實(shí)用軟壓光輥磨削方法

田明德

(1.山東輕工業(yè)學(xué)院，山東濟(jì)南，250353;2.山東泉林紙業(yè)有限責(zé)任公司，山東聊城，252800)

實(shí)用軟壓光輥磨削方法

田明德1，2

(1.山東輕工業(yè)學(xué)院，山東濟(jì)南，250353;2.山東泉林紙業(yè)有限責(zé)任公司，山東聊城，252800)

針對軟壓光機(jī)的軟壓光輥在生產(chǎn)使用中產(chǎn)生斑馬紋的問題，結(jié)合材料力學(xué)的原理從軟壓光輥包覆材料疲勞的角度分析斑馬紋的形成，分析在機(jī)使用的軟壓光輥表面膠層 (厚度約0.2 mm的疲勞破壞層、過渡層和未破壞層)的特點(diǎn)，闡述了在軟壓光輥磨削中的工藝控制方法，總結(jié)了一套軟壓光輥科學(xué)的磨削方法，使用該方法可延長軟壓光輥的在機(jī)使用壽命。

軟壓光輥;斑馬紋;磨削方法

隨著造紙裝備行業(yè)的發(fā)展，軟壓光機(jī)已經(jīng)成為現(xiàn)代造紙機(jī)中不可或缺的組成部分。在現(xiàn)代化高速造紙機(jī)中已經(jīng)幾乎完全替代了傳統(tǒng)的硬輥壓光機(jī)。

使用軟壓光機(jī)主要有如下優(yōu)點(diǎn)：①壓力調(diào)節(jié)范圍大，對紙種的適應(yīng)性廣;②可達(dá)到較高的平滑度、光澤度、不透明度，并消除兩面差;③壓后的紙張緊度一致、吸墨均勻、圖文清晰;④改善紙的松厚度，并保持挺度的穩(wěn)定性;⑤在線使用，提高紙機(jī)的運(yùn)行性等。同時(shí)軟壓光機(jī)也存在一些問題：①對設(shè)備操作人員的技術(shù)水平要求高;②設(shè)備造價(jià)高;③運(yùn)行費(fèi)用高。特別是運(yùn)行費(fèi)用更是限制軟壓光機(jī)應(yīng)用的一大問題。僅計(jì)算軟壓光輥的包膠費(fèi)用和磨削費(fèi)用就很高，某廠一臺紙機(jī)的一壓區(qū)軟壓光輥 (Φ760 mm×3750 mm)，每年僅因研磨和包膠產(chǎn)生的直接費(fèi)用就在150萬元以上。

軟壓光機(jī)在生產(chǎn)使用中存在的最大問題就是軟壓光輥表面的斑馬紋問題，同時(shí)因斑馬紋導(dǎo)致出現(xiàn)的輥間振動、噪音和軟壓光輥斑馬紋在紙幅上遺留明暗相間的條紋問題也是較嚴(yán)重的。而出現(xiàn)斑馬紋的情況，不僅是國產(chǎn)設(shè)備，進(jìn)口設(shè)備上同樣出現(xiàn)。因此無論從維護(hù)設(shè)備方面還是從控制產(chǎn)品質(zhì)量來講，出現(xiàn)斑馬紋就應(yīng)停機(jī)更換軟壓光輥。目前有很多技術(shù)人員對此問題進(jìn)行分析和研究，試圖解決或減輕此問題。分析認(rèn)為引起出現(xiàn)斑馬紋的原因有：①設(shè)備本體振動;②紙頁不平;③包膠層不均勻磨損;④液壓系統(tǒng)的問題;⑤其他原因。目前技術(shù)人員都是根據(jù)自己的分析采取措施，但斑馬紋問題都未得到徹底解決。

產(chǎn)生斑馬紋的軟壓光輥被更換下機(jī)后需要進(jìn)行磨削才能再次使用，而現(xiàn)有的磨削方法使磨削后的軟壓光輥再次上機(jī)使用的壽命無規(guī)律，針對以上問題，筆者根據(jù)多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析斑馬紋產(chǎn)生的原因，總結(jié)出一套科學(xué)的軟壓光輥磨削方法，以延長軟壓光輥的在機(jī)使用壽命。

1 現(xiàn)場調(diào)查

經(jīng)過長時(shí)間觀察、記錄和總結(jié)，在一般兩壓區(qū)軟壓光機(jī)的結(jié)構(gòu)中 (結(jié)構(gòu)簡圖見圖1)，軟壓光輥的使用有以下幾種情況。

