李长江

（唐山融丰特种纸业有限公司，河北 唐山063001）

卷烟盘纸生产用瓦型气胀轴的国产化及其改进与提高

李长江

（唐山融丰特种纸业有限公司，河北 唐山063001）

我国的瓦型气胀轴来源于进口分切机的引进。当时的唐山第一造纸厂于1991年从德国格贝尔公司引进了Optima－1250型和Rapid－d1250型分切机，用于生产卷烟盘纸、滤嘴棒成型盘纸，产品被国内多家卷烟厂认可。上世纪九十年代初将这两种分切机上的分切、复卷、传动等部分中的一些关键机械零部件进行了国产化的尝试研制［1，2］并获得了成功［3］。有了上述国产化的初步经验，于是考虑瓦型气胀轴的国产化。

瓦型气胀轴（简称“轴”）是分切机上复卷部分的复卷轴，它将分切成的纸条卷成盘纸，在分切部分保证“纸条两边是距离相等的直线且无纸毛”、不影响盘面的平滑度质量、复卷部分的复卷辊－压纸辊使用正常的情况下，盘纸的“紧、圆、平”质量主要由轴的高使用性能保证，因此该轴是分切机上最关键的部件之一。其基本结构和使用情况如下：

轴的中部是管状轴身，两端装轴头，轴身内安装橡胶管——气囊，其外是内瓦，上面装有弹簧，轴身外面安装数量与内瓦相等的外瓦，两种瓦件之截面为瓦型、由支持柱连接；在一端轴头上安装一个充气阀。使用时，将气囊充气使内瓦外移，从而推动外瓦向外移动将装于轴上的塑料环胀紧，然后即可将轴装于分切机上卷纸，见图1。

图1 瓦型气胀轴胀紧塑料环断面示意图

1 目前国内卷烟盘纸生产用复卷轴的现状

1.1 实心光轴

极少量的企业在用实心光轴，由于使用性能较差，生产的卷烟盘纸质量较低，处于被淘汰地位，进口轴也不例外。

1.2 长键型气胀轴（含长铝胶键型气胀轴和长胶键型气胀轴）

意大利I MS公司制造的高速分切机用的长铝胶键型气胀轴的使用性能及效果是：分布于轴上的16条或9条长键（广东、安徽某卷烟纸生产厂用轴）将塑料环胀紧后，环呈近似正多边形而不是圆形，致使轴在卷纸转动时不平稳、有跳动和振动；“长铝键对塑料环有定位作用”甚微，却常影响使用性能；“台阶式升速卷取”对轴造成一些振动；上述均降低了轴的使用性能。因此生产的盘纸不是高质量的，有时造成盘纸分不开，降低了成品率；操作难度大且复杂；结构较复杂、故障点较多等等，该轴的使用性能不太理想，不适于生产高质量的卷烟盘纸。

1.3 国产瓦型气胀轴

国内有多家机械制造厂也在生产此种轴，质量差异较大。大多数的轴用于低速分切机生产普通盘纸。有些轴用于卷烟纸、过滤嘴棒纸生产厂的低速分切机：有的轴生产的盘纸是较低质量的；有的轴用户使用不久就出现质量问题，只好送回原厂返修，甚至不断地进行返修；有的轴与国产宽幅（1650 mm）分切机配套，由于轴的制造质量较差，只能低速生产；有的轴甚至在低速生产时也无法使用，如具有出口业务、规模较大的某企业生产的轴用于意大利I MS公司制造的高速1000 m／m i n）、宽幅（1650 mm）分切机，当车速刚刚升到200 m／m i n时就无法工作，用户只好将其退回生产厂，等等。

2 国产化

2.1 测绘与设计

2.1.1 测绘与确定材质

在全面、准确地完成零件的几何形状、外形尺寸等项测绘工作后，根据零件在轴上的安装位置、作用、工作状态分析其受力情况及应该达到的机械性能和对热处理、切削性能等的要求，确定各零件的材质，用国产材料代替进口材料。

2.1.2 设计

在满足零件对机械性能的要求、并考虑经济性的基础上进行了合理地设计，包括：尺寸精度、粗糙度、形位公差及对热处理、表面处理等的技术要求；非金属橡胶件的力学性能、材质、尺寸精度及加工方法的要求等；装配时的有关要求；装配后的轴进行充气试验、静平衡和动平衡试验等技术要求。绘制了清晰、完整、正确的工作图纸。

