0 前言

纤维梳理机械能否高质量地完成对纤维的梳理，在很大程度上取决于针布的锐利度，所以保持针布的锐利度是高质量梳理的前提。这一方面对针布设计制造商提出了高要求，另一方面，也要求使用厂家不断维护针布锐度、保持良好的针布锐利状态。这是关系到梳理质量和梳理成本的一项管理工作。

国内棉纺行业中在70年代时开始推广金属针布的“三磨”（锡林、道夫、刺辊针布）经验，对改善梳理状态、提高产品质量起到了很大的促进作用。在相当长时期内，棉纺生产中把梳棉针布的磨砺作为是一项重要的基础性和经常性的工作来考核和管理的。随着近30年来金属针布的发展演变，新型针布产品的特性发生了很大的变化。在齿形方面，新型针布有着齿高矮、齿深浅、齿尖薄、齿密大、工作角小的特征；在材质方面，多种高硬度高耐磨性钢丝被不断改良应用；在制造工艺方面，拉伸、冲齿和热处理等新工艺新技术日臻成熟进步。为梳理质量的改善和梳理维护的简化提供了基础保障。

那么，硬度高、耐磨性好的现代针布是否还需要磨砺锐化呢？矮浅薄密的齿形该如何磨砺锐化呢？这是梳理技术领域工作者所面临的问题。

以下结合两项专利技术对上述两个问题进行探讨。

1 梳理针布锐化的必要性

1.1 梳理针布钝化的必然性

如同所有易损物件一样，梳理针布是有其使用寿命的，其视针布品质和使用条件一般为500～1000 t纤维梳理产量，按梳棉机台时50 kg产量计为10000～20000 h，加上运转率使用时间约为1年半至3年，如果梳棉机的台时产量高于或低于50 kg，则使用时间将会相应缩短或延长。

针布在使用过程中的钝化可以分析为：在针布梳理纤维的过程中，纤维和纤维中夹杂的各种尘粒杂质与针布发生高速接触摩擦和碰撞，使针齿前部和顶端棱角先期钝化，棱边发生轻微圆弧化、锐度衰退，针齿尖顶部圆弧化并相对隆起。所谓“水滴石穿”，柔软的纤维对刚硬的针齿长期和大量的碰擦，两者间最高可达每秒40

1.2 梳理针布锐化的必要性

在针布梳理寿命如1年半至3年期间，如果不加修磨锐化地连续使用，则针布状态在一个很长的使用过程中将慢慢衰退，产品质量也必然随之下降，能采取的措施只能是工艺方面的退让，如采用改变梳理速度、梳理隔距的缩小甚至生产能力的降低来应对调整，以便维持生条的质量水平在一个较大的但可以接受的范围内。当品质的下降超出可以接受的范围且工艺措施的调整无法弥补时，就必须更换针布。

钝化的针布齿尖刺入和穿刺纤维的能力下降，梳理效果变差，分离单纤维和杂质的能力减弱，甚至因纤维与针齿弧面发生摩擦而产生棉结。这种加剧了的摩擦又反过来加速针布的钝化和磨损。

用不加修磨锐化地连续使用针布的方法，隐含着如下几方面的弊端：



（1）针布在使用中衰退、在衰退中使用，其后果是产品品质的下降或波动幅度加大。消极延长针布使用期的同时是在忍受品质、产能和管理等其他利益的放弃和损失；

（2）针布开始发生钝化后，梳理中的摩擦加剧，针布穿刺能力的下降转换为摩擦力的增大，摩擦的加剧又导致磨损的增加；

（3）针布的使用寿命是以累计工作产量来计量的，而不是以使用期即工作时间来计算的。降低产量能延长工作时间但并不一定能延长针布以累计产量来计量的使用寿命；

（4）针布不磨或少磨的使用结果，是针尖棱角的钝化在慢慢往下延伸，长时间的不磨针，会导致针布过度磨损），而在下一次磨砺时必须重磨长磨才能磨出锋利，甚至无法恢复而不得不更换针布。

既然存在磨损钝化，就有修磨锐化的必要性。所谓“锋从磨砺出”，即钝化了的针齿可通过磨砺的方法进行锐化，恢复一定的锋利。对针布适当的磨砺有助于修复钝化，再创锋利，从而恢复梳理质量。

长时间不磨针与周期性磨针与梳理品质（生条棉

2 梳理针布的磨砺锐化方法

2.1 传统的针布磨砺锐化方法

传统的针布磨砺锐化方法，是采用砂轮或砂辊等工具磨削加工的方法锐化处理梳理元件表面。由于新型针布有着齿高矮、齿深浅、齿尖薄、齿密大、工作角小的特征，需要精密的磨砺工具，娴熟的操作技巧，方可完成精细的锐化工作。由于一般的砂轮、砂辊径向跳动大、磨辊结构精度低，机上调节结构不合理，难以保证磨砺质量，甚至磨坏针布。同时对磨砺操作的要求很高，稍有不慎就会损伤脆弱的齿尖。

