专利名称：纺纱机的开松装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纺纱机，特别涉及一种自由端纺纱机的开松装置。该开松装置装备有用于使输入的纤维条子的纤维各个分离的金属针布或针布环。另外，本发明还涉及该开松装置的制造方法。
背景技术：
制造纱线时，在一定的工作步骤中，要求把要加工的纤维彼此分开，也就是说，把该纤维结合体彼此松开。在另一种制造步骤中，例如要求把纤维尽量安排成彼此平行。这种过程称之为平行作用。不论是在纤维开松时还是在纤维平行时，要加工的纤维在与加工装置有一种机械接触。在机械接触之后，在装置上出现一种机械磨损，这种机械磨损一方面对装置的使用寿命不利，另一方面对生产的产品质量也不利。这种磨损现象在自由端纺纱机的开松装置方面特别明显。其间，开松辊以每分钟几千转的速度进行旋转。固定在开松辊圆周上的针盘元件以高速冲击应使纤维各个分离，并且使此纤维加速。此时，大的磨损力对装置的相应构件施加影响。设置针盘元件的可能性在于，给开松辊装备许多针状元件，该针状元件每当循环一次，即从纤维条子中把纤维松开来并把它取走。另一种技术性解决办法规定，把针盘做成锯齿形状。此时，由一根长针布线材构成特别的金属针布，证明可靠适用，由此长金属线材冲压成锯齿轮廓。这样制造的金属针布，随后凭借一种螺旋形槽固定在开松辊上。另一种解决办法规定，开松辊设计为单体的。此时，锯齿几何形状通过车削和磨削形成工件的一部分。
由于机械磨损大，针盘表面必须主要具有抗阻力。另外，要求制造这种磨损部件的费用不大；而且安装花费尽量少。这就是例如表面涂覆或上部结构要特别硬，而且不要进行加工或进行很难的加工。另外，表面特性要与应加工的材料相匹配，因而部分不要适用某种较容易加工的表面。
发明内容
本发明的任务在于创造一种开松装置和一种制造该开松装置的方法。当生产的产品质量特别稳定时，用简单加工改善其使用寿命。另外，可以进行调整使要加工的产品很好地匹配。
当前要通过开松装置来解决问题，此开松装置特点是特别是金属针布要根据支撑环几何形状进行预弯曲，针布环要达到加工件几何形状的要求。根据本发明，相应的工件表面具有一种至少为双层结构，外层是材料涂覆。该材料涂覆是全部或部分由特硬的硬质材料组成的，而其下面为基底层。外层在涂覆之前，以有效的方法进行成型，必要时可以把特硬的和脆性的外层安置到开松装置承受磨损的表面上涂覆，否则的话，如果事后成型，常常会导致剥离。因此，由于外层内硬质材料组分有变化，表面特性也会变化。这样，硬质材料组分愈多，表面就更具有抗阻力的能力，而相对于要加工的纤维而言，表面就愈硬，反之亦然。除组成部份之外，在外层中加入的硬质材料的特性根据需要也可以有变化。这种调整根据使用者需求、特别是使用者纺纱工艺的要求也可以进行校准。
在这方面，当外层的硬度大于1500HV、特别是大于2000HV时，是特别有利的。这种硬度范围在实际应用中经过考验证明可靠，当单个纤维同时处理的话，有着很高的使用寿命。如有需要，根据本发明，经过硬质材料组分以及该材料组分的处理，在外层中较大的硬度值2500HV以及更大的硬度值都可以达到。
外层的涂覆用CVD、PVD或等离子体CVD方法进行涂覆，证实是很有益的。这些方法共同的一点就是保证层厚很均匀。特别是用PVD和等离子体CVD方法涂覆外层时，温度可以很低。这就意味着，当使用这种方法时，基底材料的组织结构只发生很小的变化。
对于外层组成，特别是经过考验证实，外层硬质材料组分有选择地含有化合物CrN、CN、CrCN、TiN、TiCN、TiAlN、AlTiN、ZrN、NbN，WC中的一种或多种，并具有类似金刚石的碳素钢(DLC)的特性。所述的化合物或材料中的每一种可以单独使用，也可以与其他化合物或材料中的一种或多种结合起来使用。因此，需要时其特性可以有效的方法将彼此结合起来。
在本发明的有效实施形式方面，外层进行涂覆，使外层设计成单一成分。在单层的涂覆方法上，如前所述，具有一种可以自由选择的硬质材料组分或一种或多种硬质材料的外层，可以直接在基底层上进行涂覆。因此，含有硬质材料的外层的数量和质量可以很好地适应于相应的要求。在这种实施形式方面，材料表面的磨损强度和性能，通过所应用的硬质材料组分的种类和数量的适当选择，可以与要加工的纤维相适应。
本发明另一种较佳的实施形式就是把外层设计成多层，外层是由许多层构成的。特别有利的是把比较有弹性的层与最具抗阻力能力的硬质层交替配置。这种结构在此实施形式方面相当于一种夹心面包式实施形式。这种弹性和硬质层交替配置的优点在于，一方面取得了特别具抗阻力能力的表面，同时通过弹性层最大程度地保持了构件的柔韧性。因此，硬质表面剥落的危险或松开的危险大大地降低了。
本发明另一种较佳实施形式规定，外层含有纳米范围大小的、弥散松散的硬质材料粒子。所谓的纳米粒子由于其几何结构尺寸很小而紧紧固定在外层中，因此，当操作运行时，不会任意地松脱开来。该粒子由于其硬度高可以显著地提高构件的磨损强度，同时配置在弹性的基底中。
