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1、第2 6 卷第1 期 2 0 0 5 年2 月 纺织学报 J o u m a lo fT b x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 6 N o 1 F e b 2 0 0 5 分析探讨 硬质合金化纤切断刀失效原因的试验分析 原一高,朱世根 ( 东华大学机械工程学院,上海2 0 0 0 5 1 ) 摘要用台式投影仪、电子扫描显微镜、锋利度测定仪等实验仪器,对涤纶短纤维切断刀的失效原因进行了研 究。结果表明,化纤生产中,纤维对硬质合金切断刀的磨损不是影响切断刀钝化的主要原因,刃口上产生的微缺 口,导致了化纤切断刀的最终失效。 关键词化学纤维;切断刀;失效分析;硬质合金
2、中图分类号:m3 4 0 6 5 6 文献标识码:A文章编号:0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 5 ) 0 1 0 0 2 0 一0 3 F a i l l H e 蛐a l y s i so fh a r da l l o yc u t t e rb l a d 鸭蛋时c u t t i n gc h e I I l i c a l 蜀m e r s Y U A NY i g a o ,Z H US h i - g e n ( c o z 妇e 矿眦胁甜E 嚼,聊 昭,D o ,增 沁瑙蚵,s k 啦谢 2 0 0 0 5 l ,现i M ) A 鼬c tS t u d i e
3、 dt l l ef a i l u r eo fh a r da H o yc u t t e rb l a d e sw i t l lt a b l ep r o j e c t o r ,S E M 蛐ds h a r p n e s st e s t e r T h er e s u l t ss h o wt I I a t t h e w e a r c u m n ge d g ei st i n ya n dg e n e m t e dal o t o fs m a l ln o t c h e so nt l l e c u n e re d g e sd u r i n
4、 gt l I ep m d u c t i o no fc u tf i b e r s ,1 1 I e s e n o t c h e sr e d u c e d 山es h a r p n e s so fc u t t e rb l a d e ss e r i v o u s l ya n dr e s u l t e di nf a i l u r eo fb l a d e s 鹊c o n t 瑚t e dw i mw e a r K e yw D r 凼 c h e m i c a lf i b e r ;c u t t e rb l a d e s ;f a i l u
5、 r ea n a l y s i s ;h a r da l l o y 文献 1 对切断刀钝化作了理论分析,本文以化 纤生产中使用量较大的涤纶短纤维切断刀为研究对 象,采用台式投影仪、电子扫描显微镜、锋利度测定 仪等手段,对大量失效刀片进行了刃口观测和分析, 旨在弄清切断刀的失效原因,进而为提高切断刀的 使用寿命提供依据。 1 试验方法 试验是在某大型化纤厂涤纶短丝生产车间进行 的。该厂使用的切断机为H V 7 7 1 型压轮式切断机, 其切割速度是2 6 0I I l ,r I l i n 。切割纤维的种类为涤纶 半消光纤维,丝柬的线密度为1 5 0 1 0 4d t e x ,生产的
6、纤维规格为1 5 d t e x 3 8m m 的棉型纤维。 将一组新切断刀片安装在化纤切断机上连续使 用至失效,然后拆卸下来,用丙酮溶剂浸泡3 0I I l i n , 再用无水乙醇溶剂漂洗,热空气吹干,清除表面污渍 后对切断刀刃口进行观察和测定。失效前刀片的使 用时间为6 4h 。 切断刀的材料为Y s 2 超细硬质合金,材料的化 学成分和物理力学性能如表l 所示心1 。 表l 切断刀材料的化学成分和物理力学性能 2 试验结果 2 1 磨损量的测定 通过测量切断刀使用前后的高度差测定了切断 刀的磨损情况。测量时,在使用前后的切断刀刃口 上各随机选取5 个点,再取平均值。从表2 列出的 部分