对某些高硬度合金钢针布，不能用一般磨辊磨砺，因为在磨砺过程中几乎擦不出火花而无法判断磨砺程度。因此必须使用硬质磨块如陶瓷磨石在弹簧或气动压力下紧贴针布表面往复进行磨砺。压力可精确设定以防过度磨削。瑞士格拉夫公司（Graf）的TSG就是这样一种不旋转的往复磨针装置。

2.2 立达公司针布磨砺的专利及机理

简单地按照传统的方法磨针，确实是负面影响要大于正面影响。只有恰到好处的磨砺，才能提高分梳质量，磨针不足或过度，都会违背磨砺锐化的初衷。

尽管我们注意了上述方面，但人为的依据感官来决定的针布磨砺锐化周期和磨削量仍然难以有效控制和维持梳棉机长期运行中的梳理质量及其稳定性。

为了平衡梳理质量和梳理成本两者关系，也为了便于生产管理，瑞士立达公司研发了一种梳棉机针布在线磨砺技术，并在1987年将这一技术在瑞士申请了专利，1988 年利用优先权在中国申请了发明专利，专利号为88109217。

随后立达公司开始在C51高产梳棉机上运用该技术，作为一个配置选项，立达公司称为组合磨砺系统（IGS），其中锡林针布在线磨砺系统称为IGS-C

按照新型锡林梳理针布的形态规格，齿尖的深度为0.4 mm左右，如果以最大可用深度为0.2 mm计，在400次磨砺周期中，每次的平均磨砺量约为0.5 μm。

可以看到，采用电脑控制的在线磨砺系统（IGS-CLASSIC）进行磨砺锐化工作，是一种频繁而又微量精磨的技术方案，磨砺系统能够在每个短周期中改善和稳定在整个针布使用寿命中的生条质量，即对生条的棉结和杂质数量有较明显的改善和稳定作用，在棉结和杂质去除效率的数据上，具有平均水平改善、波动幅度降低的显著效果。图10是人工周期性磨砺和电脑自动短周期在线磨砺的两种锐化方式生条棉结水平图。

因而，倡导短周期的频繁而又微量精磨式的针布锐化方式，在改善梳理质量和稳定产品品质方面是可取的，在用足针布使用寿命方面的理念是正确的。为我们在高产梳棉机上科学合理地使用针布提供了一种很好的工作思路和操作模式。

3 一种创新的在线锐化硬化技术

3.1 现有技术的不足

在现有技术中，不管是人工控制的磨针还是自动的在线磨砺作业，都是采用砂轮、砂辊或砂块等工具磨削加工的方法锐化处理梳理元件表面，其具有以下负面

（1）锐化加工时工具（砂轮、砂辊或砂块）与工件（梳理元件）间存在宏观作用力，不利于提高锐化精度；

（2）锐化磨砺时磨砺量难以掌握，只能凭主观经验控制，锐化精度低、一致性差；

（3）锐化时会在梳理元件锋口边缘产生毛刺现象，新磨砺的梳理元件易于造成纤维损伤；

（4）在锐化处理的同时可能会磨去梳理元件表面的硬化层，具有一定加速钝化的作用；

（5）采用格拉夫公司的TSG和立达公司的IGS-CLASSIC砂块磨具式磨砺锐化技术方案，是一种无基准或者说是动态基准的磨砺方式，由于磨具砂块是靠弹性机构推压在针布表面，长期应用后可能会使针布的宏观表面形成轴向曲线形。

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3.2 电加工针布锐化技术

一种创新的梳理针布锐化硬化技术，中国专利号为032102496、031506968和2005100267348。其不仅可以方便而精密地锐化针布，而且可以在锐化针布的同时硬化针布表面层，能够有效抵消针布在长期使用的钝化后和磨砺锐化时对针布表面硬度的削弱，延长针布的使用寿命，改善针布对梳理质量的稳定性。可以人工控制或自动控制地维持良好的针布梳理状态，降低梳理和管理成本，为梳棉机用户带来经济效益。

梳理针布在线锐化和硬化技术（以下简称电加工锐化技术），是目前针布锐化和在线锐化技术中最先进的锐化方法，其独创性地运用电火花精密加工技术于梳理针布的锐化，即采用电火花加工工艺将电火花脉冲放电电蚀金属工件的方法应用于梳理元件的在线或离线锐化处理，脉冲电源的负极连接于梳理元件，正极连接于工具电极，工具电极与工件电极间绝缘，调整脉冲电源的参数及工具电极与梳理元件之间的放电间隙，使之产生极短暂的脉冲放电，同时使梳理元件与工具电极间产生相对运动。

