应用新技术制造自动络筒机超塑合金槽筒

王国兴，吕　毅

(中纺机电研究所,北京　100025)



应用新技术制造自动络筒机超塑合金槽筒

王国兴，吕毅

(中纺机电研究所,北京100025)

摘要：为降低自动络筒机用槽筒成本，实现国产化，详细介绍了自动络筒机超塑合金槽筒应用的多项新技术——超塑成型技术、气胀成形工艺加工槽筒筒体，筒体、端盖与芯管激光焊接一体，槽筒内腔浇注高强度复合材料，以及高精度车削加工、砂带磨削技术、旋流式研磨精饰技术及异体材料电镀技术等。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，质量可靠，从生产上实现了国产化的突破。

关键词：自动络筒机；槽筒；筒体；槽型；沟槽；超塑成型；合金；气胀成形

0引言

自动络筒机是纺织企业实现产业升级的关键设备，国内外络筒机制造企业不断推出产量更高、质量更优、价格更低的新一代产品以满足纺织行业高产、高质、节能、节约用工的需要。自动络筒机市场正在蓬勃发展，而自动络筒机关键部件——槽筒，长期以来全部依赖进口，严重制约了国产自动络筒机的发展，也给较早使用自动络筒机的纺织企业更换槽筒带来困难。

中纺机电研究所与北京超塑新技术有限公司进行产研合作，充分发挥各自的技术优势，采用新材料、新工艺，应用多项现代加工技术，开展高质量、高可靠性的自动络筒机超塑合金槽筒研制。其生产的自动络筒机槽筒能够替代进口，填补国内产品空白，促进了纺织行业高端设备的国产化进程，降低了国产自动络筒机制造成本，为广大纺织企业更换槽筒提供方便。

该项科研成果于2013年12月通过中国纺织工业联合会技术鉴定，与会专家一致认为自动络筒机超塑合金槽筒制造工艺先进、技术创新。拥有3个创新点：① 采用超塑成型技术、气胀成形工艺加工槽筒筒体，槽筒槽型精度高、一致性强，导纱性能优越；② 槽筒筒体、端盖和芯管采用激光焊接成一体，其结构合理、便于加工多种结构变化的槽筒；③ 槽筒内腔浇注高强度复合材料，增强槽筒筒体与芯管结合强度，保证了槽筒的刚性和强度，提高了槽筒的整体性能。该槽筒制造技术国内领先，达到国际同类产品水平，为实现自动络筒机槽筒国产化目标奠定了基础。

1采用超塑性成型技术、气胀成形工艺制造筒体

自动络筒机槽筒槽型直接关系导纱性能，其沟槽宽窄、深浅精度要求极高，是制造槽筒的难点。为此，我们采用超塑性成型技术、气胀成形工艺，解决了复杂槽筒沟槽的精确成形，这项技术获得了国家发明专利，也得到了超塑学术界的高度评价。

超塑性是指材料在一定的内、外部条件下，呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能现象。超塑性具有大延伸、无缩颈、小应力、易成型的显著特点[1]。超塑成型技术利用金属材料在超塑性状态下具有异常高的塑性和低变形抗力，采用气胀成形工艺将金属像塑料一样吹塑成形，具有极好的贴膜性，成形精度极高，使得形状极为复杂的槽筒沟槽加工变得简单易行。

槽筒所选材料为ZnAl5超塑合金，通过反挤工艺制作成直径为55 mm、壁厚为7 mm的筒坯；筒坯在常温下具有优良的机械性能。对筒坯材料进行超塑，其超塑性指标和常温下机械性能指标对比见表1。

表1筒坯材料超塑性指标和常温下机械性能指标对比

如图1所示，将具有超塑性能的反挤筒坯放入高精度模具中，压紧封头造成密闭空间；在超塑成形温度下，按照一定的压力—时间曲线输入高压气体，就会获得高精度的筒体毛坯。该筒体毛坯槽型准确、表面光洁，一致性极好，保证了槽筒的导纱性能。

2筒体、端盖和芯管一体结构

为满足自动络筒机用不同类型槽筒的高强度、高可靠性要求，我们采用了筒体、端盖和铝合金芯管三合一体的结构。该结构形式已获实用新型专利，并用于多种形式自动络筒机槽筒制造中。芯管最小壁厚为3 mm，可加工锥孔、轴承孔，与端盖、筒体进行激光焊接；同时，采用复合材料填充在芯管和筒体间，增强筒体与芯管连接强度，增强槽筒的强度、刚度，满足自动络筒机高速的要求。利用三体合一结构形式制成的四种型号槽筒，其适用机型和特征见表2。