7、刀片线磨损量的测量结果看出,经6 4h 使用 后,切断刀确实存在着磨损,但此磨损量很小,仅为 0 0 2 0m m 。 表2 切断刀刃口线磨损量的测定结果m m 样品号线磨损量样品号线磨损量 l0 0 2 570 0 2 4 20 0 3 280 0 2 5 3O 0 1 190 0 1 8 4O 0 1 61 0O 0 1 8 50 0 1 6平均O 0 2 0 60 0 1 4 作者简介:原一高( 1 9 6 5 一) ,男,副教授,博士。主要研究方向为纺织机械、表面工程技术等。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDF
8、WatermarkR to remove the watermark 2 0 0 5 年第1 期纺织学报【2 1 】 图1 所示为切断刀使用前后刃面的s E M 形貌 照片。由图1 可见,使用前后切断刀刃面上砂轮磨 痕的深度并没有明显的变化,这说明纤维对刀片刃 面的磨损较小。 ( a ) 使用前 ( b ) 使用后 图1 使用前后切断刀刃面的s E M 形貌 2 2 刃口轮廓观测 用肉眼观察失效刀片,未发现刃口上有大块剥 落,说明切割过程中切断刀没有发生崩刃或刃口折 断现象。 用2 3 J A 型台式投影仪放大5 0 倍对失效刀片的 刃口轮廓进行了观察。发现所有失效切断刀的刃口 上均产生了大量
9、的微缺口。可根据微缺口在投影仪 上所反映出的形状而分为圆弧形、过渡形和锯齿形。 图2 所示为3 种形态微缺口的实物照片和示意图。 表3 列出了一组失效刀片刃口上的微缺口数量统计 结果。可以看出,3 种形态微缺口中锯齿形缺口的数 量最多,圆弧形缺口次之,过渡形缺口的数量最少。 二 ( a ) 锯齿形 ( b ) 过渡形 ( c ) 圆弧形 图2 失效切断刀刃口上微缺口的形态 表3 失效切断刀刃口上缺口数量的统计结果 对缺口尺寸测量的结果表明,3 种形态微缺口 中圆弧形缺口的尺寸最大,其宽度多为O 0 2 0 0 6m m ,深度多为0 0 2 0 0 3m m ;过渡形缺口次 之;锯齿形缺口的尺
10、寸最小,宽度和深度大多小于 0 0 lm m 。 2 3 刃口锋利度的测定 用文献 3 介绍的刀具锋利度测定仪,测量失效 切断刀刃口不同部位的锋利度,测量结果如图3 所 示。由图3 可知,使用后切断刀刃口各部位的锋利 度均有所下降。锋利度下降幅度由大到小的排列次 序为:圆弧形缺口处、过渡形缺口处、锯齿形缺口处 和无缺口处。其中,切断刀在过渡形和圆弧形缺口 处锋利度下降的幅度最大,分别达到5 2 和8 2 。 0 8 0 6 ,Z 魁0 4 熏 啦 O2 O O Ol2345 刃口不同部位 图3 切断刀刃口上不同部位的锋利度测定结果 3 结果分析与讨论 由文献 1 可知,化纤生产中,影响切断刀锋
11、利 性能的主要因素是:切断刀的初始刃口半径R 。、刃 口角度口、线磨损量日。和缺口的深度日:。对于所 研究的切断刀来讲,其刃口角度日和初始刃口半径 如是确定的,因此,切割过程中,切断刀的锋利度主 要取决于线磨损量日和缺口的深度日:。随着切断 刀刃口的线磨损量日。和刃口上缺口的深度日:的 增大,切断力增加,切断刀的锋利度随之下降。 化纤切断刀的材料为超细硬质合金,是一种高 硬度的材料。从失效切断刀的分析结果上看,切割 过程中切断刀的磨损不大( 见表2 ) 。这可能是由于 纤维中起消光作用的T i O ,粒子的硬度为H V l 0 0 0 H o , 小于切断刀刃口的硬度H V l 5 0 0 。
12、由金属的磨损理 论可知,金属的磨粒磨损取决于磨粒的硬度日。和 金属材料的硬度日。之比。当日。 ( 1 2 1 3 ) 日。) 时,磨粒对金属的磨损很 轻微”o 。 由表2 可知,切割过程中切断刀的线磨损量很 小,由文献 1 分析可得,切断刀使用后没有微缺口 处的锋利度下降不多,与实际测量结果完全一致( 见 图3 ) 。因此,可以断定,切割过程中切断刀刃口的 磨损不是造成切断刀失效的主要原因。 化纤切断刀的刃口极为锋利,因而初始刃口半 径很小,刃口部分的截面积也就非常小。硬质合金 材料本身的抗弯强度较低,切割纤维时,在压轮和丝 束施加的交变应力以及纤维中起消光作用的T i O , 粒子的冲击下,
13、切割初期,很容易在刃口部分产生微 ( 下转第2 7 页) 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 2 0 0 5 年第1 期纺织学报【2 7 】 一方面弱化了P v A 分子中的氢键作用,使P v 氏纤 维在相同的拉伸倍数下强度不如P v 的高,但同 时接触点的减少,也使P v A 纤维的拉伸相对容易 进行,在相同的拉伸条件下,可以得到更大的拉伸倍 数,从而使P V A B 。纤维获得相对高的强度。所以,具 有适度低的醇解度聚乙烯醇纤维可以降低拉伸障 碍,
