增加，纺纱特点也从单一纤维纺纱向多纤混合纺纱发展。

（2）成纱质量要求：尤其是对纱线毛羽、条干、棉结、千锭时断头率等指标，随着用户的要求提高对钢领钢丝圈的要求也会越来越高。

（3）纺纱技术：从普通环锭纺纱正在向采用紧密纺、赛络纺及包芯、竹节、缎彩等花式纺纱发展。纺纱支数也从以生产Ne20S～50S英支常规纱，向特高支Ne50S～150S及更高支数来适应高端市场用纱要求。

基于目前纺纱企业使用原料与生产结构的变化，加工成本不断上升，短期内不可能改变的现状，能为纺纱企业提供质量优、使用寿命长、适纺性能好的钢领钢丝圈，是企业的迫切需要。

2钢领钢丝圈的技术进步与发展趋势分析

近几年来国内钢领钢丝圈的制造企业，针对纺纱企业使用原料与生产结构变化，对钢领钢丝圈提出的新要求，从优选材质、改进制造工艺入手，对钢领钢丝圈的制造技术进行不断的创新，推出了多种性能优良、使用寿命长及适纺性好的产品，使国内制造的钢领钢丝圈与国外同类产品的差距不断缩小，其技术进步主要有以下几点。

2.1制造材质提高

用于制造钢领钢丝圈材料的优劣，是决定其使用寿命的重要因素之一。

（1）钢领的材料选择，以前从成本考虑较多，故多数制造企业用20#钢板经机械加工和渗碳火来保证钢领所要求的几何形状、尺寸精度和硬度等品质指标要求。但因使用材料档次低，在上机使用后缺陷较多，不但走熟期较长，且使用寿命周期短，使用1年不到成纱质量明显下降，断头增加。针对20#钢生产钢领的缺陷，目前多数钢领制造企业已选用低碳合金钢来生产中档次的钢领，使其使用寿命可延长到3年左右。国内部分重庆金猫，浙江锦峰、无锡求实等企业为了缩小与进口产品差距，已选用轴承钢合金材料来生产高精密度钢领，极大的提高了钢领使用中的稳定性，并延长其使用寿命在5年以上。这种高精度钢领，已可用于替代进口钢领并满足紧密纺纱、高速环锭细纱机（锭速1.7万r/min以上）的纺纱要求，虽其价格是普通钢领的3～4倍，但与进口钢领比仅1/5，目前进口钢领40元/只，国产高精度钢领8元/只，具有良好的性价比，已处于供不应求状况。

（2）钢丝圈材料选择，以前多数钢丝圈制造企业选用72B、82B优质碳素结构钢，由于其硬度低，散热性差，其使用寿命较短（只能用3～5天）。现在普通型钢丝圈升级用90#或T9A钢材制造，使用寿命有所延长，中等档次钢丝圈选用国内生产的80WV合金钢制造，使用寿命可延长到7～10天，而生产高性能钢丝圈，目前国内钢材尚达不到质量要求，一般选择进口的高碳优质合金材料，其钢丝圈使用寿命可达到15天左右，如重庆金猫公司生产的蓝宝石（BS）与黄晶（TP）钢丝圈，其使用寿命为15～20天。

2.2加工设备升级

（1）钢领加工设备，过去生产普通钢领钢板冲压用普通冲床，粗加工为普通车床，精加工用高精度车床，碳氮共渗用热处理电炉，抛光处理用水抛光机，经抛光处理后的钢领，有的直接油封包装销售，有的再经电镀或其他表面处理提高其耐磨性和防锈性能。目前生产高精度钢领，采用专用的钢管下料机，高精度数控车床，高级热处理淬火和回火一体化电炉，高精度数控平面研磨机，高精度内外圈跑道数控磨床，高精度抛光机及特殊表面处理设备等。通过高精度设备生产的钢领其圆度、平行度、平面度等尺寸偏差均可达到0.01mm以内，表面粗糙度控制在Ra0.64以内，已达到了国外优质钢领的尺寸精度和表面粗糙度水平。

