專利名稱：鋼絲圈和其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)錠紡紗或環(huán)錠捻線機(jī)械所用的鋼絲圈的生產(chǎn)方法和如權(quán)利要求書中第1項和第7項分別要求的鋼絲圈。
環(huán)錠紡紗和環(huán)錠捻線機(jī)的鋼絲圈在相應(yīng)的環(huán)錠紡紗或環(huán)錠捻線機(jī)的環(huán)上以很高的轉(zhuǎn)速(30m/s到50m/s)運動。在鋼絲圈和環(huán)之間的接觸表面以及在鋼絲圈和線之間的接觸表面兩者都承受高強(qiáng)度的磨損。但是為了增加產(chǎn)量，需要鋼絲圈增加到更高的運行速度。通過獲得較長的使用壽命，同時也降低了成本。
最近幾年通過在這些鋼絲圈上涂覆適當(dāng)?shù)牟牧?，已?jīng)有可能顯著地提高鋼絲圈的運行和工作性能。但是至今不能改進(jìn)在引線通道處的耐磨性。
美國專利4,677,817公開了有陶瓷層的鋼絲圈，陶瓷層使鋼絲圈的硬度增大，耐熱性和耐蝕性提高。由于運行和工作性能改進(jìn)，這種已知的鋼絲圈的操作成本顯著降低。但是，在生產(chǎn)方面相對高的費用對成本有負(fù)面的影響。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)錠紡紗或環(huán)錠捻線機(jī)用的鋼絲圈，一方面該圈有進(jìn)一步改進(jìn)的運行和工作性能，另一方面可以用較低的費用生產(chǎn)這種鋼絲圈。還詳細(xì)說明了生產(chǎn)這種鋼絲圈的方法。
通過有權(quán)利要求書中第1和第7項分別說明的特性的鋼絲圈和生產(chǎn)它的方法達(dá)到了這個目的。
按照本發(fā)明的鋼絲圈有由鐵材料組成的沒有涂覆的芯，如果合適，至少在所述的芯在環(huán)錠紡紗或環(huán)錠捻線機(jī)的圈上滑動的運行表面的區(qū)域內(nèi)，或者所述的芯引導(dǎo)線的運行表面的區(qū)域內(nèi)，有幾部分組成的滲氮的邊緣層。
如果合適，代替施加到芯上的層，例如陶瓷或磷酸鹽層，要用相當(dāng)大的費用再機(jī)械加工，所述的芯至少部分地進(jìn)行滲氮處理，在處理時對芯加熱和施加作為活性介質(zhì)的滲氮劑。
已知在滲氮處理過程中會發(fā)生被處理材料的彈性大大降低和脆化。按照本發(fā)明通過控制滲氮劑的成分和通過適當(dāng)選擇處理的時間，可以保持鋼絲圈的彈性，這種彈性對鋼絲圈可以連接到紡紗環(huán)上而沒有變形是非常重要的。
將芯加熱到450℃-600℃溫度的范圍內(nèi)，最好接近于溫度550℃，并保持在所述溫度范圍3-60小時，最好約24小時。最好由NH3和N2成分組成的氣體、液體或等離子體的形式來施加滲氮劑。例如，不進(jìn)行滲氮處理的區(qū)域要覆蓋。
鋼絲圈芯的滲氮邊緣層包括沒有附加擴(kuò)散層的連接層，在內(nèi)側(cè)徑向有附加擴(kuò)散層的連接層或僅有擴(kuò)散層。連接層最好其厚度為0.1μm-30μm和擴(kuò)散層厚度為1μm-2000μm。
活性介質(zhì)除了氮成分之外最好有硫成分和/或碳成分。通過混合硫成分和/或碳成分可以減小摩擦系數(shù)。同時如果需要可以調(diào)整連接層和擴(kuò)散層的厚度。
當(dāng)選用厚度小的連接層時芯表面的粗糙度僅有很小的變化。
在本發(fā)明優(yōu)選的改進(jìn)中，鋼絲圈的表面在滲氮處理之前和/或之后另外進(jìn)行拋光。暴露在高化學(xué)強(qiáng)度下的鋼絲圈最好重新氧化。
