織機(jī)用織物裁切技術(shù)研究

董憲君 周建佳

摘 要：織物的裁切是紡織領(lǐng)域常見的后處理工藝，不同裁切技術(shù)采用的設(shè)備不同，裁切效果也大不相同。本文按照應(yīng)用原理對現(xiàn)有技術(shù)中的裁切設(shè)備和裁切技術(shù)進(jìn)行分類和比較，客觀分析機(jī)械裁切、熱裁切、超聲裁切以及其他裁切等各類型裁切技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并針對不同的生產(chǎn)要求提出了較佳的裁切技術(shù)選擇建議，提高了生產(chǎn)質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

關(guān)鍵詞：裁切;織物;織機(jī)

中圖分類號：TS101.923 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）10-0035-03

Abstract： The cutting of fabrics is a common post-processing process in the textile field. Different cutting techniques use different equipment and the cutting effect is also very different. According to the application principle， the paper classified and compared the cutting equipment and cutting technology in the prior art， objectively analyzed the advantages and disadvantages of various types of cutting technology， and proposed better cutting technology selection suggestions for different production requirements， improved production quality and production efficiency.

Keywords： cut;fabric;loom

織機(jī)是將經(jīng)線和緯線結(jié)合在一起形成織物的設(shè)備。但是，僅靠織機(jī)的織造步驟往往無法一步成型，還需要進(jìn)行多種后續(xù)處理，其中織物的裁切即是較為常見的一種。例如，現(xiàn)有無梭織機(jī)織造過程中，為了形成布邊，在織造完成后，布匹兩端經(jīng)常存在廢邊，需要切除;工業(yè)用布要求布幅多變，尤其是采用寬幅織機(jī)織造或多幅織造時，經(jīng)常需要將寬幅布匹裁成窄幅或?qū)⒍喾计ゲ贸蓡畏?，以方便使用或者銷售;對于特定寬度的織物，如各種織嘜、標(biāo)簽及商標(biāo)等，為了制造出帶子，需先織造出一條寬幅織物帶材，在該帶材的相鄰帶區(qū)中加工出多組要求的帶子圖案，然后在帶區(qū)之間的分界處將寬幅織物帶材切割開。

為滿足生產(chǎn)中對各類型織物裁切的需求，出現(xiàn)了多種織物裁切設(shè)備。按照裁切原理，可將裁切設(shè)備分為機(jī)械式裁切、熱裁切、超聲波裁切及其他裁切等大類。隨著現(xiàn)代紡織加工對裁切的要求越來越高，裁切設(shè)備也朝著更精確、更可靠、更高效及更多樣化的方向發(fā)展。新的裁切設(shè)備層出不窮，有必要分析不同設(shè)備的作用原理及優(yōu)劣之處，以提高實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中的針對性，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率。

1 現(xiàn)有裁切技術(shù)

按照裁切設(shè)備裁切織物的原理，現(xiàn)有裁切設(shè)備可分為機(jī)械裁切、熱裁切、超聲波裁切及其他裁切等四大類。熱裁切和超聲波裁切較多地依賴于新技術(shù)、新能源的發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新要求高，發(fā)展歷程較短;機(jī)械裁切設(shè)備僅依賴于現(xiàn)有機(jī)械部件的傳動、作動方式的不同搭配，技術(shù)創(chuàng)新門檻相對較低，且作為傳動技術(shù)，歷史悠久，發(fā)展歷程長，技術(shù)較為成熟。

1.1 機(jī)械裁切

機(jī)械裁切指的是采用各種傳統(tǒng)的機(jī)械驅(qū)動裝置刀具切割織物。按照裁切時機(jī)械的運(yùn)動方式，機(jī)械裁切又可分為剖開式、剪刀式及旋轉(zhuǎn)式三種類型。

剖開式指的是采用電機(jī)等機(jī)械驅(qū)動剖幅刀對織物進(jìn)行裁切。采用該種裁切方式操作時，剖幅刀并不發(fā)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或者剪切運(yùn)動，織物、剖幅刀二者同時或者其一沿剖幅方向做單維運(yùn)動，通過二者之間的相向運(yùn)動達(dá)到裁切織物的目的。

剪刀式指的是裁切用刀具本身在驅(qū)動源的作用下做剪切運(yùn)動，通過剪切力達(dá)到裁切織物的目的。按照刀具刀片的數(shù)量，剪刀式裁切又包括雙片剪刀及單片剪刀配合砧板兩種不同形式。

旋轉(zhuǎn)式指的是裁切用刀具本身在驅(qū)動源的作用下，沿旋轉(zhuǎn)軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，在旋轉(zhuǎn)的過程中，刀刃與織物發(fā)生相對運(yùn)動，達(dá)到裁切織物的目的。

1.2 熱裁切

熱裁切指的是利用熱量熔斷織物纖維達(dá)到切割的目的。根據(jù)裁切熱的不同來源，熱裁切設(shè)備進(jìn)一步分為電熱金屬式、激光式及高溫介質(zhì)式三種類型。