2.1.3 制订加工工艺

制订了完整、正确的机械加工、热处理和装配等加工工艺文件，设计、制作了专用工装，为加工质量提供了技术保证。

2.1.4 检验与试验

零件在加工中的每一道工序都有专职质检员检验，不符合图纸要求的不转下道工序、不出厂。轴在装配完后，进行了充、放气及保压试验检查密封质量，同时进行了外瓦的胀紧与收紧效果检测。轴做完静平衡试验后，又在动平衡试验机上进行了较高精度的动平衡试验。

2.2 选择加工单位

该轴是结构较复杂、技术含量较高的部件，从零件的冷、热加工到整轴的装配都有较大的难度，因此加工单位的选择是保证加工质量的关键。选择了能够制订完整、正确的加工工艺文件、设计并制作配套工装，具有加工设备、试验设备性能高而齐全、检测手段完备、技术力量雄厚、人员素质好、管理水平高的军工企业作为加工单位。

2.3 使用效果

经使用，国产化的瓦型气胀轴可牢固地将塑料环胀紧、决不打滑；轴在转动卷纸时无轴向窜动，只有微小的跳动且比较平稳，车速可达该机的设计车速，说明轴的技术性能较好，因此，卷制的盘纸紧而圆且盘面的平滑度较好、年轮较轻，盘纸的质量好；分盘较容易，很少用橡胶锤敲打，成品率较高；国产的气囊、充气阀等件无损坏、轴不漏气、密封好；由于外瓦等件的材质、热处理质量好，所以强度、耐磨性均好。与美国制造的轴进行了使用对比，其使用性能高于美国进口轴。

2.4 结论

国产化的瓦型气胀轴的使用性能、使用效果不低于德国进口轴而高于美国进口轴，使用寿命高于进口轴。表明轴的设计合理、加工质量高、国产化是成功的。是国内第一家国产化成功者并获得国家专利权［4］。经多家卷烟纸、过滤嘴棒纸生产厂使用后认为：国产化的轴能够满足进口分切机的配套要求，可以替代进口轴。国产轴的价格比进口轴价格低很多。

图2 德国格贝尔公司Optima－1250 分切机（卧式）瓦型气胀轴Ф 120×1300×1600

3 改进与提高

3.1 改进设计、提高使用寿命

德国的瓦型气胀轴虽然使用性能较好，但也存在着不足或缺陷。在修理、更换轴身内部零件，拆、装轴头时，由于轴身的材质较软，造成端部的止口变形而无法修理，轴只能经一次性使用而报废，太可惜了。如此昂贵的轴不能修理，这不符合厂情、国情。于是，在进行国产化的同时对此轴进行了改进设计，方案是：

在保证轴的整体结构、技术性能不变的前提下，将部分零件的材质、结构、尺寸等进行了改进设计并对有关零件安排了热处理。经使用、修理表明：轴的使用性能未降低；而轴可以进行拆装、修理、更换轴身内部零件了，并没有因拆装降低相关零件的尺寸精度和装配精度，轴可以进行多次拆装、修理。改进设计是成功的。自行设计改进的国产轴都可以进行修理，大大延长了使用寿命，可为企业节省大量资金。

3.2 提高制造水平、保证更高的使用性能

近年来，我国的卷烟行业发展很快，既提高了卷烟速度（12000支／min），又增加了高档盘纸的需求量。原德国制造的生产车速较低（400 m／min）、幅面较窄（1250 mm）的分切机已不能满足发展的需要，为此，国内一些卷烟纸生产厂从国外引进了高速（1000 m／min）、宽幅（1650 mm）、高使用性能的分切机。因此，配套的复卷轴必须是高质量的。为将瓦型气胀轴的使用性能提到更高水平，制订并提高了轴的制造质量标准：

轴的卷纸幅面增宽，因为高速运转，必须有更高的强度、刚度及耐磨性；外瓦的同步外胀高度须是高精度的；由外瓦胀紧塑料环后形成的圆柱形外表面的直径尺寸、圆度、平直度等必须是高精度的，以保证由环组成的塑料管的圆度、平直度及与轴之同轴度是高精度的；轴应具有高技术性能和高使用性能且使用寿命长。