（2）钢丝圈的加工设备，钢丝圈零件虽小，但制造工序多，生产周期长，所需设备也多，包括拉丝机、压扁机、拉片机、成形机、热处理淬火机和回火电炉，球化退火井式电炉，抛光机及电镀生产线及包装机等设备。随着科学技术的进步，目前国内钢丝圈制造企业，除了成形机改造较少外，对片材热处理，抛光及表面处理等工序的加工设备均进行了改造和流程再造，淘汰落后高耗能加工设备，选用了节能减排的高技术加工设备。如片材制造由过去的多步法改为一步法生产，降低了生产环节的质量隐患。热处理选用罩式电炉实施球化退火新工艺，使片材退火金相组织颗粒大小、硬度极差、表面光亮度等指标得到较好控制。钢丝圈成型后的热处理设备，有的企业已用进口的淬火与回火一体化设备，处理温度差异能控制在5℃以内，保证了钢丝圈金相组织和硬度的一致性、稳定性和可兼性，满足了纺纱过程中纱线对钢丝圈机械性能（耐磨性、散热性等）的要求。

2.3表面处理技术的改进

（1）钢领，目前钢领表面处理除普通抛光处理与电镀处理外，增加了SP涂覆处理，HD是黑氮处理，FH复合表面处理等方法，其中HD黑氮处理与PH复合表面处理是目前国内最先进的两种表面处理方法，其主要特点是经处理后的钢领上机几乎无走熟期，不需要低速过度，可以直接根据工艺要求设定的速度，其使用周期可以达到3～5年。

（2）钢丝圈，以前主要有普通抛光与电镀处理两种方法，目前除上述两种处理方法外，也增加了SP涂覆处理，NT纳米技术处理，BS（蓝宝石）表面处理与TP（黄晶）复合表面处理技术。不同的表面处理方式，使钢丝圈具有对不同纤维的适应性和不同的纺纱特性，特别是用蓝宝石（BS）表面处理与黄晶（TP）复合表面处理技术，是目前国内外钢丝圈生产最先进的处理方法，可应用于中高端纺纱企业在紧密纺和高速环锭纺细纱机使用。

2.4高性能钢领和优质钢丝圈的质量升级目标

由于钢领钢丝圈制造技术的进步与产品质量的提升，使国内制造的钢领钢丝圈已从常规普通型向中高档次及高性能钢领钢丝圈生产发展，尤其是对高精度（又称高性能）钢领钢丝圈制定了替代国外同类产品的质量升级目标。

（1）高性能钢领质量升级目标

①圆度、平面度、平行度控制在0.01mm以内；

②硬度达到HRA83以上，硬度偏差控制在1.0HRA以内；

③钢领使用寿命达到5年以上；

④上机几乎无走熟期；

⑤能满足高速、高支纱及各种纤维的纺纱要求。

（2）优质钢丝圈质量升级目标

①单只质量偏差控制在1.5%以内；

②几何尺寸控制在0.01mm以内；

③硬度偏差控制在30HV0.2以内；

④单只使用寿命达到15～20天；

⑤上机几乎无走熟期；

⑥能满足高速、高支纱及各种纤维的纺纱要求。

从以上提出的对高性能钢领钢丝圈的质量升级要求，充分说明纺纱企业从使用普通钢领钢丝圈，提升为使用高性能钢领钢丝圈不是一个量的变化而是一个质的飞跃。钢领钢丝圈在纺织器材中不再是一个简单的低值易耗品，而是一个实实在在的具有高技术含量的高科技产品。尤其是钢丝圈，是所有机械产品中唯一既有严格要求的几何尺寸，精度和形位公差，又严格要求每只重量必须一致的产品，可见其制造难度之大与技术含量之高。

3钢领钢丝圈使用中相关技术的探析

钢领钢丝圈的使用技术与纺纱关系十分密切，据相关资料介绍：钢领和钢丝圈造成的成纱毛羽占30%～40%，对纺纱断头的影响占20%以上，钢丝圈线速度是决定纺纱产量的关键因素。钢领钢丝圈的质量固然重要，但如何使用好更重要。往往由于使用不当，不能充分发挥其在纺纱中作用，尤其是在当前高速生产条件下由于使用不合理，经常会造成纺纱断头增加，毛羽上升成纱质量下降，并导致钢领钢丝圈磨损加剧，寿命缩短，制约纺纱生产效率的发挥和企业效益的提高。因此如何科学合理使用好钢领钢丝圈有许多技术与管理问题需作探析。根据浙江省春江轻纺集团、宏扬控股集团及国内重点纺纱企业多年使用实践，要重点把握以下几方面关键技术。

