王建民，邵偉鑫，杜亦辰

（雙錢載重輪胎分公司，上海 200245）

熱裁刀在成型機(jī)上的應(yīng)用

王建民，邵偉鑫，杜亦辰

（雙錢載重輪胎分公司，上海 200245）

成型機(jī)是成型工序的最主要生產(chǎn)設(shè)備，在成型過程中，物料的倒開、輸送、定長裁切及調(diào)偏等是物料輸送過程的不同環(huán)節(jié)。物料的裁切斷面質(zhì)量又直接影響接頭效果，對于純橡膠部件的裁切有多種方法，裁切物料的斷面形狀、裁切效率、使用成本等都是我們設(shè)備維護(hù)管理人員需要考慮的因素。

熱裁刀；圓盤刀；超聲波裁刀

成型胎坯所用到的材料主要包括：內(nèi)襯層、窄復(fù)合（胎側(cè)）、子口包布（尼龍包布、鋼絲包布）胎體簾布、帶束層和胎面等多個(gè)半制品，根據(jù)材料的組成可分為純橡膠材料和非純橡膠材料。而熱裁刀所針對的裁切對象為純膠料的半制品，即內(nèi)襯層和窄復(fù)合，本文主要探討它的應(yīng)用和對材料裁切面的影響。

1 現(xiàn)有裁刀存在的問題

在成型機(jī)臺(tái)上，用于裁切內(nèi)襯層和三復(fù)合的裁刀，三鼓成型機(jī)上所使用的是超聲波裁刀，裁切的質(zhì)量比較好，但容易損壞，維修的成本高；兩鼓成型機(jī)上所使用的普通圓盤刀，裁切面容易產(chǎn)生碎屑，導(dǎo)致接頭黏性不佳。為了降低裁刀的維護(hù)成本，以及提高裁切面質(zhì)量，現(xiàn)決定試用熱裁刀。

2 兩種常用裁刀的介紹

2.1 圓盤刀

圓盤刀裁切是一種靠刃部擠壓的一種物理分離材料的方法。內(nèi)襯層、胎面膠等純膠部件常采用這種裁切方式。

（1）圓盤刀的參數(shù)

參數(shù)見表1。

（2）裁切原理

圓盤刀通常通過聯(lián)軸器與電機(jī)直連，電機(jī)常選用普通的三相4極電機(jī)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速較高。電機(jī)座與直線導(dǎo)軌的滑塊相連接，它的水平移動(dòng)通過無桿氣缸驅(qū)動(dòng)或通過同步帶與變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的方式實(shí)現(xiàn)。

表1 圓盤刀參數(shù)

高速旋轉(zhuǎn)的圓盤刀在裁切時(shí)對材料主要施加三個(gè)方向的力。

刀刃部的切向力Fv是撕開物料的主要做功力；水平移動(dòng)力Fh克服裁刀前進(jìn)的阻力；材料切口處對材料剝離的力Fm（見圖1），主要由刀刃的結(jié)構(gòu)形狀決定，它通常與刃角成正比，同時(shí)影響反作用于Fv。

（3）圓盤刀裁切對物料切面的影響

由于圓盤刀的高速旋轉(zhuǎn)，主要帶來兩個(gè)負(fù)面影響：

a. 高速旋轉(zhuǎn)使得刀片與物料摩擦產(chǎn)生較高的溫度，易對裁切面的膠料產(chǎn)生膠燒，不利于物料的接頭，同時(shí)產(chǎn)生煙氣，帶來有害氣體，影響工人健康。

圖1 圓盤刀在裁切時(shí)對材料施加的剝離力的示意圖

b. 裁切過程中會(huì)帶來大量橡膠粉末，這些粉末會(huì)飛濺，影響其他膠部件的表面，嚴(yán)重影響貼合質(zhì)量，不符合工藝要求，同時(shí)產(chǎn)生的大量粉塵也會(huì)危害工人的健康。

2.2 超聲波裁刀

（1）超聲波裁刀組主要由換能器、調(diào)幅器和超聲波裁刀三部分組成（見圖2）。

圖2 超聲波裁刀組的組成部分

（2）超聲波裁刀的主要參數(shù)（見表2）。

表2 超聲波裁刀參數(shù)

（3）超聲波裁切原理

超聲波裁刀的原理與傳統(tǒng)意義上的裁切方式不同。它是利用超聲波的能量，將膠料被裁切的部位局部加熱熔化，從而達(dá)到裁斷膠料的目的。所以超聲波裁切不需要鋒利的刃口，也不需要很大的壓力，不會(huì)造成被切割材料的崩邊、破損。同時(shí)，由于裁刀在做超聲波振動(dòng)，摩擦阻力特別小，被切割材料不易粘在刀片上。