为了提高抗阻力的能力，本发明的一个较佳实施形式规定，外层经沉淀硬化处理。根据现有的技术水平沉淀硬化法是本领域的普通技术人员所熟知的，根据本发明，沉淀硬化法可以进一步改善本发明装置有利的特性。特别是通过适当弥散松散的rpm大小的硬质材料粒子的选择，外层在沉淀硬化处理之后可以形成更加具有耐磨性。
本发明另一个较佳实施形式规定，基底层，特别是开松装置受磨损部份的表面，在外层涂覆之前，最好以外层途覆的温度进行退火。外层涂覆时可能出现的组织结构变化的情况可予去除。因之，退火温度最好与外层以后的涂覆温度相同。如前所述，PVD和等离子体CVD方法的优点是涂覆温度特别低。
特别有利的是，外层的层厚在2μm至8μm之间。在此范围内，涂覆的外层一方面能足够地保护其下面的基底层，同时又保证了层厚不至于大到出现剥落或松开。
本发明另一个完整的较佳实施形式规定，在外层和基底层之间安置了一个支架层，此支架层有二个功能，第一个功能是在基底层和其上的层之间产生可靠的粘附。支架层第二个功能是消除基底层的不平度和不均匀性，从而为外层取得一个很均匀的接触面。有一个实施形式规定，支架层就是一种凭借化学方法涂覆的层。至此，有效地采用一个以化学方法获得的镍磷层的支架层，以化学方法涂覆的层，特别是先前所述的那种层的优点是，层厚非常均匀。
为了特别保护处理要加工的纤维，已证实特别有利的方法是外层去除毛刺和抛光。这一点原则上可以采用全部已知的去除毛刺办法和方法来进行，特别是化学方法去除毛刺，和电气化学方法去除毛刺，都证实是很适宜的。这样金属针布和针布环加工的光滑的表面用以保护要加工的纤维，但在纺纱过程中会产生微小的灰尘。去除毛刺再抛光，或者不去除毛刺仅进行外层抛光也行。这一点可以例如通过根据本发明所述的构件和抛光液体之间的相对运动来进行。抛光液体带着硬质材料粒子，通过重复碰撞使构件表面光滑。例如金刚石粒子、刚玉、碳化硅和氮化硅都可以当作硬质材料粒子使用，这些材料的硬度全都非常大。如果例如让一个开松装置经过较长时间在一个这样的抛光液体中转动，那么就可以得到一个非常光滑而且具有抗阻力能力的表面。
本发明另一个较佳实施形式规定，支架层是一个采用电镀方法涂覆的层。在这方面证实为非常有利的是，这个层是一个电镀涂覆的镍层。电镀涂覆的层制造起来价廉物美，而且可以涂覆得足够均匀。
本发明另一个完整的实施形式规定，支架层是一种附加的硬质材料层。相对于先前所述的具有硬质材料组成部份的外层，这个作为支架层设计的硬质材料层例如可以鉴于弹性大和粘附强经过适当的材料选择来进行最优化。
支架层的层厚最好是在3μm至10μm，此外，支架层的层厚稍微比外层的层厚大一些。在这方面，因为支架层的层厚增加而能够消除基底层上的不平度。
本发明一些较佳实施形式规定，支架层在温度为320℃至370℃，特别是350℃时进行退火。如果使用例如一种以化学方法涂覆的镍磷层作为支架层，那么，支架层通过这样的温度退火就可以达到硬度900-1000HV。这就是一种非常稳定的层，在此稳定的层上，一个涂覆于其上的外层一方面找到了很好的立足点，另一方面又有了很牢固的基础。
根据本发明制造开松装置的方法给相应的工件表面规定了一种至少为双层结构，其间，在其下面的基底层上涂覆了一个外层，此外层是一个硬质材料层，而且全部或部分由很硬的硬质材料部份构成。另外，本发明所推荐的方法的特征在于，金属针布最好按照一种支撑环的几何形状进行预弯曲或根据要求加工件形状的针布环进行制造。本发明其他有效的实施形式则根据下面相关从属的权利要求。
本发明将结合以下实施形式和附图作详细说明，图中图1表示根据本发明开松辊的侧视图；图2表示一段金属针布的侧视图；图3表示一种预弯曲的金属针布的示意图；图4表示一种带金属针布的开松辊的局部截面图；图5表示一种单体的针布环的局部截面图；图6表示一种本发明的带单层的表面结构；图7表示一种本发明的带多层的表面结构；图8表示一种本发明的带松散的硬质材料粒子的表面结构；图9表示一种本发明的根据图6带附加支架层的表面结构；图10表示一种本发明的根据图7带附加支架层的表面结构；图11表示一种本发明的根据图8带附加支架层的表面结构。
具体实施例方式
图1以侧视图的形式表示根据本发明的开松辊1。在一个支撑环2上，在其径向外圆上配置了一个金属针布3。金属针布为许多线圈，有一个恒定不变的斜度，按照轴向配置在支撑环2上。开松辊1按照正常的运行状态以高转速围绕轴4旋转。按照对开松辊1的径向，例如以纤维条子形式输入的纤维，当达到金属针布3的针盘元件时被抓住，并且从纤维条子中脱开出来。针盘元件由于速度高，持续运行时遭受到很大的机械磨损。
