曹炳强，周靖博，王 超

（红云红河烟草（集团）有限责任公司红河卷烟厂，云南弥勒 652300）

0 引言

目前国内各厂家生产凝胶滤棒工艺的凝胶加注方式，一般采用在普通的导丝舌前悬挂凝胶加注胶针施胶方式。该方式的导丝舌前悬挂凝胶加注胶针施胶方式，伸入导丝舌内部的胶针无法保持固定，存在胶针与导丝舌内高速运动的丝束摩擦大而导致胶针摆动大，施胶中心线位置难以保障“滤棒圆周中心位置偏差≤1 mm”的质量标准要求。同时，由于该方式安装的胶针与高速运动的丝束成90°角，摩擦阻力大，导致成型机中高速生产时，容易出现凝胶滤棒“缩头”质量缺陷。而采用导丝舌内壁焊接导管并插入凝胶加注胶针施胶方式，该方法胶针整体位于导丝舌腔体内部，破坏了原导丝舌结构，生产过程中导管及焊接部分对丝束摩擦大，成型机中高速生产时，容易出现滤棒端部“缩头”质量缺陷，且操作时容易造成焊接导管脱落和胶针损坏等。针对以上问题，研发改进措装置。

1 凝胶加注工艺流程

“红河（A7）”卷烟使用的滤棒为特殊工艺的载香凝脂滤棒（以下统称凝胶滤棒）。红河卷烟厂用来改造凝胶加注工艺的KDF3E 成型机，设计速度600 m/min。生产初期，凝胶滤棒存在施胶中心线位置偏差大，以及中高速（＞300 m/min）条件下滤棒端部缩头的缺陷，对产品质量和品牌形象造成了一定程度的影响，并严重制约着设备生产效能的发挥，无法满足凝胶滤棒精益、高效生产的需求。为响应行业高质量发展的号召，解决这一关键性问题，自主研发了稳定性能更高、更完善的滤棒凝胶加注导丝舌。装置的工艺流程如图1 所示：丝束经过送丝器收拢进入导丝舌，凝胶胶针伸入导丝舌腔体内，在该处完成凝胶加注。

2 胶针定位方式

根据胶针与导丝舌相对位置要保持稳定，对导丝舌腔体结构影响小，维修时间短的需求特点，通过采用直插式胶针定位方式，仅有胶针前端施胶部位伸入导丝舌，最大限度地保持了原机结构的完整性。胶针与导丝舌相对位置稳定。由于导丝舌材料为合金，与不锈钢胶针均有较好的耐磨性，可保持胶针与导丝舌相对位置稳定，从而保证凝胶加注位置的准确性。同时，直插式无焊接工艺，通用于生产凝胶滤棒和普通滤棒，不存在脱落问题，胶针损坏更换即可，耗时短。

图1 凝胶滤棒生产工艺流程

2.1 胶针内径的确定

胶针结构如图2 所示，凝胶经过胶针加注至滤棒内部后呈圆柱形，根据生产条件下凝胶胶液密度及单支滤棒凝胶施加量，经过计算得出凝胶胶线直径，进而得出所需胶针内径。计算过程：依据已知数据：凝胶胶液在60 ℃的工作温度下，密度ρ=1.12 g/cm3，滤棒长度L=100 mm，单支滤棒凝胶施加量m=0.15 g。单支凝胶所需施加的凝胶体积V=m/ρ=133.9 mm3；凝胶胶线截面积S=V/L=

因此选择胶针内径为1.3 mm，结合胶针调整需求，确定安装孔外径为1.6 mm。

图2 胶针结构示意

2.2 导丝舌结构加工

2.2.1 导向孔孔径加工

针对导向孔孔径由胶针外径与配合精度来决定的设计理念，为保证施胶点精确定位，同时考虑到实际安装的便捷性与难易程度，根据胶针外径以及安装配合精度需求，确定导向孔径为

2.2.2 导向孔加工位置

2.2.2.1 施胶点位置

如图3 所示，施胶点应处于导丝舌腔体中轴线上，为找出最佳施胶点位置，使用添加着色剂的凝胶进行模拟实验，对施胶点与导丝舌前端在不同距离L 下凝胶胶线施加效果及滤棒端部缩头情况进行检查。