3.1选用钢领钢丝圈必须具备的条件

目前国内纺纱企业使用的钢领钢丝圈品种规格多，钢领有平面钢领、锥面钢领及亚光钢领等，钢丝圈有多种规格型号如PG1、PG2、PG1/2，并有许多进口钢领与钢丝圈型号在企业使用。但总的要求是：钢领钢丝圈在高速运转时耐磨性要好、使用寿命要长，并能降低纺纱时断头，减少纱线毛羽。

（1）钢领的选用。截面几何形状应符合钢丝圈高速运行要求；钢丝圈在钢领上的跑道，特别是内跑道要有较高硬度和耐磨性能，以确保钢领较长的使用寿命和较短的走熟期；钢领和钢丝圈接触摩擦系数要小，以利于控制纺纱张力和气圈形态，并要保持纱线通道畅通。

（2）钢丝圈的选用。必须满足以下纺纱工艺要求：钢丝圈的几何形状与钢领跑道截面的几何形状应正确配合；钢丝圈与钢领应有足够的接触面，以减少接触压强和磨损，保持良好的散热性能；钢丝圈的硬度要适中，比钢领略低，并富有弹性不变形；要进行适当的表面处理以稳定钢丝圈与钢领的摩擦，延长两者使用寿命。目前国产钢丝圈使用寿命不如国外瑞士布雷克、日本金井、德国R+F与印度拉丝美等钢丝圈，主要是这些钢丝圈在热处理与表面处理技术上比国内钢丝圈占有明显优势。

3.2要合理选配好钢领钢丝圈

钢领钢丝圈使用材质不同、制造精度不同，其使用范围应该有区分。正如我国目前的高速列车在高铁轨道上行驶一样，如将高速列车在原来普通铁路上行驶，不但开不了高速，其致有列车出轨的危险。同样如果将原来普通机车在高铁轨道上行驶，肯定也达不到高速的目的。钢丝圈好比列车；钢领就是列车运行轨道，两者必须相匹配，才能发挥最大效能。

（1）钢领。早在10年前我国紧密纺纱技术起步阶段，由于当时国内没有能与紧密纺纱配套的优质钢领钢丝圈，企业用高价从国外购买如瑞士布雷克公司生产的钢领钢丝圈来配套。目前随着国内钢领钢丝圈制造技术进步，国内不少制造企业已能生产多种含金钢与轴承钢为材质的钢领及蓝宝石等钢丝圈，其性能与瑞士进口布雷克钢领钢丝圈接近，已可取代进口产品具有良好性价比。

从目前国内已批量生产的钢领品种分析，主要有：20号碳素钢的普通钢领，20GrmTi合金钢钢领，GCr15轴承钢钢领与GCr15精密轴承钢钢领以及锥面钢领与亚光钢领等品种。其中20号碳素钢制造的钢领，虽其价格低，但由于其材质耐磨性差，使用寿命短（6～12个月），使用6个月后纱线毛羽逐步增多，故目前除在少数低档次纱线生产中仍有使用外，多数已被合金钢或轴承钢钢领取代。合金钢钢领使用寿命可达2～3年，目前在中档次纯棉纱与混纺纱中使用较多。轴承钢与精密轴承钢钢领由于其制造精度高，表面硬度高、且硬度一致性好，故耐磨性好，使用寿命可达到5年以上。可适用于纺高支纱（60S以上）高速纺纱（锭速1.7万r/min以上）及紧密纺等高品质纱线生产。轴承钢领虽价格较高（7～8元/只）是普通钢领的3～4倍，但由于使用寿命延长，从单锭年生产量的成本分析反而低于用普通钢领。故用优质轴承钢钢领来取代普通钢领是方向。至于锥面钢领与亚光钢领目前使用面尚较少，但各有一定优点，亚光钢领具有走熟期短，开始使用就被钢丝圈进入稳定期，具有纺纱张力低、细纱断头少的优点。锥面钢领与平面钢领不同的是截面的几何形状改变。平面钢领的钢领跑道是由3段圆弧组成，而锥面钢领的内跑道则是一条曲率半径较大的曲线，与之相配套的钢丝圈与钢领的接触面积是平面钢领的3倍左右。接触面积增大带来钢丝圈升温低，不易烧毁，有利于高速，特别适宜纺化纤纱。纺纱张力平稳有利于细纱断头降低和毛羽减少，使钢丝使用周期延长，消耗降低。锥面钢领在国外早已批量生产，国内制造企业正在积极扩大生产，使用面将会逐步扩大。