电加工锐化技术，可以替代现有技术中的平磨磨削方式，不仅适用于一般的机下作业和停机时的机上作业，更能方便地用于运转过程的在线作业，在锐化针布的同时强化加硬针布表面层。可以在梳理机

梳棉机锡林针布电加工锐化的装置，包括刺辊、锡林、道夫、工具电极、放电间隙调整机构，电加工电源的负极连接于锡林或与针布良好导电的机架，正极连接于工具电极，工具电极安装在放电间隙调整机构上，放电间隙调整机构装在机架的两侧，工具电极与机架间绝缘，锡林针布与工具电极间具有放电间隙。工具电极可以用纯铜等材料制成，以选用低损耗的电极材料为佳。

电加工电源的可调整参数主要为：开路电压、火花维持电压、加工电流和短路电流等。适当调整电加工电源的电参数，可以控制锐化量、锐化精度及强化程度。

3.3 电加工针布锐化的基本特性

普通的电火花加工进行尺寸加工时，必须有流动的工作介质，以便产生冷极效应和排除电蚀产物。在处理梳理元件特别是针尖齿尖状的梳理元件时，由于放电点的面积很小，且点与点在周向和轴向是分散分布的，同时工件与工具电极间处于相对高速运动状态，因而在脉冲放电时不用工作介质也能得到很好的冷极效应，也不会发生电极的局部短路，电蚀产物也能顺畅地排放。这是电火花加工技术用于梳理元件的锐化强化处理时有别于对一般金属部件尺寸加工和表面强化处理的特别有利的特征。

电加工作为一项成熟的非传统加工方式，其应用领域不断拓展，加工精度也在日臻提高。在微细加工方面，电加工的平面度可达150 cm2内小于5μm，在13次精修后粗糙度Ra小于0.1μm。

以高产梳棉机锡林针布锐化为例，由于锡林是在高速回转，因而可以不需要高频脉冲电源，利用针齿的高速机械运动实现电极间的高频放电和断弧，完成电加工锐化。当锡林直径为1290 mm、锡林转速为400 r/min、锡林针布齿距为1.5 mm、齿顶长度为0.2 mm、工具电极宽度为1 mm时，锡林线速度为34.8 m/s，相对应的加工脉冲频率为23 kHz，脉冲周期为43.4 μs，脉冲宽度约为

与电加工用于切割切削相比，电加工用于针布锐化是一种微量的精细修整加工，因而可以获得比电加工用于切割切削时更高的加工精度。

3.4 电加工针布锐化的优势

与现有技术的针布磨砺方法比这种电加工针布锐化技术主要有如下优点：

（1）锐化针布的同时硬化针布表面层，能够有效稳定梳理品质，降低梳理成本；

（2）锐化过程中工具与针布间无接触，两者间无宏观作用力，能提高锐化精度；

（3）具有边界柔化作用，锐化处理后的针布锋口边缘无毛刺，降低磨砺后的纤维损伤和短绒增量；

（4）方便简洁的在机在线锐化结构，便于进行电脑控制，甚至可以扩展到放电间隙和锐化量的检测、反馈和显示；



（5）工具材料为普通材料而非高硬度材料，并可制成条状、轴状等形状，工具材料成本低；

（6）工具材料在工作中的损耗小，能保证锐化的精度；

（7）电加工锐化是以工具电极为基准的无限逼近加工，工具电极可以做到足够高的精度需求；

（8）锐化过程中无高温不发热，也无明显火花，工作可靠。

4 结语

针对新型针布的特点，采用科学合理的磨针方法，不但能改善和稳定梳理质量，而且可以延长针布使用寿命，降低梳理成本。

采用工频脉动直流电或平滑直流电作为梳理机针布的电加工锐化和硬化的电源方案和电源装置，可以大大简化设备结构、降低设备成本，为电火花加工原理应用于梳理机针布锐化和硬化技术的推广应用提供了便利。

因此，应用创新的电加工针布锐化硬化技术，可以获得如下有益的效果：

（1）高精度的锐化可提高梳理质量，从而改善成品质量；

（2）短周期频繁而又微量精修式的针布锐化方式，有效降低梳理摩擦，延长针布寿命；

（3）电参数便于电脑控制，有利于程控针布锐化硬化，实现自动化在线作业；

（4）硬化功能能进一步减缓针布衰退周期，延长针布的日常磨砺周期，减小品质变异，稳定梳理质量；

（5）硬化功能可进一步延长针布的使

（6）硬化功能可使用较低成本（国产）的针布取代高成本（进口）的针布，大幅降低梳理成本。