紡機(jī)移絲嘴陶瓷配件成型工藝研究＊

劉鑫 朱曰春 馬宇峰

（1.浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院，浙江紹興 312000；2.紹興華裕紡機(jī)有限公司，浙江紹興 312000）

0.引言

近年來，紡織機(jī)械行業(yè)深入推進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)，在新型高效、低能耗、柔性化、自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化等多方面取得了不同程度的進(jìn)展，技術(shù)創(chuàng)新和結(jié)構(gòu)調(diào)整支撐了行業(yè)的穩(wěn)定高速增長(zhǎng)。與此同時(shí)，紡織機(jī)械的機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)速度也隨之大幅提高，整個(gè)機(jī)器上與絲束密切接觸的零件在絲束的高速運(yùn)動(dòng)下磨損速度急劇增加[1]。以前的紡機(jī)配件大多采用碳鋼經(jīng)過熱處理或者鍍鉻等工藝來提高耐磨性，隨著絲束的高速運(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致零件磨損并在和絲束接觸處產(chǎn)生凹槽容易將絲束掛斷，甚至零件磨損嚴(yán)重而產(chǎn)生報(bào)廢[2]。現(xiàn)在通常采用陶瓷零件來解決這個(gè)問題，陶瓷材料化學(xué)穩(wěn)定性好，具有硬度高、強(qiáng)度高、耐高溫、耐磨損和耐腐蝕等非常優(yōu)良的性能，已成為眾多高新技術(shù)領(lǐng)域的重要材料，紡機(jī)配件采用陶瓷材料，使用在紡織機(jī)械的送絲機(jī)構(gòu)上，可以成倍的提高紗線和纖維的生產(chǎn)速度，同時(shí)提高紡織機(jī)械零件的使用壽命，已廣泛應(yīng)用于加彈機(jī)、倍捻機(jī)、細(xì)紗機(jī)、紡紗機(jī)、絡(luò)筒機(jī)、噴水織機(jī)、電腦繡花機(jī)、織襪機(jī)等紡織機(jī)械領(lǐng)域[3]。

1.制件結(jié)構(gòu)分析

移絲嘴是倍捻機(jī)絲道上的其中一個(gè)關(guān)鍵零件，隨著機(jī)器的高速運(yùn)轉(zhuǎn)，在送絲機(jī)構(gòu)上做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，由于移絲嘴長(zhǎng)期和高速移動(dòng)的線束接觸，需要較高的硬度和耐磨性，選擇陶瓷材料來滿足使用要求，從而提高產(chǎn)品的使用壽命，移絲嘴產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 移絲嘴產(chǎn)品結(jié)構(gòu)

2.移絲嘴成型工藝方案確定

移絲嘴產(chǎn)品采用陶瓷材料，與之前的金屬材料的成型工藝相比區(qū)別很大，陶瓷材料的成型工藝主要采用粉末冶金工藝。傳統(tǒng)的陶瓷粉末模壓成型工藝有很大的技術(shù)局限性，為了保證順利頂出，產(chǎn)品只能在模具的壓制方向上有復(fù)雜形狀；同時(shí)在模壓過程中由于粉末與模具之間摩擦力導(dǎo)致模壓產(chǎn)品內(nèi)部密度不均勻，從而造成模壓產(chǎn)品在燒結(jié)工藝中出現(xiàn)尺寸收縮甚至開裂等缺陷。

陶瓷粉末注射成型（CIM：Ceramics Injection Molding）是一種新的陶瓷材料零部件制備技術(shù)。該工藝是將塑料注射成型原理引入到陶瓷材料粉末冶金工藝中而產(chǎn)生的一種嶄新的零件成型工藝。通過將陶瓷粉末和聚合物粘結(jié)劑相互混合均勻，經(jīng)注射機(jī)螺桿的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生壓力將混合后的粘塑性流體注入對(duì)應(yīng)的模具進(jìn)行成型，產(chǎn)品頂出模具后再脫除粘結(jié)劑后進(jìn)入高溫烘箱進(jìn)行燒結(jié)，從而得到致密的各種陶瓷零件。陶瓷粉末注射成型工藝具有常規(guī)的粉末冶金工藝和金屬機(jī)加工工藝無法比擬的優(yōu)勢(shì)。該工藝成型的陶瓷零件組織密度均勻，燒結(jié)后沒有孔隙；零件的硬度高、強(qiáng)度高、耐高溫、耐磨損性能優(yōu)越；零件成型尺寸精度高，無需后續(xù)的機(jī)加工工藝，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、批量生產(chǎn)[4-5]。

因此，移絲嘴產(chǎn)品采用陶瓷粉末注射成型進(jìn)行生產(chǎn)，通過對(duì)紡織機(jī)械陶瓷零部件粉末注射成型工藝研究，并對(duì)生產(chǎn)的陶瓷紡機(jī)零部件性能進(jìn)行分析，從而制備高精度、高光潔度和低能耗的陶瓷零部件來滿足高速化紡織生產(chǎn)的需求，通過廣泛應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)，提升企業(yè)智造水平，不斷實(shí)現(xiàn)工藝和產(chǎn)品升級(jí)，進(jìn)而提高紡織機(jī)械的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力[6]。