圖1 兩區(qū)軟壓光機(jī)結(jié)構(gòu)簡圖

1.1 不同壓區(qū)上軟壓光輥的使用壽命

兩壓區(qū)軟壓光機(jī)上，一般一壓區(qū)軟壓光輥的在機(jī)使用壽命短，二壓區(qū)壓光輥在機(jī)使用壽命長。泉林紙業(yè)3700車間軟壓光輥 (Φ760 mm×3750 mm)在一壓區(qū)的在機(jī)壽命為：短的7～10天，長的1～2個(gè)月;而二壓區(qū)軟壓光輥在機(jī)壽命一般達(dá)到4個(gè)月。筆者前些年在河北泛亞龍騰紙業(yè)工作時(shí)，當(dāng)時(shí)新聞紙機(jī)的軟壓光機(jī)也存在同樣的情況，二壓區(qū)軟壓光輥的在機(jī)壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于一壓區(qū)軟壓光輥。這種區(qū)別的主要原因在于兩個(gè)壓區(qū)軟壓光輥?zhàn)龉Σ町惡艽螅阂粔簠^(qū)軟壓光輥整飾的紙幅表面粗糙且紙幅可能存在漿塊等缺陷，壓區(qū)做功就多且輥面做功不均一;二壓區(qū)軟壓光輥整飾的紙面已經(jīng)經(jīng)過了一壓區(qū)的整飾，紙幅表面質(zhì)量好，需要壓區(qū)做功相對少且輥面做功均一性好。從材料疲勞原理分析，壓區(qū)做功的多少和均一性的差異就決定了輥面的壽命長短。

1.2 在同壓區(qū)不同輥面膠層壓光輥的使用壽命

無論軟壓光輥是在一壓區(qū)還是在二壓區(qū)、不同的包膠廠家和膠種 (包括Metso、Voith、Stowewood等包膠廠家的高檔復(fù)合材料)、不同運(yùn)行車速，第一次上機(jī)的新包膠軟壓光輥在機(jī)壽命都非常長，例如：泉林紙業(yè)在一壓區(qū)的軟壓光輥，新包膠輥第一次上機(jī)使用的在機(jī)壽命一般都達(dá)到2～3個(gè)月，而經(jīng)過磨削的非新包膠軟壓光輥使用壽命就短很多，在機(jī)壽命最長20天，一般是10天左右。這樣的情況在其他造紙廠軟壓光機(jī)使用中也同樣出現(xiàn)。這種現(xiàn)象的原因應(yīng)該與材料的疲勞存在正相關(guān)關(guān)系。

1.3 不同磨削質(zhì)量軟壓光輥的使用壽命

在同樣的位置上，非新包膠軟壓光輥的在機(jī)壽命有時(shí)長，有時(shí)短，其在機(jī)壽命可以相差1倍且呈現(xiàn)不規(guī)律狀態(tài)。在設(shè)備正常運(yùn)行下，影響非新包膠軟壓光輥使用壽命的可變因素就是軟壓光輥每次的磨削質(zhì)量。磨削質(zhì)量好的在機(jī)壽命長，磨削質(zhì)量差的在機(jī)壽命短。

2 原因分析

軟壓光過程是一個(gè)熱能和機(jī)械能向紙幅傳遞的過程，壓光過程中因軟壓光輥彈性變形，壓區(qū)內(nèi)壓光輥直徑不同使角速度有微小差異造成微滑動，且軟壓光輥把紙幅壓緊在熱輥面上，存在的速度差和壓區(qū)壓力，使在高溫區(qū)域中受熱的紙幅產(chǎn)生塑化并被緩和地搓動，從而使紙的緊度趨于一致，并使接觸熱輥的紙面有精致的表面和較好的平滑度。軟壓光輥彈性的存在是軟壓光機(jī)性能優(yōu)于傳統(tǒng)硬壓光機(jī)的根本原因。

而橡膠材料 (包括合成高分子復(fù)合材料等)的彈性產(chǎn)生于分子間的連接，任何材料都存在疲勞破壞。軟壓光輥使用一段時(shí)間后，橡膠材料分子連接部分因機(jī)械作用和化學(xué)反應(yīng)而出現(xiàn)了不均勻的破壞，造成軟壓光輥表面性能產(chǎn)生不規(guī)律的變化，再加上紙幅表面的凹凸不平引起的磨損，都嚴(yán)重影響了軟壓光輥的性能。使用一定時(shí)間失去軟壓光輥特性的軟壓光機(jī)性能就更接近于傳統(tǒng)的硬壓光機(jī)了，而熱輥表面硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軟壓光輥硬度，軟壓光輥表面就很容易出現(xiàn)斑馬紋了。