图2以侧视图的形式表示一段金属针布3。金属针布3具有一个针脚范围5，该针脚范围用于固定在支撑环2上。特别是使用的针脚形状与支撑环2的针槽形状要匹配，并证明实际上固定金属针布3是可靠的。在金属针布3较上的一面有针盘元件，该针盘元件在本发明的情况下设计成锯齿6形状。锯齿6在一个侧面有一个平坦上升的边7，而在相对面有一个陡峭下降的边8。通常在两个边之间形成针尖8倾向于一侧，该针尖给开松辊1规定了一个旋转方向9。
图3以示意图的形式表示金属针布3的螺旋线的线圈，该金属针布按规定的直径d进行了预弯曲。该直径d或精确符合或近似符合支撑环2的外径，和支撑环2上所属针槽的针槽底的直径。因此，用于安装在支撑环2上的预制金属针布3不会遭受巨大的变形。在金属针布3表面涂上的涂覆，在安装时也几乎不会遭受变形。
图4以轴向截面图的形式表示半个根据本发明的开松辊1，支撑环2的头部用粗实线表示在截面上。支撑环2中添加了一个螺旋形走向的针槽10，在此针槽中用细实线表示金属针布3。
图5表示开松辊1另一种可能的实施形式。开松辊备有一个针布环1。在此实施形式中，支撑环2与于其中配置的针尖8为单体结构。这样一种针布环11可以例如通过在车床上切削加工来进行制造，随后，通过对事先切削加工的锯齿根部进行横向磨削加工，紧接着锯齿轮廓进行运行。图6表示本发明的一种较佳实施形式的结构。在该结构方面，其中上面是工件外面，而下面表示工件内部的范围。金属针布3和针布环11的材料，下面称之为基底层12是下基底层。在基底层12上涂覆了外层13，此外层的层厚为2-8μm。外层13的涂覆采用PVD，CVD或等离子体CVD方法来进行。而最好使用PVD和等离子体CVD方法，因为这两种方法的涂覆温度比CVD方法明显较低。因此，当涂覆时避免了基底层12中因热引起剧烈的组织变化。为了改善制造的工件的尺寸和形状精度，在外层13涂覆之前，基底层12要进行退火，退火的温度最好要符合外层13进行涂覆时的温度。此外，按照这种方式，在外层13进行涂覆时出现的组织变化的情况可以去除。外层13在这个实施形式方面设计成单层。这种外层13含有硬质材料组分，这种组分不仅其质量而且其数量都符合相应的需要。作为可以构成硬质材料组分的材料实例可参见先前已经阐述的材料或元素，如铬，钛，铝，锆，铌，碳化钨化合物等等，以及具有类似金刚石特性的、并以DLC为名称的材料。
图7是本发明另一较佳实施形式的表面结构的示意图。下面的部份又一次表示基底层12，该基底具有如先前已经在图6中叙述的基底层12一样的特性。在这方面涉及一个多层外层，在这一点上，就这个实施形式而言，处于其上面的外层13结构是不一致的。其中这个外层的层厚也为2-8；但是现在两种不同类型的材料交替重叠地相互连接。这种夹心面包μm式的层配置，使得不同类型的材料及其优越的特性能够互相结合，而且在外层13之内同时使用特别有弹性的和特别具有抗阻力能力的材料成为可能。这样，例如没有阴影线表示的第一个层14就可能是一个特别有弹性的层；而其上面的一个特别具有抗阻力能力的第二个层15则与基底层12和其下面的层紧紧地连接着。如果这样一种结构的构件遭受变形的话，那么，在硬质层15中发生的内应力比在全部层厚均为硬质材料的情况就明显的小。因此，剥离或许完全不发生，或许只在极端特殊的情况下才发生。
图8表示另一个较佳实施形式。在此实施形式中，基底层12一样保持不变。然而，外层13要涂覆，可是这次外层含有弥散的纳米级大小的硬质材料粒子13a。在此，应当注意，图8中所表示的尺寸大小比例，特别是硬质材料粒子13a的大小比例并非真实的大小比例。松散的硬质材料粒子13a的贮藏大大地提高了外层13的耐磨强度。另外，可以通过硬质材料粒子13a相应的材料选择，和作为微粒弥散硬化层，作进一步加工处理，来改善外层抗阻力的能力。在此实施形式方面，外层13的层厚按照2-8μm的范围来设置，使得层一方面有足够的磨损防护力，同时由于控制了内应力不会产生剥离。
图9表示本发明另一个较佳实施形式。在此实施形式中，在图6所述的外层13和同样由图6所述的基底层12之间，配置了一个附加的支架层16，该支架层的层厚最好是3-10m。支架层16有双重任务。第一个任务是改善外层13和基底层12之间的粘附性。第二个任务是消除在基底层12表面上存在的不平度，和给外层13提供一个特别准备好的接触面。支架层16可以有选择地用化学法或用电镀法进行涂覆。适宜于化学法的特别是化学镍磷层，而适宜于电镀法的是电镀镍层。这样产生的表面特别清洁且没有损伤，而且使用此高技术可以使生产有很好的重复性。再者，对相应的支架层，现在已经可以达到很高的硬度。如果使用镍磷层作为支架层，那么纳米级支架层表面最好在350℃时退火，就可以达到硬度值约1000HV。从而为以后接着要进行涂覆的外层13建立一个特别良好的基础。此外层不仅硬而平整，且粘附性良好。
如同在图7和图8中所阐述的一样，图10和图11再一次表示了基底层12和外层13。但是与前面的图例不同的是，相应地在外层13和基底层12之间配置了根据本发明的支架层16。
