液滴腔涂布嘴的研磨加工与生产验证

王志刚，张建荣

（乐凯胶片股份有限公司 河北 保定 071054）

0 引言

由于卤化银乳剂对涂布嘴设备的腐蚀，胶片生产中涂布嘴设备在卤化银的浸泡下晶间腐蚀现象比较突出。2006年本公司选用柯达公司提供的材质进行涂布嘴的加工，投入使用后一年时间便产生了坡流表面、流道腔体和密封垫、涂布嘴唇严重腐蚀问题，腐蚀点不可修复。腐蚀情况如图1所示。

腐蚀点造成局部位置条道、拉丝表观弊病频发，对涂布表观质量造成巨大的影响。根据多年涂布技术的积累，本公司选用双相钢作为涂布嘴设备加工的材料。

涂布嘴加工为什么多选用双相钢材质？双相钢（00Cr14Ni5Mo3Al）的抗拉强度σb，断面收缩率ψ 优于1Cr18Ni9Ti，而膨胀系数α 比1Cr18Ni9Ti 小，含碳量低，属超低碳钢。即该钢具有高强度与高塑性的良好结合，热处理工艺简单、尺寸稳定性好、易冷，热加工和机械切削以及良好的耐腐蚀性，不锈钢（1Cr18Ni9Ti）布氏硬度HB120～180；双相钢（00Cr14Ni5Mo3Al）洛氏硬度HRC42，硬度比1Cr18Ni9Ti 硬，变形小，是制作挤压涂布嘴必备材料；故一般优先选用双相钢。双相不锈钢碳含量低、化学成分平衡的优点使钢在高温敏化冷却时影响区形成二次奥氏体γ’。一方面γ’提高碳、氮的溶解度，另一方面γ’增加了相界面，从而减少了单位面积上碳化物（M23C6）的析出量。这使双相不锈钢不容易形成连续的贫铬区，减轻了双相钢的晶间腐蚀倾向，但这不意味着双相钢不产生晶间腐蚀。胶片生产中双相钢在卤化银的浸泡下晶间腐蚀现象比较突出，双相钢晶间腐蚀有个特点——表面光洁度越高越不易腐蚀。当出现腐蚀点后，由于卤化银的作用腐蚀越发严重，对涂布嘴设备而言需加强清洗，不生产状态下拆除堵头、插片，清洁腔体和阻流间隙，消除含银乳剂滞留区；此外三号机对涂布嘴设备实施2 次/年的解体、清洁、修磨工作。

在涂布操作中，理想的涂布装置是均匀地向支持体进行没有任何缺陷涂布的设备，但是实际并不是如此，就目前装备而言本公司能够实现将涂布流量波动控制在2%范围内，若想达到更好的涂布效果，在挤压涂布过程中采用手工调整来达到相同的出口间隙，是较为困难的。首先需要涂布嘴组装人员有丰富的专业经验，其次很难保证不同组装的人员达到统一的标准。因此提高涂布嘴设备加工精度要求，是保证得到满意涂布效果的前提。

坡流涂布嘴使用过程为：涂液进入均流腔中心，沿着它流向两侧，在涂布嘴顶端经条缝间隙出口流出。如果条缝深度是相等的，并且条缝出口间隙处处相等，那么经过条缝的流体在均流腔内沿着涂布嘴宽度有比例的压力变化，在进料口均流腔中心压力高于两侧压力，引起均流腔内流体向两侧边缘流动，因此条缝中心出来的流体要比两侧多，中心位置涂层变厚，在涂层外形上会形成拱形，在涂布习惯术语上称作“眉”状。反过来如果涂层中间薄、两侧厚则会形成“笑脸”的外形[1-2]。