（2）钢丝圈。是环锭细纱机卷捻机构中最小的器材，又是细纱机消耗最最大的一个器材。实践证明：正确选配和使用好钢丝圈是使用好钢领的重要条件。钢丝圈与钢领的优化配置应符合以下要求：钢丝圈上车容易、装嵌方便、飞圈少、走熟期短、细纱断头稳定；拎头要爽快，特别是小纱时拎头不应过重，且接头容易，还应防止纱线与钢丝圈摩擦断头；高速运转时抗楔性能好，纱线通道畅通、气圈稳定、不出现气圈张力过大过小的抖动现象；钢丝圈轻重的选用要符合下列原则：纺纱支数越高，钢丝圈要越轻；钢领直径小锭子转速快，钢丝圈宜稍轻；新钢领上车钢丝圈宜减轻，待钢领走熟后，根据气圈状态及大、中、小纱的断头分布情况适当加重钢丝圈。总之在纺纱过程中要求气圈高度不少于70mm，气圈直径最小不碰纱管头，最大不碰隔纱板。

3.3钢领与钢丝圈配合使用要处理好以下关系

（1）钢领直径与锭子速度关系。钢领直径有38、40、42mm多种规格，目前纺细支纱一般用38mm，中支纱用40mm，粗支纱用42mm钢领。钢领直径大管纱容量大，可减少落纱次数，降低工人劳动强度。但钢领直径增大，在钢丝圈一定线速度下，必然要降低锭子速度，影响生产效率。当前随着细纱集体落纱或小机落纱的推广应用，使工人劳动强度大大减轻，落纱次数多少已不是重点。故从有利于提高锭子速度考量，钢领直径宜小不宜大。

（2）钢领钢丝圈使用周期与成纱质量关系。钢领钢丝圈配套使用也有它的生命周期，分磨合期、稳定期和衰退期3个阶段。每种钢领与钢丝圈3个阶段时间是有长短的，尤其是到了衰退期，钢领跑道磨损起漕与钢丝圈磨擦加剧，如不及时更换，会严重影响成纱质量。故要根据使用钢领钢丝圈类别不同，制订使用与更换周期，防止“超期服役”影响成纱质量。目前国产轴承钢钢领使用周期最长为5年，合金钢钢领为2～3年，普通钢领使用期不宜超过1年。在紧密纺或麻类纤维上使用，调换周期要适当缩短。钢丝圈一般使用期5～7天，用进口钢丝圈与蓝宝石钢丝圈其使用周期可延长到15天左右。

（3）细纱断头与锭子速度关系。目前为降低工人劳动强度扩大看台能力，纺纱企业对控制细纱断头十分重视。浙江春江轻纺集团与宏扬集团及国内先进企业都要求千锭时断头率控制在10根左右甚致更少。影响细纱断头因素很多，从卷绕部分分析主要是细纱机的机械状态与钢领钢丝圈运动情况。尤其是20世纪80年代生产的A系列细纱机，因制造精度低、卷绕部件的“三同心”配合差，（即钢领、锭子、导纱钩同一中心）如钢领不在锭子中心运转，就会增加纺纱断头，故用A系列细纱机锭子不适宜高速，控制在1.5万r/min左右。目前春江轻纺集团与宏扬集团纺Ne40ST/R与T/C纱时，锭子速度均达到1.75万r/min、千锭时断头都在10根以下，主要是采用了高精度的智能化细纱机，并配套使用国内外轴承钢钢领与蓝宝石钢丝圈等先进技术。故既要提高锭子速度又要降低细纱断头率，必须要使卷绕部件“三同心”及配套使用高精度的钢领钢丝圈等措施。

（4）纺纱品种与配套使用钢领钢丝圈关系。目前国内纺纱企业生产的纱线品种繁多，但从大类分，有纯棉纱线、化纤及其混纺纱线、及用紧密纺或紧密赛络纺技术生产纱线等，其配套使用的钢领钢丝圈也应有所区分。