本发明不局限于所阐述的实施形式，而且在权利要求范围内可能有很多本发明的变化型式。除了下面要求中所述的硬质材料组分之外，还可以使用其他合适的，具有其他特性的材料和化合物。也可以把为开松装置介绍的层结构用到纺织机其他遭受磨损的构件上，例如纱线退绕喷嘴或纺纱杯。另外，也可以设想把硬质材料组分与其他材料混合使之成合金，或把这些材料在纯状态下应用。
权利要求
1.纺纱机，特别是自由端纺纱机的开松装置，装备有一个金属针布(3)或一个针布环(11)，用于使一个输入纤维条子的纤维各个分离，其特征在于，金属针布(3)和针布环(11)的表面具有一个至少两层的结构，其中，一个外层(13)，为一个硬质材料层，该硬质材料层全部或部分由特别硬的硬质材料组分构成，以及一个基底层(12)，它处于外层(13)下面。
2.如前述权利要求所述的开松装置，其特征在于，金属针布(3)根据一个支撑环(2)的几何形状进行预弯曲。
3.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，外层(13)的硬度大于1500HV，特别是大于2000HV。
4.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，外层(13)用CVD、PVD或等离子体CVD方法涂覆。
5.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，外层(13)的硬质材料组分有选择地含有一个或多个化合物如CrN、CN、CrCN、TiN、TiCN、TiAlN、AlTiN、ZrN、NbN、WC，或者具有类似金刚石的碳素钢(DLC)的特性。
6.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，外层(13)设置成单层。
7.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，外层(13)设置成多层。
8.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，外层(13)具有纳米范围大小的弥散松散的硬质材料粒子(13a)。
9.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，外层(13)是沉淀硬化的。
10.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，基底层(12)在外层(13)涂覆之前，退火温度最好是外层(13)的涂覆温度。
11.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，外层(13)的层厚在2-8μm之间。
12.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，在外层(13)和基底层(12)之间为涂覆的支架层(16)。
13.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，外层(13)去除毛刺和/或抛光。
14.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，外层(13)用化学方法或电化学方法去除毛刺。
15.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，外层(13)用抛光液体抛光。
16.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，抛光液体含有硬质材料，特别是含有金刚石、刚玉、碳化硅或氮化硅。
17.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，支架层(16)是一种用化学方法涂覆的层。
18.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，支架层(16)是一种用化学方法涂覆的镍磷层。
19.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，支架层(16)是一个用电镀方法涂覆的层。
20.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，支架层(16)是一个用电镀方法涂覆的镍层。
21.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，支架层(16)是一个附加的硬质材料层。
22.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，支架层(16)的层厚在3-10μm之间。