因此满足涂布性能的横向均匀性要求是涂布嘴设计的一项重要指标[3]，根据牛顿流体力学基础原理和了解相关嘴子设计文献后得出结论，涂布嘴阻流间隙加工偏差是涂布横向不均匀度的3 倍关系，此关系也经嘴子加工返修实践验证，因此本公司在加工涂布嘴的过程中将横向偏差精度控制在±1.5 μm。嘴子加工完成后要使用条缝检测仪或斜面刻度塞尺分段检验。

1 柯达公司与制安公司关于涂布嘴的检验对比

1.1 柯达公司涂布嘴检验方法（图2）

图2 单片涂布嘴样图Fig2 Diagram of single coating nozzle

（1）A=狭缝高度平行度。随着涂布嘴装配到下一片涂布嘴上，狭缝口一致性。通过在蔡司坐标测量机（CMM）测量读出狭缝平整度。然后用蔡司坐标测量机（CMM）测量下一个涂布嘴的背面，然后是它们的侧面。期望的公差是100～120 毫英寸（2.54～3.04 μm）最大变化。

（2）B=狭缝长度平行度。测量狭缝(从腔体到滑板表面的距离)长度，覆盖整个涂布头的长度。通过用蔡司坐标测量机(CMM)测量覆盖整个涂布头的长度，大约25个区域，读出长度，期望的公差是0.004 英寸（0.1 mm）最大变化。

（3）C=狭缝边缘半径。测量腔体/狭缝接触面的边缘和狭缝/滑块的边缘以确保它们是一致的。使用一个商业显微镜在大约50 倍能力时测量它,然后使用一个商业上使用的半径分析软件去测量半径的尺寸。期望的公差是0.001英寸最小，0.002英寸最大（0.025 mm最小,0.050 mm最大）。

（4）D=第一片涂布嘴锐度、最终涂布均匀度Final Coated Uniformity（4.0% Peak-to-Peak）。

1.2 制安公司涂布嘴检验方法（图3）

图3 涂布嘴检测Fig3 Coating tip detection

柯达公司涂布嘴检测仪器国内不具备，对此乐凯制安公司细化吸收柯达加工检测方法，通过严格控制单片加工精度来控制组装后精度，方法如下：

通过千分表和弹簧扭矩仪与大理石零级平板相配合来检测单片涂布嘴密封带、间隙面的平行度。经过三套柯达涂布嘴加工经验积累，目前乐凯制安公司已经掌握柯达涂布嘴制造加工检测技术，步入业内先进行列。对于腔体暂无明确的检测手段，主要通过本公司手工研磨方法保障液滴腔精度。

2 影响涂布嘴精度的主要因素及具体处理方法

2.1 涂布嘴水滴腔体的加工方法

涂布嘴水滴结构腔体与阶梯坡流面设计，打破了传统衣架腔体设计，这就使每片双面带槽，九片组装在一起形成两端面各八对（共十六个）小水滴的形状。这就对在抛光过程中增加了一定的难度，平衡的力量是使加工面粗糙度及光洁度达到加工要求的前提条件。经过反复的讨论试验，用木制的模具和压板解决了这一难题。先用压板粗抛，然后用木模做进一步的修复抛光，最后本公司用手工研磨方法按水滴形状，将涂布挤压嘴的水滴槽加工到精度要求[4]。

2.2 研磨剂的选用和研磨的要点

2.2.1 研磨剂的配置

材料：a.碳化硼高级研磨材料W20；为中砂研磨砂，根据研磨精度要求选择规格。

b.白刚玉微粉。

c.添加剂为硬脂酸。

配置：a.碳化硼加微量硬脂酸加煤油调成糊状。

b.白刚玉微粉加微量硬脂酸加煤油调成糊状。

研磨剂是由磨料和研磨液调和而成的混合剂。一开始本公司使用的是白刚玉GB[WA],白色，硬度比棕刚玉要高而韧性比棕刚玉要差。这使磨料在研磨过程中加工表面容易出现大的划伤，同时研磨剂磨损又快，还没达到尺寸要求就已经没有研磨余量了，这容易造成塌边的现象。而三号机要求表面无划伤、亮如镜面，后来经过反复试验比较，本公司改用碳化硼TP[BC]作为研磨剂，它的硬度仅次于金刚石，耐磨性能好，经过使用发现无论精研还是抛光都非常适合柯达涂布嘴的研磨加工。一般情况下，W100-W50用于最初的研磨加工，W40-W20 用于粗研磨加工，W14-W7用于半精研磨加工，W5 以下用于精研加工。