在至今使用的由熱處理鋼制成的芯中，在滲氮處理中其尺寸僅發(fā)生可忽略不計的小變化。
按照本發(fā)明的鋼絲圈有顯著地改進(jìn)的操作性能，特別是增加了圈的使用壽命和在引線通道增加抗刻痕力。在引線通道中有機(jī)械和/或化學(xué)負(fù)荷、起非常重要作用的抗刻痕力提高50％-200％，這使所處理的紗的質(zhì)量得到改進(jìn)。還有，依靠耐化學(xué)性的增加避免了因腐蝕性產(chǎn)品所造成紗的污染，在以前處理再生纖維和含氯纖維時曾發(fā)生這種污染。另外，由于良好的滑動性能，不需要或僅需要很小的纖維潤滑。
還有可以用較低的費用生產(chǎn)鋼絲圈和該鋼絲圈適合可能產(chǎn)生的各種需要。
按照本發(fā)明的鋼絲圈可以應(yīng)用在紡紗廠和捻線廠。與鋼環(huán)配合能特別有利地實現(xiàn)它們良好的運行性能，如良好的滑動性和低的磨損，但是它們也可應(yīng)用到其他環(huán)上，如燒結(jié)的，拋光的或涂覆的環(huán)。
下面將參考在純粹是示意性的附圖中表示的示范性實施方案，詳細(xì)解釋按照本發(fā)明的鋼絲圈，附圖有

圖1a-1f表示鋼絲圈的各種實施方案，圖2表示在處理鋼絲圈之前通過圈芯的剖面圖，圖3-5表示在按照本發(fā)明的處理之后通過鋼絲圈芯的剖面圖。
圖1a到1f表示已經(jīng)在國際專利WO 99/49113中描述過的各實施方案中的鋼絲圈10a到10f。圖1a和1b表示C形鋼絲圈10a、10b，如通常用在環(huán)錠紡紗機(jī)或環(huán)錠捻線機(jī)T形凸緣的環(huán)上的鋼絲圈。相反，圖1c到1f表示耳形和鉤形的鋼絲圈10c到10f。鋼絲圈10c和10d用在傾斜凸緣環(huán)上，鋼絲圈10e用在成圓錐形運行的凸緣環(huán)上和鋼絲圈10f用在垂直運行的凸緣環(huán)上。
鋼絲圈10a到10f在操作時滑動在凸緣環(huán)上形成運行表面的那些區(qū)域在每個例子里都用1表示。在C形鋼絲圈10a、10b的例子里，由于它們對稱的結(jié)構(gòu)兩個側(cè)面a，b都用作運行表面。在耳形或鉤形鋼絲圈10c到10f的例子里，運行表面區(qū)域1很清楚是由形狀決定。
按照本發(fā)明的鋼絲圈10或10a到10f可以用在圖1a到1f中表示的各實施方案或任何其他所需的實施方案生產(chǎn)。
按照本發(fā)明的鋼絲圈10有包含鐵材料的沒有涂覆的芯20，芯有滲氮區(qū)，至少在它滑動在環(huán)錠紡紗機(jī)或環(huán)錠捻線機(jī)的環(huán)上的運行表面的區(qū)域1，或者在導(dǎo)引線的區(qū)域中有滲氮區(qū)。導(dǎo)引線的通道在這些例子里位于鋼絲圈10a到10f中用4表示的那些區(qū)域。
為此，鋼絲圈10至少部分地進(jìn)行滲氮處理，處理時對芯20加熱和加上作為活性介質(zhì)的滲氮劑。為了在滲氮處理后獲得盡可能平滑的表面，最好在滲氮處理前對鋼絲圈10進(jìn)行拋光。
芯20的基材最好是無合金或低合金的鋼，最好是滲氮鋼。最好選擇包含熱處理過的鋼的芯20，這樣在滲氮處理時其尺寸僅產(chǎn)生可忽略不計的小變化。還有芯20的基材最好包含形成氮化物的元素，如鉻、釩、鋁、鉬、錳和/或鎳。
除了選擇原材料(例如，熱處理過的鋼)之外，過程參數(shù)，例如溫度分布(傾斜上升的加熱分布，保持時間和保持溫度，傾斜下降的冷卻分布)和滲氮劑的成分都影響滲氮處理的結(jié)果。