超聲波裁切系統(tǒng)的基本構(gòu)成是超聲波換能器、調(diào)幅器、裁刀，超聲波發(fā)生器。超聲波發(fā)生器將市電轉(zhuǎn)換成高頻高電壓交流電流，輸給超聲波換能器。超聲波換能器其實(shí)就相當(dāng)于一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器件，它能將輸入的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，即超聲波。其表現(xiàn)形式是換能器在縱向作來回伸縮運(yùn)動(dòng)。伸縮運(yùn)動(dòng)的頻率等同于驅(qū)動(dòng)電源供出的高頻交流電流頻率。調(diào)幅器的作用一是固定整個(gè)超聲波振動(dòng)系統(tǒng)，二是將換能器的輸出振幅放大。裁刀一方面進(jìn)一步放大振幅，聚焦超聲波。

另一方面是輸出超聲波，利用裁刀的類似刃口，將超聲波能量集中輸入到被裁切膠料的切割位置。該部位在巨大超聲波能量的作用下，瞬間軟化、熔化，強(qiáng)度大大下降。此時(shí)，只要施加很小的水平方向的切割力，就可達(dá)到裁切膠料的目的。

2.3 超聲波裁刀優(yōu)缺點(diǎn)

由于超聲波裁刀原理的不同，使用超聲波裁刀裁出的物料斷面非常規(guī)整，材料無形變，不會(huì)造成裁切面幾何尺寸的改變，非常利于接頭。同時(shí)裁切過程無粉末和煙氣產(chǎn)生，生產(chǎn)環(huán)境友好。

超聲波裁切的缺點(diǎn)是，成套系統(tǒng)的價(jià)格昂貴，維護(hù)成本高，單套的費(fèi)用在10萬人民幣左右，常用的備件價(jià)格也都在數(shù)萬元，非常昂貴。

3 熱裁刀的選取

熱裁刀的原理是通過電加熱，將裁刀的溫度提高，通過高溫，使得膠料變軟，從而能夠輕松的將膠料裁切開（見圖3）。我們首先開始在三鼓成型機(jī)上嘗試熱裁刀裁切的方式，并且在2013年年底，逐步運(yùn)用在內(nèi)襯側(cè)和窄復(fù)合胎側(cè)的裁切上，取得比較好的使用效果。

圖3 熱裁刀裁切示意圖

普通規(guī)格的輪胎內(nèi)襯層、胎側(cè)膠的厚度一般在5～15 mm之間，寬度不等。膠料是由炭黑、天然橡膠或合成橡膠、添加物等原材料混合密煉加工而成的。為了使橡膠具有所需要的特性，必須向添加各種添加劑，以改變橡膠的強(qiáng)度、塑性、彈性、耐用性等物理性質(zhì)。因此，膠料的化學(xué)構(gòu)成及外形決定了其裁切的難度。由于裁斷過程中，裁刀相對于膠料的相對移動(dòng)速度快，所產(chǎn)生熱量較大，而膠料的散熱能力差，所以在裁刀表面極易發(fā)生黏刀現(xiàn)象。因此，裁刀材料的選擇，是能否成功實(shí)踐熱裁刀的關(guān)鍵。

3.1 熱裁刀材料的選取

熱裁刀材料的選取必須滿足兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：①足夠的強(qiáng)度，②良好的導(dǎo)熱性能和熱穩(wěn)定性。

裁刀材質(zhì)選擇刃具鋼一般選擇碳素工具鋼、低合金工具鋼和高速鋼。

起初我們考慮采用高速刃具鋼，在具有高耐磨性、高硬度、高抗彎曲強(qiáng)度的同時(shí)，還要具有相對熱穩(wěn)定性、良好的導(dǎo)熱性，并要考慮其刀體結(jié)構(gòu)的韌性和表面粗糙度等。我們首先選用硬質(zhì)合金，但是實(shí)踐后，發(fā)現(xiàn)合金材料導(dǎo)熱性連日常的基本裁切要求都無法滿足。常用金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)見表3。

表3 常用金屬材料的導(dǎo)熱系數(shù)

經(jīng)過對材料導(dǎo)熱性能的比對，我們認(rèn)為熱裁刀合適的材料還是銅合金。并且經(jīng)過我們多次試驗(yàn)，銅合金材料作為裁刀刀片也確實(shí)能夠滿足我們?nèi)粘５牟们幸?，同時(shí)鋁青銅的力學(xué)性能，也可以滿足正常生產(chǎn)的需要。

3.2 解決刀面的耐磨性和防黏處理

熱裁刀在裁切膠料的過程中，高溫會(huì)使得膠料內(nèi)的某些雜質(zhì)析出后，黏附在刀身表面。這些雜質(zhì)也會(huì)對刃和刀面帶來損害，進(jìn)而使得刀身形成黏附現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，最終影響裁斷面，影響接頭質(zhì)量。

通過和制造廠家的溝通后，我們在刀身上進(jìn)行離子噴涂硬質(zhì)合金，增加刀體表面硬度，提高裁刀剛性，同時(shí)再噴涂陶瓷材料，以達(dá)到防黏料的目的，經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，此方法確實(shí)可行。