2.2.2 研磨手法

见图4。解体清洁涂布嘴，使用酒精或石油醚清洁0级大理石平台。

图4 推研手法Fig4 Push-research methods

（1）将单片涂布嘴垫平后，在高点位置涂抹研磨砂。

（2）双密封带位置，研磨块垫过滤纸，局部推研。

（3）使用脱脂棉或过滤纸擦拭研磨面，检查修磨效果。

（4）双手压研与单手压研。

（5）双手大幅度压研。

（6）双手推研。

（7）研磨砂、过滤纸对腔体研磨；酒精脱脂棉或无纺布对腔体清洁。

一般情况大面本公司采用8 字形。仿8 字形或螺旋旋转运动轨迹进行研磨，为了防止塑性变形和保证嘴子平面度，研磨时工件受压要均匀，压力大小要适中。压力大研磨切削量大，表面粗糙度值大，还会使磨料压碎，划伤表面。研磨速度不宜太快否则会引起工件发热，降低研磨质量；唇和带的狭窄面研磨，为了防止加工平面产生倾斜和圆角研磨时本公司一般采用直线研磨轨迹。

2.2.3 涂布嘴组装与条缝精度检测

（1）将涂布嘴各个单片按顺序摆放整齐，相互贴紧。

（2）底面向上组装保温水管系统，做平垫密封。支架位置做硅胶垫，经验证采用现薄橡胶垫安装方式。

（3）组装物料管，因高低两组平行，第2、3、4 组各有1 条螺丝不好安装。需将物料管打位号，做2 mm 四氟密封垫。

（4）侧板密封条丝孔位置偏差，要求改进；将密封条加工到与嘴面角度一致。

（5）腔体堵头安装合适后，标定堵头位号。

（6）涂布嘴组装方法按图5所示顺序紧固24 条螺丝，预紧力矩为20 N·m。

图5 涂布嘴螺丝紧固顺序Fig5 Fastening sequence of coating nozzle screws

（7）紧固完成后，常温24 ℃条件下按相同顺序用60 N·m 力矩扳手紧固螺丝，紧固完成后测量间隙，根据检查数据绘制该层条缝间隙趋势图，列举黄、品、青三层趋势图。如图6、图7、图8。

图6 黄层条缝间隙趋势图Fig6 Gap trend of yellow seam

图7 品层条缝间隙趋势图Fig7 Trend chart of seam clearance of bedding

图8 青层条缝间隙趋势图Fig8 Gap trend of blue layer

三号机专业人员验证满足加工精度要求，可进行生产验证。

3 生产验证

首轴生产涂布表观南侧距片边360 mm 位置有潜宽条道。对涂布嘴进行检查，发现涂布嘴第3 条缝出口刃口有轻微毛锉点，轻微修磨后正常。

首轴黄层横向统一性呈中间凹两侧高趋势偏差，统一性平直度欠缺，品、青横向统一性正常。复测升温状态下黄层条缝间隙中间对应位置偏差达到3～4 μm。在线采用方法：微调整涂布嘴组装螺丝力矩，保温（40 ℃）状况下将黄层条缝间隙偏差控制在3 μm 范围内。