14、但又能保持较高纤维强度所需的氢键作用,有利 于获得较高力学性能的纤维。 3结论 1 ) 对不同醇解度、不同拉伸倍数纤维的红外谱 图进行了分析,发现不同醇解度的P v A 纤维均存在 着氢键作用,同时发现醇解度较低的纤维氢键作用 较弱,这有利于拉伸倍数的提高。 2 ) 在1 H N M R 谱图中,不同醇解度的P V A 中, 都存在着分子间氢键与分子内氢键。从羟基质子峰 的面积计算结果可知各种醇解度纤维的立体结构含 量略有差异,这可能与不同醇解度P v A 中所含氢键 数不同有关。 3 ) 在相同的实验条件下,醇解度较低的纤维由 于氢键作用相对较弱,可获得较大的最大拉伸倍数, 由此得到较高的纤
15、维强度和模量。 参考文献: 1 Y 衄嘲K P 0 1 y v i n y la l c o h o l ( H i g I Is 雠n 昏ha n dh i g l lm o d t I i u s ) P 0 l y 眦r i cM a t 鲥a l sE n c y c l o p e d i a M c R cP r e s sI n c ,1 9 9 6 6 9 9 8 2 胡绍华,章悦庭高强聚乙烯醇纤维的结构和氢键 J 维纶通 讯,1 9 9 7 。1 7 ( 1 ) :1 3 朱新生,戴礼兴,闻荻江氢键与高强高模聚乙烯醇纤维 J 纺织学报,2 0 0 2 。2 3 ( 2 ) :
16、9 4 cs p B B l ( m 锄1 1 l eh y d 雄nb o n d 衄do t h e r i n f e 砌瑚e c u 】盯妇e s M k n d o n :1 1 l eC h e I I l i c a lS 0 c i e t y 1 9 7 5 5 FH 硼i ,sH u ,TI t o c r o s sP 0 l 撕z a t i o n ,m a g i c 蛐g l es p i n n i “g 1 3 c N M Rs t l l d yo fs o l i ds t n l c t u r ea n dh y d m g 咖b o n d i “g
17、o f 叫y ( “n y 】a l - c o h o ) m 喀w i t I Id i 艉r e n tt d c i n e 8 J P o l y m e r ,1 9 9 2 ,3 3 ( 1 1 ) : 2 2 ( 上接第2 1 页) 小的崩刃,形成许多尺寸较小的锯齿形缺口,见 图2 ( a ) 。切割一定时间后,尺寸较小的锯齿形缺口 会相互连通,形成过渡形缺口。由于过渡形缺口是 若干锯齿形缺口的连通,因而缺口的宽度增大很多, 缺口的深度相对增加较少,见图2 ( b ) 。再使用一段 时间后,切断刀的刃口可能会由于疲劳而产生微裂 纹,造成大块硬质合金组织的剥落,使得缺口的深度 突
18、然增大,形成深度和宽度均较大的圆弧形缺口, 见图2 ( c ) 。 显然,刃口上产生缺口会降低切断刀的锋利度, 而且缺口的深度越大,切断刀的锋利度下降幅度就 越大;在3 种形态的缺口中,锯齿形缺口的深度较 小,圆弧形缺口的深度较大;因此,切断刀在圆弧形 缺口处的锋利度最差,见图3 。 生产中,切断刀失效的判据是短纤维中超、倍长 纤维的含量。由于深度较大的圆弧形缺口使得切断 刀的锋利度大幅度下降,很可能在实际工况条件下 无法切断纤维。如果切断刀刃口上产生了一定数量 的圆弧形缺口,就会使短纤维中超、倍长纤维的含量 超过控制标准,造成整盘的切断刀不能再继续使用, 从而导致切断刀的最终失效。 4 结论
19、 化纤生产中,纤维对硬质合金切断刀的磨损不 是造成切断刀失效的主要原因。切断刀刃口上产生 的微缺口( 尤其是圆弧形缺口) ,对切断刀的锋利度 影响很大,导致了切断刀的最终失效。 参考文献: 1 原一高,朱世根纤维切割过程中切断刀锋利性能分析 J 纺 织学报,2 0 0 4 ,2 5 ( 6 ) :3 4 3 5 2 周狮钜硬质合金化纤切断刀的研制 J 硬质合金,1 9 9 6 ,1 3 ( 3 ) :1 5 6 一1 5 9 3 原一高,朱世根机械加工刀具锋利性能检测方法的研究 J 机械设计与制造工程2 0 0 1 ,3 0 ( 5 ) :6 0 一6 2 ,7 0 4 高丕英,刘晓晖,方图男,等锐钛型T i O :性能研究( I ) 影响 化纤钛白原料性能的因素 J 化学通报,1 9 9 9 ,( 4 ) :3 5 3 7 f51 邵荷生摩擦与磨损 M 北京:煤炭工、啦出版社1 9 9 2 2 5 6 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark
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