3 陶瓷移絲嘴成型工藝過程

在陶瓷移絲嘴零件的陶瓷粉末注射成形生產(chǎn)過程中，氧化鋁粉末原料顆粒細(xì)小并且形狀不規(guī)則，經(jīng)過和粘結(jié)劑混合形成的喂料在注射成型過程中需要更加精準(zhǔn)的控制注射成型工藝參數(shù)，后續(xù)的脫脂、燒結(jié)、拋光等每個(gè)工序都密切影響陶瓷移絲嘴產(chǎn)品的質(zhì)量。陶瓷移絲嘴零件的陶瓷粉末注射成型生產(chǎn)工藝流程圖見圖2。

圖2 陶瓷粉末注射成型工藝流程圖

3.1 喂料的制備

喂料制備是將陶瓷粉體與適量的有機(jī)載體按一定配比在一定溫度下進(jìn)行混煉，然后干燥、造粒，得到注射喂料。用作注射成型的氧化鋁陶瓷喂料需要具備足夠高的固含量，良好的流變性以及熱力學(xué)穩(wěn)定性。喂料的性能主要取決于粉體的性質(zhì)和粘結(jié)劑的選擇，移絲嘴喂料選擇氧化鋁粉末和粘結(jié)劑按一定比例混合，如圖3所示。

圖3 均勻混合的原料

3.2 移絲嘴模具設(shè)計(jì)與制造

根據(jù)移絲嘴產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和產(chǎn)品具體使用要求，在UG NX10軟件中進(jìn)行產(chǎn)品的模具設(shè)計(jì)。該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)難度一般，產(chǎn)品按照兩個(gè)方形孔軸向方向擺放，選擇單分型面模具結(jié)構(gòu)，為提高模具生產(chǎn)效率，采用一模六腔環(huán)型布局，同時(shí)需要考慮到陶瓷材料后續(xù)脫脂和燒結(jié)過程會(huì)產(chǎn)生收縮，根據(jù)材料性能選擇合適的產(chǎn)品收縮率來保證成型后的零件尺寸精度。

根據(jù)設(shè)計(jì)完成的模具圖紙進(jìn)行模具的加工和裝配。與常規(guī)塑料相比，陶瓷粉末和粘結(jié)劑混合后的喂料容易對(duì)模具產(chǎn)生較大的磨損，為了提高模具使用壽命，模具關(guān)鍵模仁部分選用S136模具鋼進(jìn)行制造。

3.3 注射成型

移絲嘴注射成型主要成型工藝參數(shù)為：喂料熔體溫度180℃、注射壓力30MPa；產(chǎn)品在注塑機(jī)中完成注射成型、冷卻后由頂桿定出，人工去除料頭及澆口凝料后得到移絲嘴注射成型肧件，分別如圖4、圖5所示。

圖4 注射成型過程

圖5 移絲嘴注射成型肧件

3.4 脫脂燒結(jié)

脫脂和燒結(jié)工藝對(duì)移絲嘴產(chǎn)品質(zhì)量的影響至關(guān)重要，處理不當(dāng)極易產(chǎn)生裂紋、破碎、變形等缺陷。脫脂工藝主要是將注射成型完成的移絲嘴肧件中的粘結(jié)劑移除，燒結(jié)工藝是將強(qiáng)度和密度較低的移絲嘴肧件經(jīng)高溫?zé)Y(jié)得到高致密度、高強(qiáng)度的產(chǎn)品。移絲嘴擺盤燒結(jié)過程如圖6所示。

圖6 移絲嘴擺盤燒結(jié)

3.5 拋光

燒結(jié)成瓷的移絲嘴產(chǎn)品為進(jìn)一步提高表面精度，使用軟質(zhì)彈性或粘彈性的工具和微粉磨料，使工件表面達(dá)到鏡面的光潔度，利用磨料前端的微小切削作用除去表面凹凸，移絲嘴產(chǎn)品拋光如圖7所示，最終完成的移絲嘴成品如圖8所示。

圖7 移絲嘴產(chǎn)品拋光

圖8 移絲嘴成品

4.結(jié)語

（1）利用陶瓷粉末注射成型工藝制造的移絲嘴陶瓷產(chǎn)品具有高精度、高光潔度、耐磨損和低能耗的優(yōu)點(diǎn)，可以有效解決紡織機(jī)械與絲束接觸的零件磨損導(dǎo)致的斷絲問題，滿足高速化紡織生產(chǎn)的需求。

（2）與傳統(tǒng)的模壓成型工藝相比，陶瓷粉末注射成型工藝成型的移絲嘴陶瓷產(chǎn)品經(jīng)高溫?zé)Y(jié)后密度均勻一致，產(chǎn)品內(nèi)部沒有孔隙，提高了產(chǎn)品的性能特征，避免因密度不均勻而造成的裂紋和斷裂現(xiàn)象。

（3）通過開展對(duì)紡織機(jī)械陶瓷零部件粉末注射成型工藝研究，提升企業(yè)智造水平，不斷實(shí)現(xiàn)工藝和產(chǎn)品升級(jí)，進(jìn)而提高了紡織機(jī)械的制造水平和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。