采取措施后继续生产两轴，黄层横向统一性略有好转，但仍呈两侧高中间凹的趋势，各层趋势如图9、图10、图11。

图9 黄层横向统一性Fig9 Horizontal uniformity of yellow layer

图10 品层横向统一性Fig10 Horizontal uniformity of product layer

图11 青层横向统一性Fig11 Horizontal uniformity of blue layer

生产结束后，解体涂布嘴，根据横向统一性趋势偏差和条缝数据检测数值修磨黄层D 面中间区域。再次组装常温、升温状态检测，将黄层条缝间隙偏差控制在2 μm 范围内。生产继续验证，黄层横向统一性正常，见图12。

图12 黄层横向统一性Fig12 Horizontal uniformity of yellow layer

经过对涂布嘴的研磨、加工、组装、调整，其精度满足了生产横向统一性要求。

4 液滴腔涂布嘴研磨检测方法应用

2014年为了解决物料附着因素带来的横向统一性问题，推进了黄层由两层供料改为单层供料涂布方式，通过自行修磨配装保障了黄、品、青三层乳剂层组装横向偏差＜3 μm，满足彩色相纸横向统一性性能需求；同时采取每次开车前修磨出口间隙，将附着的物料清理掉，减轻涂布间隙出口物料的附着程度，使横向统一性稳定由60 轴延长到连续生产80 轴的条件。2014年年底换滤芯间隔达到100 轴，经生产成本经济核算年可降低结构性消耗40 万元；至2020年换滤芯轴数间隔达到160 轴。

2020年液滴腔结构第一片涂布嘴加工与验收配装，立项理由：双相钢涂布嘴加工配装第一片原柯达设计结构，加工专用螺丝；解决温度应力断丝问题和现用涂布嘴中凸变形问题；预计投入15 万元实现其他层配装达到两套双相钢涂布嘴使用效果；与再加工一套涂布嘴相比节省费用75 万元。

组装技术要求：试第一片保温水螺丝扣，堵头附件配齐安装封堵硅胶；检查新片有无毛刺磕点；清洗加工片；50%醇洗加工片擦拭干净后，擦拭配装第二片接触面及大理石平台；重新调整最后一片止退板固定螺丝，中间向外安装，控制变形量至最小；涂布嘴找正对齐后穿24 条螺丝；依据两侧间隔一，中间两条丝预紧方法；中间两条丝预紧力＞两侧；从中间开始分左右侧再取中预紧；预紧完成后粗侧下1、3、5 条缝偏差，间隙大的位置紧固力偏大些调整；整体紧固力矩65～75 N；检查结果合格或不合格均拆开移位重新组装一次。确认各层偏差＜3 μm 后，所有保温水丝堵位置封硅胶；密封带位置封硅胶；安装两侧密封条。

加工完成配装，标准力矩组装后检测新组层横向偏差＞9 μm，间隙偏差陡增趋势；与制安公司交流修磨方法，经四次定区域修磨配装后，检测整套涂布嘴条缝出口间隙横向均匀性＜3 μm，且呈波浪线偏差趋势，可进行生产验收。经生产验证后满足性能横向统一性需求。

5 结论

双相钢柯达嘴从选材加工到研磨组装生产测试历时1年，取得了一次组装开车成功的较好成绩，通过生产验证也发现了黄层横向统一性偏差趋势，制定了修复措施。通过对多套液滴腔涂布嘴的研磨、组装、生产验证，积累了较为丰富的经验为相纸生产提供高性能、高精度的涂布嘴装备保障，同时单层涂布黄层的工艺条件改进消除了双层涂布的横向统一性的积累偏差，换滤芯轴数间隔由原60轴逐步延长至80 轴。通过加装压力传感器检测过滤罐压力变化等措施，到2020年年底换滤芯轴数间隔最多可以达到160 轴，大幅降低了换滤芯所造成的结构性消耗。2020年新加工双相钢材质第一片涂布嘴配装成功，解决了温度应力断丝问题和现用涂布嘴中凸变形问题；实现了投入15 万元达到两套双相钢涂布嘴使用效果与再加工一套涂布嘴相比节省费用75 万元的改进目标值。