表2三体合一结构超塑合金槽筒型号及特征

3填充新型复合材料

筒体是薄壳零件，为满足自动络筒机高速运转和承受大直径筒纱要求，除采用激光焊接筒体、端盖、芯管为一体外，还增加了复合材料填充工艺，并对复合材料浇注位置、浇注速度、温度、排气进行反复试验，确定了最佳方案。

筒体用复合材料填充后，增强了其与芯管的结合强度，保证了刚性和强度，提高了槽筒整体性能。复合材料固化后机械性能见表3。

表3复合材料固化后机械性能

4应用新技术确保槽筒制造精度

4.1采用激光焊接异性材料

激光焊接，是利用高能量密度的激光束作为热源的一种高效精密焊接方法。我们选用大族公司制造的W200B型激光焊接机焊接端盖与芯管。

W200B型激光焊接机采用Nd3+:YAG固体激光器，脉冲激光经过扩束、反射、聚焦后打在所要焊接的物体上；在计算机系统控制下移动数控工作台，从而完成焊接。焊接时所需要脉冲激光的频率、脉宽、工作台速度、移动方向等由计算机来控制，通过对以上激光参数的不同设定，可调节控制脉冲激光的能量。

筒体为锌基合金，端盖和芯管为铝基合金，采用激光焊接将其连接为一体时，无需添加焊料，既保证了良好的焊接强度，又减少了焊接变形；同时，由于焊接热影响区较小，防止了焊接过程中材料的开裂和塌边，且无气孔；焊缝平整、美观，焊后无需处理。

4.2打磨光整槽筒沟槽

为提高槽筒沟槽精度，我们设计了专用光整设备，选用不同粒度的砂带、砂盘、尼龙轮磨光沟槽。除此外，我们还应用新型砂带磨削技术打磨光整沟槽，使其表面粗糙度Ra值不大于 0.4 μm；选用旋流式研磨机进行精饰，进一步确保槽筒表面精度达标。

4.3设计芯管、槽筒外圆专用夹具

设计高精度数控车床精车芯管、槽筒外圆的专用夹具，找出影响槽筒径跳的主要因素并予以解决，确定了数控车床槽筒车削工艺，保证了槽筒整体加工精度，其外圆相对锥孔径跳误差不大于0.03 mm。

4.4动平衡修正

选择高速动平衡机对槽筒进行动平衡修正，使其不平衡量不大于8 (g·mm)。

5槽筒表面处理

槽筒表面电镀硬铬，镀层厚度约为20 μm，使槽筒表面硬度不低于900 HV，可使其比一般槽筒更耐纱线磨损，以提高其使用寿命。

6结语

我所制造的自动络筒机用槽筒采用多项新技术、新工艺，形成稳定的生产线；除建立健全工艺文件和企业标准外，还利用自有纺织机械质量检测中心的装备优势和技术优势，制定了槽筒检测规范，以确保其质量的可靠性。

槽筒检测的主要技术指标有：① 尺寸及精度要求，如槽筒外圆对芯轴锥孔同轴度公差为0.03 mm；② 运转速度为7 kr/min时，满足筒纱成形质量要求；③ 表面粗糙度Ra值不大于0.8 μm；④ 表面硬度不低于900 HV。

我所自动络筒机用槽筒的成功研发，是科研院所走产学研用相结合的道路，实施科技创新，采用新技术、新材料、新工艺，把科研成果转化为生产力的重要成果，实现了完全国产化自动络筒机的技术突破；新型超塑合金槽筒制造精度高、质量可靠，为主机厂设备配套、纺织厂更换创造了条件，其市场前景广阔。

参考文献：

[1] 何景素，王燕文.金属的超塑性[M].北京：科学出版社，1990：1-15.

[2] GB/T 1041—2008，塑料压缩性能的测定[S].

[3] GB/T 1040.1—2006，塑料拉伸性能的测定第1部分：总则[S].

[4] GB/T 2567—2008，树脂浇铸体性能测试[S].

[5] GB/T 2571—1995，树脂浇铸体冲击试验方法[S].

[6] GB/T 4341—2001，金属肖氏硬度试验方法[S].

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

作者简介：王国兴(1962—)，男，山东招远人，高级工程师，主要从事纺织机械设计与制造方面的研究。

中图分类号：TS103.82+7

文献标志码：B

文章编号：1001-9634(2016)02-0021-03

网络出版时间：2015-10-27 18∶34

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