涤纶短纤维切断刀的发展现状.doc

涤纶短纤维切断刀的发展现状徐二锋 原一高 朱世根(东华大学机械工程学院，上海200051)摘要：从涤纶短纤维切断刀的材质和制造工艺两方面分析了切断刀的发展理状：YS2硬质合金切断刀替代了Cr12MoV材质的切断刀，采用表面处理或激光熔覆技术可降低切断刀的成本。指出切断月的发展趋势是改进其材质和制造工艺：采用硬质合金材料可有效提高切断刀的使用寿命，进一步降低切断刀变形，刃口缺陷等。美键词：聚对苯二甲酸乙二酯纤维 切断刀 材料 性能 现状中圈分类号：TQ340.53 文献识别码；A 文章编号：100l-0041(2006)01-0056-03 切断是加工涤纶短纤维不可缺少的一道工序。经过拉伸、卷曲和热定型处理后的连续丝束，需由切断机切割成规定长度的短纤维，以便和棉、毛等天然纤维或其他品种的化学纤维混纺。切断刀是切断机上的关键零件，对纤维的切断质量和效率有着关键性的影响。为保证短纤维的切口齐整，无熔融粘连现象，要求切断刀有较高的锋利度。为减少停机(换刀)次数，提高生产效率，要求切断刀有较长的使用寿命。而且，随着细旦纤维、超细旦纤维和高强高模纤维等新型化学纤维的不断开发投产，以及化纤生产向大型化、高速化、自动化方向发展，对化纤切断刀的要求也越来越高。因此提高切断刀的使用寿命、降低其生产成本的研究工作在化纤行业具有实际的应用意义。1 切断刀材质的发展 切断刀材料对于切断刀的使用寿命(刀片使用的总时间)和耐用度(刃磨一次的切割时间)有很大的影响。表1为加工涤纶半消光短纤维不同材料切断刀的耐用度1。 国内早期使用的切断刀材料为Cr12MoV，是一种常用的模具钢，硬度为HRC(5255)。切割3.40 x 105dex的涤纶半消光短纤维时，一个生产班次需进行多次刃磨，劳动强度大、生产效率低，而且频繁换刀还造成了纤维切割质量的不稳定，因此现在已基本被淘汰。 与Cr12MoV相比，高钒高速钢组织中存在高度弥散、稳定的VC硬质点。弥散强化提高了基体的硬度，稳定的VC硬质点大大提高了材料的耐磨性。在高钒高速钢中加入硅和铝可提高钢的硬度和耐磨性；加入铌可与碳强烈形成弥散细小的碳化铌，能有效阻止晶粒长大。用W6Mo5Cr4V5SiNbA和W4Mo7Cr4V4SiNbAl材料制成的切断刀，相同条件下，刃磨一次可以工作1624 h，平均磨刀一次的切割时间和切丝量均为Cr12MoV切断刀的1012倍2。 含钴的超硬高速钢M42(W2Mo9Cr4VCo8)属钼系超硬高速钢，具有高的硬度，最高可达HRC6970由于含钒量少，磨削性能好，刀刃可以磨得很锋利。Co5Si(W12Mo3Cr4V3Co5Si)是低钴超硬高速钢，与M42钢比较，可节约66.6Mo和37.5Co，常温硬度(最高可达HRC6970)和耐磨性都很好，加工3.20 x105 dtex的涤纶半消光纤维，刃磨一次可以工作24 h，M42钢可用8 h，而Cr12MoV仅能够切割2 h。由于钴是稀缺贵重金属，因而这些含钴超硬高速钢的价格较高。 用亚细晶粒硬质合金YG20制成的切断刀，切割7.35l05 dtex的涤纶半消光纤维，刃磨一次可以连续使用10 h。为节约钴资源，天津硬质合金研究所研制了WC-20(Fe-Co-Ni)的YF20钢结硬质合金，这种硬质合金的物理力学性能接近YG20亚细晶粒硬质合金水平。用YF20钢结硬质合金替代YG20亚细晶粒硬质合金制造涤纶切断刀，切断刀使用寿命与YG20硬质合金切断刀相当3，但该切断刀的制造工艺复杂，成品率相对较低。 目前，大型化纤企业应用最广泛的切断刀是YS2超细晶粒硬质合金切断刀。这种硬质合金的WC粒度一般小于1m，大部分在0.5m以下，是一种高硬度、高强度兼备的刀具材料，常用于耐热合金、热喷涂材料的加工和制造精密刀具2。