在加熱爐中將芯加熱到450℃-600℃范圍的溫度，最好接近于550℃的溫度，并保持在所述溫度范圍內(nèi)3-60小時，最好約24小時。可以用氣體、液體或等離子體的形式施加滲氮劑，最好滲氮劑包括NH3和N2成分，如果合適也可以有H2成分。在等離子體處理的情況下，處理時最好使用純的氮氣N2作為滲氮劑，在真空室中氮原子被離子化，離子化后它們被鋼絲圈10有相反極性的表面22吸引，并與鐵結(jié)合形成氮化鐵。
按照本發(fā)明處理的鋼絲圈10，在處理后最好有帶黑、藍(lán)、黃或白的光澤的表面22a。
除了氮成分之外，活性介質(zhì)最好有硫的成分和/或碳的成分。結(jié)果是一方面可以減小摩擦系數(shù)，同時可以影響滲氮區(qū)的生成。
根據(jù)描述的滲氮處理，如果適當(dāng)，在鋼絲圈10的芯20中形成幾部分組成的滲氮邊緣層，參考圖2到5詳細(xì)解釋形成的滲氮邊緣層。
圖2表示通過未處理的鋼絲圈10的芯20的剖面。很清楚在整個芯剖面上是沒有變化的基材21。
圖3表示通過已處理過的鋼絲圈10的芯20a的剖面，它有包括滲氮的基材的薄的邊緣層并稱為連接層23，在該層中發(fā)生實質(zhì)上的擴(kuò)散飽和。
圖4表示通過更高強(qiáng)度處理的鋼絲圈10的芯20b的剖面，它有連接層23和在連接層下面包括滲氮的基材的并稱為擴(kuò)散層24的另一層。在擴(kuò)散層24中含有濃縮氮的混合晶體和沉積的氮化物。
圖5表示通過已處理過的鋼絲圈10的芯20c的剖面，它只有擴(kuò)散層24而沒有連接層23。
按照對鋼絲圈10的要求型面來選擇層的構(gòu)成。對運行速度高的鋼絲圈10最好設(shè)置硬的連接層。對承受相對大的力的鋼絲圈10最好選擇相對堅韌還相對硬的擴(kuò)散層24，而避免帶連接層。
連接層最好有厚度0.1μm-30μm而擴(kuò)散層最好有厚度1μm-2000μm。使用厚度為8μm-12μm的連接層和厚度為100μm-200μm的擴(kuò)散層是特別有利的。通過選擇小的厚度或完全避免用連接層，可以防止材料的斷裂，正是斷裂至今使這個技術(shù)不能應(yīng)用在這個方面。
由滲氮處理所生成的層的厚度主要取決于鋼的成分和未處理鋼絲圈10表面的狀態(tài)?；旧?，在高的氮氣濃度和高溫的情況下獲得厚的連接層，在低的氮氣濃度和低溫的情況下得到薄的連接層。層的厚度或擴(kuò)散的深度同時也取決于處理的時間。
還有，細(xì)的重量輕的鋼絲圈10處理的時間比粗的重的鋼絲圈10的處理時間短些。
通過混合硫的成分和/或碳的成分，可以減小摩擦系數(shù)。同時還可以按照需要調(diào)整連接層和擴(kuò)散層的厚度。
如果選擇厚度小的連接層，芯表面22的粗糙度僅發(fā)生很小的變化，從而可以不用接著對運行表面拋光。還避免了芯材料的脆裂。
為了使鋼絲圈10優(yōu)化，在本發(fā)明優(yōu)選的改進(jìn)中，芯20、20a的表面22、22a在滲氮處理前和/或后進(jìn)行拋光。
暴露在高化學(xué)強(qiáng)度下的鋼絲圈10最好重新氧化。
在鋼絲圈10的運行表面1區(qū)域內(nèi)，首先鋼絲圈10的標(biāo)記為3的內(nèi)面當(dāng)然必須是耐磨損的，配備有良好的滑動性能因而有氮化層23、24。由于相應(yīng)的線的張力造成的結(jié)果可能使鋼絲圈10在環(huán)上沿側(cè)向傾斜運行，從而可以證明在兩個端面2上也都設(shè)置滲氮層23、24是有利的。
盡管也可以只在機(jī)械和/或化學(xué)高強(qiáng)度的區(qū)域內(nèi)設(shè)置滲氮邊緣區(qū)，但是最好是在整個鋼絲圈10上進(jìn)行滲氮處理。