23.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，支架层(16)的退火温度为320℃-370℃，特别是350℃。
24.如前述任一权利要求所述的开松装置，其特征在于，支架层(16)的硬度至少为900HV，最好是1000HV或更大些。
25.一种用于纺织机中的金属针布或针布环，其特征在于，其表面是根据前述权利要求中任一要求而设计的。
26.一种用于纺织机的纱线退绕喷嘴，其特征在于，其表面是根据前述权利要求中任一要求而设计的。
27.一种用于纺纱机，特别是自由端纺纱机的纺纱杯，其特征在于，纺纱杯内部轮廓表面至少部分是根据前述权利要求中任一要求而设计的。
28.一种纺纱机，特别是自由端纺纱机的开松装置的制造法，此开松装置装备了一个金属针布(3)或一个针布环(11)，其特征在于，金属针布(3)和针布环(11)的表面有一个至少为双层的结构，其中，在基底层(12)上涂覆了一个外层(13)，该外层是一个硬质材料层，而且全部或部分由特别硬的硬质材料组分构成。
29.如前述权利要求所述的方法，其特征在于，金属针布(3)根据支撑环(2)的几何形状进行预弯曲。
30.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，外层(13)用CVD，PVD或等离子体CVD方法涂覆。
31.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，以选择的方式把化合物CrN、CN、CrCN、TiN、TiCN、TiAlN、AlTiN、ZrN、NbN、WC或具有类似金刚石的碳素钢(DLC)的特性的材料作为硬质材料组分来使用。
32.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，外层(13)使用单层或多层地涂覆。
33.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，纳米范围大小的弥散松散的硬质材料粒子施加入外层(13)。
34.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，外层(13)要进行沉淀硬化处理。
35.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，基底层(12)在外层(13)涂覆之前，退火温度最好是外层(13)的涂覆温度。
36.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，在外层(13)和基底层(12)之间安装一个支架层(16)。
37.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，外层(13)去除毛刺和/或抛光。
38.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，外层(13)用化学方法或电化学方法去除毛刺。
39.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，外层(13)用一种抛光液体进行抛光。
40.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，使用一种含有硬质材料的抛光液体，特别是金刚石，刚玉，碳化硅或氮化硅。
41.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，支架层(16)用一种化学方法或电镀方法涂覆的。
42.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，涂覆一种附加的硬质材料层作为支架层(16)。
43.如前述任一权利要求所述的方法，其特征在于，支架层(16)的退火温度为320℃-370℃，特别是350℃。
全文摘要
本发明涉及纺纱机，尤其涉及自由端纺纱机的一种开松装置，该开松装置装备了用于把输入的纤维条子的纤维各个分离的金属针布(3)或针布环(11)，本发明的开松装置的特征在于，金属针布(3)根据支撑环(2)的几何形状进行预弯曲，并且针布环(11)具有所要求的加工件几何形状，而且相应的工件表面具有一个至少两层的结构，其中，一个外层(13)是一个硬质材料层，硬质材料层是全部或部分由特别硬的硬质材料组分构成，而且置于基底层(12)的上面。
文档编号C23C14/06GK1789508SQ20051008110
公开日2006年6月21日 申请日期2005年6月20日 优先权日2004年6月18日
发明者E·施尼勒, J·舍默尔, M·布尔歇特, W·芬克 申请人:利特英格纺织机械制造股份公司