为此，在制造方面做了如下工作：

一些关键件选择经过热处理后的机械性能具有高强度、高硬度、高耐磨性的军工产品使用的材料；

提高全部零件，特别是主要、关键零件的设计标准，包括结构、几何形状、尺寸及精度、粗糙度、形位公差、技术要求等；提高装配的相关技术标准；进一步提高动平衡的试验精度；

提高加工工艺设计标准，使之更加完整、准确，设计新型工艺解决加工难度大的关键件的加工，保证高质量，如外瓦的平、直度形位公差要求高，加工难度很大，为此设计了一种最新的加工工艺解决了这一难题；

安排关键零部件在进口的高精度数控机床上加工，保证高质量。

3.3 使用效果

经生产使用，新制造的宽幅瓦型气胀轴在从零车速起步一直升到1000 m／min的最高车速直至卷完盘纸的全过程中转动平稳、无跳动、无振动，不存在“低速卷取”和“台阶式升速卷取”问题，表明轴的技术性能很好且生产率高；生产的盘纸的紧度、圆度和平滑度都好，盘纸是高质量的，能满足高速卷烟机对盘纸质量的要求；盘纸的分盘容易，不用橡胶锤敲打，成品率高；轴的强度高、耐磨性好、使用寿命长；轴具有高的使用性能，制造质量远高于德国制造的窄幅、低速分切机，能够满足高速、宽幅、高使用性能进口分切机的配套要求。

3.4 结论

新型瓦型气胀轴用于高速、宽幅、高性能的分切机中经生产使用之效果说明该轴是高技术、高使用性能的、生产的卷烟盘纸是高质量的，达到了轴的高质量标准。表明设计方案合理，达到了设计标准；制订的加工工艺正确、完整；加工精度高；更高质量的瓦型气胀轴制造成功。已有多家用户用于进口分切机。

云南某卷烟纸生产厂引进了意大利IMS公司制造的RCI－1650型分切机，其上配套的是高精度的套型实心光轴，感觉不好用，于是委托制造了Ф 120×1675×2067瓦型气胀轴。经装机生产使用看到：在从开车一直升到最高车速直至卷完盘纸的全过程，轴的转动平稳、无跳动、无振动，使用性能稳定、可靠；生产的盘纸的“紧、圆、平”质量均符合要求，特别是盘面的平滑度明显好于进口轴生产的盘纸，提高了盘纸质量。由于轴和塑料环的间隙大（约3 mm），所以向轴上装环或从轴上卸盘纸都比进口轴容易、方便；只充一次气、操作很方便；重量较进口轴轻许多（国产轴重60 kg、进口轴约重110 kg），减少了对机器的振动，可延长机器的使用寿命，满足了用户需要，见图3。

4 总结

进口瓦型气胀轴实现了国产化，使用性能不低于德国进口轴而高于美国进口轴；改进设计弥补了使用寿命短的缺陷，更加满足了用户的需要。提高制造标准后制作的高速、宽幅瓦型气胀轴的使用性能是高水平的。制造质量明显好于目前国内使用的进口实心光轴、长铝胶键型气胀轴以及同类型的国产轴，是目前最高质量的复卷轴之一。多家用户已使用高速、宽幅、高性能的国产瓦型气胀轴，使用结果表明此轴能够满足进口分切机的配套要求，可以替代进口轴，并且价格较低。表明我国瓦型气胀轴的制作技术发展了、制造水平提高了。

［1］李长江.进口分切机备件国产化的尝试［J］.纸和造纸，1996（5）：22－24.

［2］李长江.进口分切机关键机械零部件的研制［J］.黑龙江造纸，2000（2）：33.

［3］李长江.进口分切机关键机械零部件国产化获得成功［J］.浙江造纸，2000（2）：30－31.

［4］李长江.气胀轴：中国，ZL 200420016622.5［P］.2005－08－03.

2011－10－09

李长江（1944－），河北昌黎人，高级工程师，唐山融丰特种纸业有限公司（原唐山第一造纸厂），从事造纸、有色金属加工、陶瓷等行业的机械设备的设计与制造工作。