新型起皺刮刀的研究

2016-10-17 08:09:14徐國軍北京華恩表面工程技術有限公司

生活用紙 2016年8期

徐國軍　周　靜　　北京華恩表面工程技術有限公司

新型起皺刮刀的研究

徐國軍周靜北京華恩表面工程技術有限公司

起皺刮刀是生活用紙生產中的關鍵消耗部件，對產品質量和生產效率有直接影響。目前廣泛應用的鋼制起皺刮刀存在明顯的不足。本文提出一種新型恒壓合金起皺刮刀的設計并進行了試用驗證，具有明顯的技術先進性和經濟性，是替代鋼制起皺刮刀的理想技術。

恒壓起皺刀研究

1　綜述

起皺刮刀作為生活用紙生產中關鍵的消耗部件，對產品質量和生產效率起著重要作用。起皺刮刀的作用是將紙頁從烘缸表面剝離，同時對接觸的紙面施加適當壓力使紙頁表面形成皺紋狀結構。起皺刮刀應具有良好的耐磨性、刃口銳度適宜、刀體具有一定彈性、輪廓形狀符合起皺技術要求。

目前生活用紙行業使用的起皺刮刀主要有鋼制和合金/陶瓷兩大類。

國內企業主要使用的是鋼制刮刀，比例超過95%。這種刮刀一般由淬火鋼材制成，有較好的耐磨性和柔韌性。少數企業開始使用合金/陶瓷起皺刮刀。合金與陶瓷是兩類涂層材料，刮刀結構是相同的。合金/陶瓷涂層起皺刮刀是在鋼制基體（刀體）上，利用表面工程技術（包括但不限于激光熔覆、電鍍、噴涂技術）形成一層致密的耐磨涂層，以增加刮刀的耐磨性和抗沖擊性。其工作原理與鋼制刮刀相同，結構如圖1所示，陰影部分為合金或陶瓷涂層。

圖1　合金/陶瓷起皺刮刀結構示意圖

與鋼制起皺刮刀相比，合金/陶瓷起皺刮刀具有明顯的技術先進性和經濟性，是替代鋼制起皺刮刀的理想技術。因為涂層的耐磨性遠高于鋼材，所以使用合金/陶瓷刮刀可延長刮刀使用壽命、提升產品質量、提高生產效率、降低生產成本。

恒壓式合金/陶瓷起皺刮刀，則是在普通合金/陶瓷刮刀基礎上的創新型改進，更鍥合起皺工藝的基本原理。

2　鋼制起皺刮刀的局限性

鋼制起皺刮刀在實際使用中存在明顯的不足。主要表現在使用壽命短、起皺質量不穩定兩個方面。

2.1 使用壽命短，需頻繁更換刮刀

鋼刀壽命短的原因是其耐磨性不強。普通鋼制起皺刮刀的壽命T一般在2～4h，其失效過程可用圖2表示。

圖2　鋼制刮刀的失效過程

鋼刀剛開始工作，與烘缸的接觸情況類似于線性接觸，此時紙頁起皺質量較好。隨著時間的推移，刮刀的工作刃口會產生變化，與烘缸貼近的刮刀工作部位由接近線性狀態而很快被磨損成帶狀形態。同時，頂端因紙張沖擊與刮擦而開始出現沿刮刀長度方向的沖擊紋和垂直方向的非均勻磨損凹痕。上述現象會隨著時間的延長逐步積累，紙頁的起皺情況和物理性能也會隨之漸變。工作T時間后，刮刀與烘缸的接觸面寬度不斷增加，刮刀頂端紙幅沖擊形成的磨損逐漸加重，導致皺紋結構達不到質量標準要求，刮刀失效下機。

頻繁更換刮刀必然會縮短有效生產時間，降低生產效率。

2.2皺紋不穩定，產品質量難以提升

鋼制刮刀從開始使用到失效下機過程較短，期間刮刀刃口兩側幾何形狀變化較快。貼缸側會由線性接觸狀態很快轉化為面接觸，且面寬變化很快，刮刀頂端橫幅沖擊很快形成不規則凹痕，與此相伴的是皺紋粗細的漸變。皺紋粗細和均勻性變化明顯，目視即可辨識。這種短周期的周而復始的皺紋結構變化，造成產品質量提升時無法逾越的技術障礙。

另外，隨著工作面的增寬，刮刀與烘缸之間的摩擦力不斷增加，導致能耗增加，客觀上也增大了生產成本。

圖3　鋼制刮刀磨損樣貌

由于鋼制起皺刮刀存在上述缺陷，生產實際中，技術人員不斷地尋求耐磨性更好的品種和型號的鋼材，但效果不明顯，后來就出現了合金刮刀和陶瓷刮刀等創新產品。

3　恒壓式合金起皺刮刀的研發

合金/陶瓷涂層起皺刮刀是替代傳統鋼制刮刀的創新技術產品，但是，同樣存在待改進之處：一是與烘缸接觸的工作面同樣會隨著時間的推移而逐步加寬，導致紙面皺紋結構發生變化，只是其失效過程會比普通鋼刀慢，其壽命通常為鋼制刮刀的40～60倍；二是因為一般陶瓷材料都具有脆性，工作刃口容易出現微小的不規則狀的崩口，從而導致紙面出現縱向條紋，影響產品質量。

鑒于目前使用的起皺刮刀存在的不足，需要有新的形式/材料的起皺刮刀提供給企業，以提高生產效率（很少換刀）、提升產品質量（皺紋均勻性、一致性、松厚度、表觀）、降低生產成本（刮刀使用成本、能源消耗成本）。

3.1新型起皺刮刀應具備的先進性

本文作者研究新型起皺刮刀的出發點，是解決現有起皺刮刀應用中存在的不足。因此，新型起皺刮刀應具有如下技術特征：

好的耐磨性能，壽命長；頂端抗沖擊能力強；與烘缸接觸面小且恒定，避免烘缸的較快磨損；刀壓小，以減小摩擦且節省能源；減小材料脆性。

3.2設計原理

總體設計思路：以現有的鋼制刮刀材料作為基體，利用先進的表面工程技術，對工作部位進行局部表面強化，既節約成本，又達到耐磨、抗沖擊目的。

作者利用本單位長期積累的超音速火焰噴涂技術優勢實現局部強化目的。

材料選擇：兼顧涂層材料的硬度、強度、加工性等因素，選取特殊的金屬材料完成合金化工藝，使涂層具有高耐磨性且不易在加工和使用過程中出現刃口崩裂現象。

外形及尺寸設計：考慮與現用刮刀的可替換性，新型起皺刮刀的形貌及尺寸盡可能貼近現用刮刀。

防“頂缸”設計：在涂層與烘缸接觸部位增加一個小的過度角，以減少初始工作時發生“頂缸”的可能性。

抗沖擊設計：考慮起皺過程中紙頁對刮刀頂端持續不斷的沖擊，被沖擊部位應當具有很強的抗沖擊能力。

恒壓設計：刮刀與缸面接觸部位設計成垛狀結構，使得刮刀穩定工作一小段時間后，刮刀與烘缸的接觸面積不再發生變化。