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烟片分切刀具安全高效技术研究

葛宗国
摘要 烟片分切机普遍存在烟片切削不到位、烟块粘连等问题。产生该类问题的关键因素是烟片分切刀具在结构设计、材料应用的不合理，无法满足烟片物理、化学方面的特性。现通过对刀具自身的研究分析来解决以上的问题。本文阐述了烟片分切刀具的现状，介绍了分切刀具的改进措施，并对改进效果进行了验证，以期为烟片分切刀具安全高效的应用提供科学参考。
关键词 烟片分切刀具；改进措施；效果验证
S226.9 A 1007-5739（2017）09-0177-02
1 烟片分切刀具的现状
基于切刀材质、制作工艺、切刀刃口及切刀板配合等方面的设计缺陷，目前行业内用于烟片的分切刀具存在切削不到位、烟块粘连，不能及时从卸料臂上迅速落到皮带输送机中，造成物料输送间断，不能保证物料的恒流等[1]问题。因烟块粘连，在卸料臂返程时烟块很容易卡在卸料臂与输送带的出口处，需要停机进行人工清理[2]，这既产生了严重的不安全因素，也影响了设备的正常运转。特别是该垂直切片机在正常工作时，不能切割卷烟配方中的造纸法烟草薄片，只能依靠操作工人进行人工拆分，因而造成设备正常运转时生产中断、产品质量不稳定的现象偶有发生。经过仔细分析、认真观察，认为造成上述现象的主要原因，有以下几个方面内容。
垂直切片機的切削运动方式为上下直切式，上行、下行分别为退刀、切削，切刀刃口呈直线状[2-3]，具体情况见图1。在切削烟块的运动中，切刀刃口上的每一点都会受到同样的阻力，就是当在切刀上施加同样的力、切削速度相同时，切割相同的烟块，此时切刀刃口所受到的阻力在这种切削方式中是最大的。
垂直切片机在工作中，垂直切片机的工作效率和切刀的使用效果直接取决于制作切刀的材料和制做切刀的形状。在实际的生产过程中，为了保证烟片在分切后经回潮筒加温、加湿处理达到最佳的效果，并且兼顾生产作业时的产量和设备的作业效率，通常设定垂直切片机对每包片烟按照3～4刀分切时，为最佳工作状态。根据统计，垂直切片机每天对烟片的分切次数至少达800余次，有时甚至多达上千次。
烟叶的抗切能力和抵御被切削的阻力相当大，同时因烟叶本身含有的糖分和油分较高，切削时部分烟垢极易粘附在切刀刃口上，这导致切削阻力增加，使切刀变钝。因此，当今各种用在切削烟叶的刀具，都试图做到既能保证把烟叶分切成所需质量标准的同时，又能使刀具具有更好的使用效果和使用寿命。
2 分切刀具的改进措施
通过对烟片分切刀具现状的分析，针对刀具本身进行结构、材质方面的研究，通过以下几个方面的改进措施能有效解决以上的问题。
2.1 切刀主体和切刀刃口的设计
在切削同样物料的前提下，进行直切的切割运动和斜切的切割运动的比较试验，结果发现，斜切的切割运动可大约减少30%的作用力。故在不改造机器主体结构的前提下，如何改变切刀刃口的形状，并将其应用到现有的烟片分切机中，从而达到预期效果，是该项目的核心技术之一。①切刀外形设计。切刀的形状和切刀的外型尺寸取决于切削理念及被切削物料的性质。在制作切刀时的外形形状特别是切刀刃口的形状选择上，要充分考虑切削运动中直切和斜切的作用力的关系，即在不改变机器主体结构的前提下，应改变切刀主体外形和切刀刃口的形状[1-2]。②突出主切削入点。切刀制作时重点突出了切刀中间的凸出作用[3-4]，就是以切刀中点为主要作力点，达到再次提高了原有两圆弧刃口切刀的切削效率。具体见图2。
2.2 切刀和切刀板的配合方式设计
制作切刀板时注重考虑了切刀板的外形形状与切刀刃口形状的吻合程度[2]，同时又保证了切刀板与输送带滚外圆弧的配合关系。为保证切刀分切烟块时切到位、不连刀，使每块被切烟块都能顺利地滑入导向板，制作切刀板时，切刀板面必须与切刀刃口相吻合。
2.3 切刀金属材料的选用
通过分析与测试，该垂直切片机自身所带的切刀装置能够满足该设备设计理念和设备性能的要求，但是要再提高切刀装置的切削性能和延长切刀的使用寿命，制造切刀的材料的选用也非常重要。
根据切削烟叶原料所具有的特性，即制作切刀的材料要求硬度高、强度高、韧性高。铬12钼钒（Cr12MoV）具有较高的强度、硬度、韧性并且耐冲压。经过对金属材料性质的试验分析，确定使用合金材料铬12钼钒（Cr12MoV）制作该切刀，成型粗磨后，再进行渗碳化钨特殊处理，精磨达到切刀制作要求[2，5-6]。
从铬12钼钒的物理性能和化学性能指标上看，其硬度、强度和韧性都符合一般切刀的性能要求，但是如在此次基础上再提高制作切刀的机械性能，增加该切刀的强度和韧性，就必须寻找制作和加工工艺上的途径，弥补或增加该切刀在制作材料上的不足。通过查阅资料和咨询，发现铬12 钼钒（Cr12MoV）经过特殊的工艺处理后，会提高机械性能。WCSA是碳化钨注渗钢基合金，是钢的表面改性技术，具有高硬﹑高强﹑高韧﹑高耐磨性的特性。WCSA中碳化钨（WC）富集层、碳化钨硬化层分别达到0.3～0.5、1.2～1.5 mm。通过测试，注渗进碳化钨（WC）后其耐磨性能都能达到淬硬高速钢的3～6 倍[2]，制造工艺、使用效果都达到了良好的效果[7-8]，具体见图3。
材料的选型和特殊的工艺处理方式确定后，即可采购材料制作该切刀，在成型粗磨后，再进行渗碳化钨特殊处理，精磨达到切刀制作要求。
3 改进效果验证
此次分切装置的改进，明显提高了改制后切刀装置的切割能力和耐用度，有效保证了切刀切割时的效果。原有的新装切刀装置在生产中，切割能力按卷制成品计算为2万大箱（卷烟成品），而改制后的新装切刀装置通过验证，按卷制成品计算可切7.8万大箱（卷烟成品），切割能力几乎提高了4倍[9-10]。
通过改进装置，因切刀无法切割到位而造成的烟块粘连，使烟块在输送时断料而影响产品质量的现象得到了有效解决。根据统计，改制前每个工作日因粘连卡料造成断料现象的次数为3～5次，而改制后的分切装置则彻底避免了此类现象的发生。
造纸法薄片的切割效果达到95%以上，解决了行业内造纸法烟片包（垛）在正常生产中不能正常切削的现象，填补了烟机制造行业制造的垂直切片机在切削烟草造纸法薄片时的一个空白[11-12]。
原机配装的刀片每年使用6～7把，项目实施后的刀片每年只消耗2把，达到了降低成本的目的，且减轻了操作人员和维修人员的工作量，消除了设备在运行中的安全隐患，降低了原材料损耗和维修成本。因此，运用此改进装置，使其产生间接经济效益和推动技术创新的作用得到了更好的發挥[13]。
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-全文完-