（1）实验原理。使用添加着色剂的凝胶进行模拟实验。

（2）实验目标。缩头量≤0.5 mm；凝胶截面积1.33～1.5 mm2。

（3）实验步骤。①在凝胶中添加着色剂；②施胶点设计区间为距离导丝舌前端0～65 mm 处，在区间内使用黄金分割法依次计算黄金分割点，将其设定为施胶点进行实验（图4）。

（4）实验数据。见表1。

根据实验结果，将施胶点位置确定为距离导丝舌前端L=49.65 mm 处。

表1 施胶点位置模拟实验

图3 施胶点位置

2.2.2.2 导向孔与中轴线夹角

如图5 所示，确定导向孔加工位置与角度。根据导丝舌及送丝器罩的结构和相对位置关系，需确保胶针的安装和前后位置的调整与送丝器罩位置不冲突。

通过对所需尺寸L1、L2进行现场测量，确定施胶点与送丝器罩最高点的距离为L1=138.264 mm，送丝器罩最高点相对于导丝舌腔体中轴线的高度L2=64.08 mm，因此，导向孔与导丝舌腔体中轴线的夹角需要满足θ≥27.6°。

导向孔的加工位置随之确定。经测量，导向孔加工位置高度距离导丝舌顶部为L3=6.84 mm，而左右位置处于导丝舌中轴线正上方。

2.2.3 导向孔加工方式

选用增厚外壁加工的方式。将导丝舌外壁增厚合适的尺寸，再根据所确定的位置及角度加工导向孔。导向孔整体贯穿于导丝舌实体内部，同轴度好。由机械设计公式，计算得出导丝舌外壁与导向孔中心距离为d≥3.2 mm,由此可以计算出导丝舌外壁应增加的厚度为5.2 mm（图6）。

3 胶针调整方式

采用如图7 所示万向调节支架。通过万向调节固定胶针位置与胶针前后调整，实现施胶位置精准控制。

4 项目实施情况

凝胶加注导丝舌流程、结构设计定型后，通过胶针采购、导丝舌加工、万向调节支架采购、安装调试，并对凝胶加注环节相关物理指标进行了测试验证。随机抽取凝胶滤棒，检查施胶中心线位置偏差。如图8 所示，从直方图中可以看出，凝胶胶线施加位置偏差全部小于1 mm，均值为0.3379 mm，凝胶胶线位置十分稳定，滤棒施胶中心线位置精度达到验证预期。

5 项目效益分析

装置研发投入使用后，KDF3E 成型机组凝胶滤棒的生产车速达到了550 m/min，凝胶滤棒的生产效率提升83.3%，且凝胶滤棒产品质量稳定。通过在设备300～550 m/min 的生产速度下抽样，对滤棒端部缩头量进行检查发现，生产速度在550 m/min的速度内，凝胶滤棒质量均达到工艺指标要求（≤0.5 mm），滤棒无缩头缺陷（图9）。项目有效解决了原生产工艺模式下凝胶滤棒存在的问题，凝胶滤棒的产品质量得到了强有力的保障，为“红河（A7）”卷烟精益生产奠定更坚实的工艺技术基础。

6 结束语

凝胶加注导丝舌的研发，实现了KDF3E 凝胶滤棒“优质、高效”的生产，革新了凝胶滤棒在线生产凝胶加注的方式，其创新理念具有一定的前瞻性。且该成型机凝胶加注导丝舌具有“一舌两用”的优点，可兼容于凝胶滤棒与普通滤棒生产。该技术在凝胶滤棒生产行业内有较强的技术引领作用，具有较为广阔的推广运用前景和启发作用。

图4 施胶点位置模拟实验

图5 导向孔与导丝舌腔体中轴线夹角示意

图6 导丝舌外壁增厚示意

图7 万向调节支架

图8 滤棒施胶中心线位置偏差直方图

图9 滤棒端部缩头量与生产速度散点图