經(jīng)過分析可得出以下結(jié)論：斑馬紋的形成和軟壓光輥包膠層的疲勞程度有直接關(guān)系。新包膠上機(jī)的軟壓光輥膠層沒有受到過振動等沖擊而產(chǎn)生的疲勞破壞，所以包膠層性能可完全發(fā)揮出來，產(chǎn)生斑馬紋所需的時(shí)間就長。而磨削后再次使用時(shí)，軟壓光輥膠層已經(jīng)有不同程度疲勞破壞，包膠層性能在局部已經(jīng)變差，所以產(chǎn)生斑馬紋的所需時(shí)間就短。根據(jù)軟壓光輥面斑馬紋形成情況，將已產(chǎn)生斑馬紋和振動的軟壓光輥的膠層分為3層：疲勞破壞層、過渡層和未破壞層，其結(jié)構(gòu)見圖2。

筆者就軟壓光輥斷面膠層情況 (圖2)分析如下：

(1)疲勞破壞層。這一區(qū)域的膠層已嚴(yán)重破壞，厚度大約有0.2 mm，軟壓光輥材料特性完全喪失，完全達(dá)不到使用要求，下機(jī)磨削輥面時(shí)必須全部去掉。如果疲勞破壞層在磨削時(shí)沒有完全去掉則下次上機(jī)就會產(chǎn)生惡性循環(huán)，很短時(shí)間后就會產(chǎn)生振動和斑馬紋。泉林紙業(yè)在實(shí)際生產(chǎn)中，也有過一壓區(qū)磨削后的軟壓光輥上機(jī)5天就產(chǎn)生振動和斑馬紋的情況，后來經(jīng)過總結(jié)分析就是這個(gè)原因。

圖2 軟壓光輥殼斷面圖

(2)過渡層。這一區(qū)域的膠層從外到內(nèi)性能破壞程度依次減輕呈階梯分布。磨削輥面時(shí)這一區(qū)域磨削量的控制很關(guān)鍵：磨削量太小，下次使用時(shí)膠層就容易被破壞而產(chǎn)生疲勞破壞時(shí)間就很短;磨削量太大，就會產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)且造成膠層總壽命縮短。由于條件所限，無法測量過渡層的厚度，就采取試驗(yàn)?zāi)ハ鞯姆椒▉砜刂啤?/p>

(3)未破壞層。這一區(qū)域的膠層完全沒有產(chǎn)生疲勞損壞的，也沒有產(chǎn)生塑性變形，包膠材料分子連接良好，材料性能保持完好。磨削時(shí)，要控制磨削程度不能到達(dá)這一層，否則會產(chǎn)生很大的浪費(fèi)。

目前一般的磨削標(biāo)準(zhǔn)要求是按直徑去除 (一般都控制在直徑上0.5 mm)，而不是控制疲勞破壞層的去除量相同。也就是有時(shí)嚴(yán)重疲勞破壞層的去除沒有達(dá)到要求，再次上機(jī)軟壓光輥表面很快就會產(chǎn)生斑馬紋;有時(shí)磨削量過大而產(chǎn)生浪費(fèi)。所以，軟壓光輥磨削的關(guān)鍵在于疲勞破壞層去除量的控制。

3 合理的磨削方法

根據(jù)以上分析，筆者結(jié)合使用情況和磨削工藝，總結(jié)出以下軟壓光輥的磨削方法。

3.1 下機(jī)軟壓光輥的冷卻和初步變形恢復(fù)

軟壓光輥下機(jī)后，首先要進(jìn)行降溫處理和初步的變形恢復(fù)。因輥?zhàn)釉跈C(jī)臺上運(yùn)行時(shí)的溫度一般都達(dá)到100℃以上，輥殼和包膠材料都存在著溫度應(yīng)力和變形應(yīng)力。如果下機(jī)不進(jìn)行降溫處理而直接進(jìn)行磨削，則在輥?zhàn)訙囟认陆岛?，溫度?yīng)力釋放還會產(chǎn)生溫度形變，就保證不了軟壓光輥磨削后的精度。

軟壓光輥下機(jī)的冷卻和初步變形恢復(fù)的具體方法是：軟壓光輥下機(jī)后，放置在與使用車間環(huán)境類似的地方24 h，并定時(shí)進(jìn)行人工旋轉(zhuǎn)處理 (一般每3 h轉(zhuǎn)1.25圈)，然后再放置在與室外環(huán)境溫度接近的地方進(jìn)行同樣降溫、恢復(fù)處理 (注意冬季要保證5℃以上)，嚴(yán)禁快速降溫。這種方法的目的就是徹底消除溫度應(yīng)力和初步消除變形應(yīng)力。

3.2 磨床上的變形恢復(fù)

軟壓光輥下機(jī)進(jìn)行降溫處理和初步變形恢復(fù)后，運(yùn)輸?shù)侥ゴ惭b卡，此時(shí)也不能立即進(jìn)行磨削，而是在1/10左右車速下運(yùn)行進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)，目的是恢復(fù)軟壓光輥輥殼在長期高線壓和較高溫度工作時(shí)而產(chǎn)生的彈性變形和輥面膠層變形、消除殘余變形應(yīng)力，一般運(yùn)行時(shí)間為8～16 h，時(shí)間太短則達(dá)不到效果。