由于晶粒细小，用金刚石砂轮仔细磨削后，刀具刃口半径可达3m,可以磨出非常锋利的刃口，使用效果很好。切割1.50l06 dtex涤纶半消光纤维，刃磨一次平均使用时间可达72 h，而且可以重磨45次。但该切断刀的材料成本很高，加工难度大，因而刀片价格昂贵，且有断刀现象发生。 针对YS2超细硬质合金脆性大，切割纤维时切断刀容易断裂的缺点，周狮钜等4以WC-Cr3C2粉末为原料，采用低温快速加热烧结技术通过增加超细硬质合金中Co的含量(合金中Co的质量分数由11增加到13)，研制了一种硬度与YS2超细硬质合金相当，但强度、韧性更高的YS4超细硬质合金材料。用这种高钴超细硬质合金制造的切断刀可以减少化纤切断过程中切断刀的断刀现象，从而延长切断刀的使用寿命。但由于含Co量增大，这种超细硬质合金制成的切断刀价格更高。2 切断刀的改进制造工艺 为了保证使用寿命，降低切断刀的生产成本，提高切断刀的性价比，国内外许多学者在切断刀的制造工艺方面进行了有益的探索。将钴基耐磨合金堆焊在1Cr18Ni9Ti不锈钢材料上，制成复合式切断刀5。但由于堆焊后刀片变形较大，成品率不高。将YS2超细硬质合金用现代化学粘接技术粘结于碳素钢刀体上，经金刚石砂轮磨削制成接合式切断刀6。这种接合式切断刀既有超细硬质合金切断刀耐用度高的优点，叉可以降低切断刀材料的成本。但由于粘结强度问题，影响了这种切断刀似乎仍需时日。 采用专业设备，用质量分数为16的铬不锈钢带，经高速磨削制成成本较低的化纤切断刀。刃口通过物理气相沉积(PVD)技术沉积35m的TiN、TiC或TiCN高耐磨性涂层。该切断刀存在的问题是经表面强化处理后，刀片刃口的锋利性能严重下降，切割中易造成纤维切口粘连，无法正常生产。用45钢和65Mn钢作切断刀的基体材料，在切断刀刃口部位通过激光熔覆技术熔覆一层Co-WC粉，制成低成本的化纤切断刀7。结果表明，采用激光熔覆Co-WC粉的方法可以使切断刀的刃口达到很高的硬度(HVl658)。但由于处理后熔覆层中存在着无法消除的气孔缺陷，磨削后切断刀刃口上存在缺口，达不到切断刀的质量要求。 近年来，东华大学在提高切断刀的使用寿命、降低生产成本的研究方面取得了一定的进展。所研制的新型切断刀，其刃口硬度高于硬质合金切断刀，耐磨性高于高速钢切断刀。模拟试验及实际生产验证表明，这种切断刀的耐用度远高于超细硬质合金切断刀(单次刃磨使用的时间超过YS2超细晶粒硬质合金切断刀)，有望于在实际生产中得到广泛的推广应用。3 结语 在改进刀具材质方面，采用硬质合金材料可有效地提高切断刀的使用寿命，但由于应用了稀缺资源W、Co而大大增加了切断刀的制造成本；而在改进制造工艺方面，诸如切断刀变形、锋利性能下降以及刃口缺陷等问题，而还有待于进一步的研究。 随着生产的不断增加，行业内的竞争日益加剧，尤其是我国加入WTO后，国外低价格的化纤产品将大量涌人国内市场，降低产品的生产成本成为事关我国化纤企业生存和发展的关键问题8。作为涤纶短纤维生产中损耗量很大的零件，切断刀的性能和成本对降低涤纶短纤维的加工费用，提高企业在市场经济条件下的生存能力以及产品在国际市场上的竞争力有一定的影响。同时随着先进技术的发展，切断刀的材质或者制造工艺还有可能进行改进，目标是提高切断刀的性能和降低生产成本。 参考文献1 高丽声，张瑞智，李德深等.化纤设备M.北京：纺织工业出版社，1996.2122 肖诗纲.刀具材料及其合理选择M.北京：机械工业出版社，1994.65.753 王尚志，汪文斋，石梳卉等.涤纶切断刀用WC20(Fe-Co-Ni)硬质合金研究J.稀有金属与有色合金，l999，136(3)：14164 周狮钜.硬质合金化纤切断刀的研制J.硬质合金1996，13(3):1561595 黄家玉，张瑞志，黄如揆等