權(quán)利要求
1.一種用于環(huán)錠紡紗機(jī)或環(huán)錠捻線機(jī)的有包含鐵材料的芯(20)的鋼絲圈(10)的生產(chǎn)方法，其中對芯(20)或它的幾部分進(jìn)行滲氮處理，在處理時對芯(20)加熱和施加作為活性介質(zhì)的滲氮劑。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將芯(20)加熱到450℃-600℃范圍內(nèi)的溫度，最好到接近550℃的溫度。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中將芯(20)保持在所述溫度范圍內(nèi)3-60小時，最好約24小時。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其中滲氮劑是最好以由NH3和N2成分組成的氣體、濃縮氮的液體或濃縮氮的等離子體的形式供給。
5.如權(quán)利要求1、2、3或4所述的方法，其中活性介質(zhì)除了氮的成分之外有硫的成分和/或碳的成分。
6.如權(quán)利要求1-5中一項中所述的方法，其中芯(20)在滲氮處理前和/或后進(jìn)行拋光和/或在滲氮處理后進(jìn)化氧化。
7.一種用于環(huán)錠紡紗機(jī)或環(huán)錠捻線機(jī)的有包含鐵材料的芯(20)的鋼絲圈(10)，其中芯(20)的至少一個機(jī)械受力部分，特別是導(dǎo)引線的運行表面和/或運行在環(huán)上的表面，有滲氮的邊緣層(23；24)。
8.如權(quán)利要求7所述的鋼絲圈(10)，其中邊緣層(23；24)包括沒有附加擴(kuò)散層(24)的連接層(23)、有附加擴(kuò)散層(24)的連接層(23)或僅有擴(kuò)散層(24)。
9.如權(quán)利要求8所述的鋼絲圈(10)，其中連接層(23)有0.1μm-30μm的厚度而擴(kuò)散層(24)有1μm-2000μm的厚度，最好提供的連接層(23)的厚度為8μm-12μm而擴(kuò)散層(24)的厚度為100μm-200μm。
10.如權(quán)利要求8或9所述的鋼絲圈(10)，其中連接層(23)，如果合適還包括擴(kuò)散層(24)，含有硫成分和/或碳成分。
11.如權(quán)利要求7-10中一項所述的鋼絲圈(10)，其中芯(20)的表面(22)進(jìn)行拋光和/或設(shè)置氧化層。
12.如權(quán)利要求7-11中一項所述的鋼絲圈(10)，其中芯(20)的表面(22)是黑色，藍(lán)色，黃色或白色，最好有光澤。
13.如權(quán)利要求7-12中一項所述的鋼絲圈(10)，其中芯(20)的基材(21)是熱處理過的和/或無合金的或低合金的鋼，最好是滲氮鋼。
14.如權(quán)利要求13所述的鋼絲圈(10)，其中芯(20)的基材(21)最好包含形成氮化物的元素，如鈷、釩、鋁、鉬、錳和/或鎳。
全文摘要
按照本發(fā)明的鋼絲圈(10)有包含鐵材料的沒有涂覆的芯(20),并且如果合適,至少在所述的芯在環(huán)錠紡紗機(jī)或環(huán)錠捻線機(jī)的環(huán)上滑動的運行表面(1)的區(qū)域內(nèi),設(shè)置有幾部分組成的滲氮的邊緣層(23;24)。
文檔編號D01H7/52GK1372606SQ01801152
公開日2002年10月2日 申請日期2001年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月3日
發(fā)明者J·凱吉 申請人:布拉克公開股份有限公司