4 熱裁刀與超聲波裁刀在成型機(jī)上的裁切比較

這次試用了兩把熱裁刀，一把由上海驕成公司提供，裝在了L401成型機(jī)上，另一把由南通振宇公司提供，安裝在了L201機(jī)臺(tái)上。裁刀本身材料為錫青銅，裁刀表面涂有特氟龍涂層，防止裁刀和膠料產(chǎn)生黏連。

4.1 裁刀使用情況

使用了兩周情況良好，熱裁刀的切面質(zhì)量與超聲波刀的切面質(zhì)量差不多，詳細(xì)可見圖4～圖7?？梢钥闯觯瑹岵玫兜慕宇^質(zhì)量和超聲波刀的相差無幾。

圖4 L201機(jī)臺(tái)內(nèi)襯層接頭（熱裁刀）

圖5 L401機(jī)臺(tái)內(nèi)襯層接頭（熱裁刀）

圖6 L402機(jī)臺(tái)內(nèi)襯層接頭（超聲波裁刀）

4.2 熱裁刀高溫對膠料的影響

L201和L401熱裁刀的溫度通過紅外測溫槍進(jìn)行測量結(jié)果見表4。

熱刀本身存在一個(gè)溫度階梯，越靠近切面溫度越低，實(shí)際作用于膠料的溫度約在80 ℃左右。

對切面的膠料進(jìn)行取樣，取兩組樣，同一組的樣品都是在一條內(nèi)襯層上取得，膠料都為BT727膠料，取得位置分別為裁刀切面和非裁刀切面，進(jìn)行流變儀測試，測試結(jié)果見表5。

圖7 L413機(jī)臺(tái)內(nèi)襯層接頭（超聲波裁刀）

表4 L201和L401機(jī)臺(tái)上熱裁刀的溫度對比

從結(jié)果來看，無論是熱裁刀，超聲波刀，高溫對膠料的影響都微乎其微，可以說熱裁刀的使用對膠料幾乎沒有影響。

表5 熱裁刀和超聲波裁刀的硫變儀測試數(shù)據(jù)

5 熱裁刀與超聲波裁刀的成本比較

現(xiàn)在使用的超聲波刀價(jià)格昂貴，容易損壞，維護(hù)的成本也高，超聲波裁刀一套的價(jià)格約為50 000元，而熱裁刀一套的價(jià)格約為6 000元，超聲波裁刀的維護(hù)費(fèi)用是熱裁刀的8倍。可以說成本方面，相比超聲波裁刀，熱裁刀的優(yōu)勢是很明顯的。

6 結(jié)束語

（1）從性能上來說，熱裁刀和超聲波裁刀相差無幾，但從成本上考慮，熱裁刀的優(yōu)勢比較明顯。

（2）三鼓成型機(jī)用熱裁刀來替換超聲波裁刀是可行的，并且能夠降低成本，而且熱裁刀也適合在兩鼓成型機(jī)上推廣。

（R-03）

玲瓏輪胎2項(xiàng)目獲專家好評

2015年11月28日，煙臺(tái)市經(jīng)信委在招遠(yuǎn)市主持召開了山東玲瓏機(jī)電有限公司承擔(dān)完成的山東省技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目鑒定驗(yàn)收會(huì)。與會(huì)專家經(jīng)過資料審查、現(xiàn)場考察，最終評定2個(gè)項(xiàng)目全部順利通過驗(yàn)收，綜合技術(shù)達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平。通過驗(yàn)收的2個(gè)項(xiàng)目分別為：

（1）SCB11-2000/35型 低損耗三相樹脂澆注干式變壓器。

（2）YZB-F-1600/35型 35 kV級(jí)風(fēng)力發(fā)電用高壓/低壓預(yù)裝式變電站。

此次玲瓏輪胎承擔(dān)的2個(gè)項(xiàng)目各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)國內(nèi)外用戶使用表明產(chǎn)品性能優(yōu)異，節(jié)能效果顯著，具有廣闊的市場前景。玲瓏也將再接再厲，用技術(shù)創(chuàng)新為市場提高更好的產(chǎn)品。

本刊摘編自“玲瓏輪胎”

（R-01）

Application of thermal cutting knife for building machine

Application of thermal cutting knife for building machine

Wang Jianmin.Shao Weixin,Du Yichen
(Double Coin Hevy-duty Tire Co.Ltd, Shanghai 200245)

Building machine is the main production equipment. Material back-off, conveying, fi xed-length cutting and adjusting is a different link of material conveying process in molding process. The quality of cutting surface affect joint directly.There is a variety of methods to cut pure rubber parts, and the section shape, cutting effi ciency and cost are our equipment maintenance and management factors to consider.

hot cutting knife; cutting disc; ultrasonic cutting knife

TQ330.66

1009-797X（2016）01-0047-04

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.01.009

王建民（1964-），男，畢業(yè)于青島化工學(xué)院，目前從事裝備、生產(chǎn)管理工作。

2015-06-12