3.3 磨床上的數(shù)據(jù)測量及粗磨

軟壓光輥?zhàn)冃位謴?fù)后，必須在磨床上精確找正并進(jìn)行輥面初始圓跳動值的精確測量。經(jīng)過多次測試分析，得到軟壓光輥面初始圓跳動值與斑馬紋程度關(guān)系 (見表1)。表1數(shù)據(jù)是筆者在泉林紙業(yè)的3750/1000紙機(jī)軟壓光機(jī)上實(shí)測的，不同的機(jī)臺和設(shè)備可能數(shù)據(jù)不太相同，但數(shù)據(jù)和斑馬紋程度的相對關(guān)系是相類似的。

表1 軟壓光輥圓跳動值與斑馬紋的關(guān)系

根據(jù)測得的圓跳動值對粗磨的軟壓光輥進(jìn)給量進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定目標(biāo)是必須將嚴(yán)重的疲勞破壞層除去。設(shè)定的公式為：

粗磨磨頭總進(jìn)給量=測得的最大圓跳動值×1.2

3.4 磨床上的半精磨和精磨

軟壓光輥粗磨完成后，半精磨、精磨的磨頭總進(jìn)給量也要根據(jù)軟壓光輥磨前圓跳動值來確定，結(jié)合軟壓光輥的使用狀況試驗(yàn)著進(jìn)行磨削量的設(shè)定，按表2設(shè)定，精磨的輥面一般都能達(dá)到上機(jī)要求 (一般企業(yè)生產(chǎn)中要求軟壓光輥輥面圓跳動值在0.05 mm以內(nèi))。

表2 圓跳動值與精磨進(jìn)給量的關(guān)系

3.5 磨床上的表面拋光

因?yàn)槟壳暗能泬汗廨佪伱姘材z層都是復(fù)合材料，里面都添加了合成纖維。軟壓光輥輥面精磨會在輥面殘留很多的合成纖維，這些合成纖維如不去除將影響紙幅的表面質(zhì)量、使軟壓光輥輥面受力不均勻，從而減少軟壓光輥的在機(jī)壽命，所以精磨后必須用金剛石砂帶進(jìn)行拋光除毛刺。

4 結(jié)論

按本文所述的磨削方法經(jīng)過近兩年的實(shí)踐，在其他生產(chǎn)條件不變的情況下，磨削后的軟壓光輥的在機(jī)使用壽命可延長25%～50%，達(dá)到良好的效果。這種方法也可用在磨削壓榨部可能產(chǎn)生母線方向斑馬紋的可控中高輥、真空壓榨輥等，都達(dá)到了很好的效果。

［1］ 楊振宇．軟輥壓光機(jī)的運(yùn)行實(shí)踐［J］．中國造紙，2001，20(4)：19．

［2］ 田振輝，巢建平，謝禮立．橡膠復(fù)合材料疲勞破壞特性［J］．復(fù)合材料學(xué)報(bào)，2005(1)：34．

［3］ 陳克復(fù)．制漿造紙機(jī)械與設(shè)備(下)［M］．2版．北京：中國輕工業(yè)出版社，2008．

［4］ 張承武．制漿造紙手冊(第九分冊·紙張抄造)［M］．北京：中國輕工業(yè)出版社，2007．

［5］ 彭萬桃，巢建平．國產(chǎn)雙壓區(qū)軟壓光機(jī)結(jié)構(gòu)原理及安裝調(diào)試［J］．江蘇造紙，2005(1)：31． CPP

Practical Grinding Method for Soft Calender Roll

TIAN Ming-de1，2
(1．Shandong Polytechnic University，Ji'nan，Shandong Province，250353;2．Shandong Tralin Group，Liaocheng，Shandong Province，252800)

The cause of zebra grains on the soft calender roll is described to the material fatigue according to material mechanics principle．There are three outer layers of the soft calender roll，i．e．the serious damaged layer which is almost 0.2 mm thick，the controlled grinding transition layer and the basic layer which maintains the material character．The methods for grinding these three layers are discussed．The soft calender roll grinding method including lowering down the temperature，recovery deformation，measuring，controlling the grinding amount and finishing is summarized．

soft calender roll;zebra grain;grinding method

TM 734.4

B

0254-508X(2012)02-0046-04

田明德先生，工程師，在讀工程碩士研究生;主要研究方向：輕工機(jī)械。

(E-mail：tianmingde@126．com)

2011-09-16(修改稿)

(責(zé)任編輯：常 青)