①紧密纺与紧密赛络纺纱线是一种毛羽最少的纱线，由于毛羽少，紧密纺纱进入到钢领与钢丝圈润滑区域的纤维量明显减少，在钢丝圈运行瞬间，紧密纺纱不能为钢领提供足够的纤维进行润滑，这直接会导致断头增加，因此国内多数紧密纺纱生产企业为降低断头、减少毛羽，目前都采用进口瑞士布雷克与德国Turbo钢领及国内生产的高精度轴承钢钢领。因为这几种钢领在制造中都进行了表面处理技术，使钢领的表面呈现出一种类似蛇皮般的效果，使钢领在紧密纺纱生产中能把所有可以利用的纤维润滑充分利用起来，确保钢丝圈无障碍运行，使纺纱断头明显减少，生产效率提高。

②化学纤维有纤维素纤维与合成纤维两种，其同共特点是纤维长度长整齐度好，但多数化纤回潮率较低，在生产中易产生静电，同时化纤加工时都加上一定油剂，故在化纤纱生产时选用的钢领钢丝圈，除一般几何形状外，还要求：一要有优良的抗静电及抗静电积聚能力，在相对湿度较低时对静电有良好散逸功能；二要有较好的耐磨性及耐油剂抗污性，对残留硫、油剂等有较好的化学稳定性；三要有宽畅的纱线通道与较大的钢领与钢丝圈接触面，以降低相互摩擦、增加散热、减少熔融。

③纯棉纱线要按支数粗细来选用钢领钢丝圈。如浙江春江轻纺集团纺纯棉纱时，中粗支数用PG1型自润滑合金钢领，细支纱（40S以上）用PG1/2钢领（边宽仅2.6mm）适用高速纺纱，配套采用相应钢丝圈后运转性能稳定细纱断头率少。

④关于钢丝圈的配置，纺同种纱支，用长绒棉比普通配棉钢丝圈要重1～2号，纺精梳纱比普通纱钢圈可重1号。纺化纤纱可根据其含量比的不同比纯棉纱重2～4号，纺毛纱要比纺棉纱轻2号左右，遵循以上原则可获得良好的纺纱效果。

（5）生产车间温湿度变化对钢丝圈配置有很大影响。夏季车间温度高湿度大，钢领钢丝圈在运转时摩擦力较大，故钢丝圈上机时应轻些，并适当缩短调换周期，冬季则车间空气干燥湿度较低，故可用稍重些钢丝圈，以控制成纱毛羽。春秋季是纺纱黄金季节，温湿度适中，钢丝圈运行平稳对提高成纱质量有利。

（6）要合理使用钢丝圈清洁器和气圈控制环，降低纺纱断头稳定纺纱张力。钢丝圈清洁器是预防钢丝圈嵌花的辅助工具，使用时与钢领的间距要适当，过小易使钢丝圈运转受阻增加断头，过大则清除效果不显著。气圈控制环在国外细纱机上已普遍使用，国内在进口细纱机及带自动落纱的长机上也已普遍使用气圈控制环，由于纺纱张力得到控制，有利于降低纺纱断头与提高锭子速度，应在常规细纱机上扩大应用面。

4结语

（1）钢领钢丝圈是环锭细纱机卷绕系统的关键部件。其制造的质量优劣及配套技术是否合理，会直接影响成纱量，纺纱效率及企业经济效益，因此纺纱企业要十分重视钢领钢丝圈的配套与合理使用。（2）国产钢领钢丝圈的制造技术近十年来有明显进步，不但品种增加，且制造质量有很大提高，与进口产品差距正在缩小，已是国内纺纱企业使用的主导产品，具有较高性价比。（3）要根据纺纱品种不同，使用原料不同，来合理选配钢领钢丝圈，使其充分发挥在提高纱线质量与效率上作用。

参考文献

[1]张相生，裴晓霞.浅谈钢领选型对细纱毛羽、细纱产量及成本的影响[J].纺织器材，2009（1）：36-37.

[2]王正林.高速条件下钢领钢丝圈应用及注意事项[J].纺织器材，2010（5）：33-35.

[3]郭桂芳.浅谈钢领的使用及其发展[J].纺织器材，2009（2）：20-30.

[4]陈玉峰.赛络纺纱钢领钢丝圈的选配实践[J].纺织器材，2010（6）：27-29.

[5]周群娣，陈德华，邹小祥.纤维素纤维纺纱中钢领钢丝圈的选配[J].纺织器材，2011（1）：24-26.

作者单位：章友鹤、赵连英、陈璟，浙江省新型纺织品研发重点实验室；付祥法、孙军达、孙斌，浙江春江轻纺集团有限责任公司。