電熱金屬式指的是裁切刀具采用電熱絲或者電熱片等金屬結(jié)構(gòu)對金屬刀具通電，利用通電后發(fā)熱的金屬與織物接觸、熔融織物纖維，達(dá)到裁切的目的。

激光式指的是利用高能激光產(chǎn)生的熱量對織物進(jìn)行定點(diǎn)裁切。

高溫介質(zhì)式指的是利用高溫流體，如氣體、液體等，高速沖擊織物裁切位置，熔斷織物纖維。

1.3 超聲波裁切

超聲波裁切指的是利用超聲波帶動切刀震動，一方面與織物纖維之間發(fā)生相對運(yùn)動，另一方面震動發(fā)熱，實(shí)現(xiàn)同時切割和封邊。

1.4 其他裁切

其他裁切包括冷凍、高壓流體沖擊等新型裁切方式。

2 各類型裁切技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用限制

2.1 機(jī)械裁切技術(shù)成熟、穩(wěn)定性強(qiáng)

除上述具備的共同特點(diǎn)外，剖開式、剪刀式和旋轉(zhuǎn)式裁切也各有其自身特點(diǎn)。剖開式裁切結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動方式便于控制，對傳動機(jī)構(gòu)的要求較低，故廣泛用于分幅等各類簡單的裁切操作。為提高剖幅的精確性，部分剖幅設(shè)備上安裝了剖幅刀自動跟蹤系統(tǒng)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的剖幅刀人工跟蹤系統(tǒng)。剖切刀自動跟蹤系統(tǒng)由機(jī)架、伺服糾偏驅(qū)動器、滑動支板、直線滑軌、剖刀裝置、剖切刀護(hù)罩、傳感器支架及反射式傳感器組成。傳感器對準(zhǔn)位置時，剖切刀正好位于中心位置，傳感器剖切刀驅(qū)動電機(jī)、剖切刀均固定在滑動支板上。發(fā)生偏離時，傳感器發(fā)出糾偏信號，驅(qū)動伺服電機(jī)調(diào)整位置[1]。剪刀式裁切需要控制刀具進(jìn)行剪切動作，與剖開式裁切相比，對傳動機(jī)構(gòu)提出了更高要求，但裁切可靠性更高，且更能滿足精準(zhǔn)化裁切操作的要求，多應(yīng)用于修邊等裁切操作和布邊切斷操作。使用剪刀式裁切切斷緯紗頭時，經(jīng)常同時配備廢紗吸入機(jī)構(gòu)。一般情況下，每次自機(jī)側(cè)引入的緯紗頭端都用剪刀切齊，依靠吸入裝置，把切下來的紗頭吸入[2]。旋轉(zhuǎn)式裁切在實(shí)際應(yīng)用中多采用同一旋轉(zhuǎn)軸控制多片旋轉(zhuǎn)刀片同時裁切，故特別適合于條帶（如商標(biāo)等）批量化多條幅的裁切。

2.2 熱裁切技術(shù)的裁切和封邊可同時進(jìn)行，適用于化纖類織物

熱裁切對裁切對象具有一定的要求，裁切對象需為易于熱熔斷的纖維，故多用于化纖類織物的裁切。與機(jī)械式裁切相比，熱裁切在裁切的同時還能對織物進(jìn)行封邊，避免了因裁切造成的毛邊、散邊等問題。

比較熱裁切的三種形式，其中電熱金屬類裁切的設(shè)備較為簡單，操作方便，生產(chǎn)成本低，且在實(shí)際應(yīng)用中，該種形式的金屬同時還具有機(jī)械裁切的屬性，因此應(yīng)用范圍較其他兩種形式更廣。瑞士Loepfe（洛菲）公司開發(fā)的WeftMaster TC-1S型織物熱熔切割儀，是一種配備有切割控制單元的熱熔切邊裝置。該儀器采用發(fā)熱絲切割織物，能精準(zhǔn)熔化并切割織物，形成完美的布邊[3]。此外，該儀器還對用戶界面進(jìn)行了優(yōu)化，更注重用戶的操作體驗(yàn)，可調(diào)節(jié)的自定義設(shè)定值也大幅增加，并且采用按鍵式溫度控制，提高了溫度的可重現(xiàn)性。激光式裁切和高溫介質(zhì)裁切對設(shè)備的操作精度要求較高，設(shè)備較為復(fù)雜，且需要特別的能量源。例如，高溫介質(zhì)式裁切通常需要安裝復(fù)雜的高溫介質(zhì)源，同時對介質(zhì)噴出的時機(jī)有特別的要求，需要較為復(fù)雜的控制系統(tǒng)控制。但是，激光切割在面料切割方面也有其顯著的優(yōu)點(diǎn)。①激光束在各個方向都是銳利的，不受任何切削幾何形狀的限制。②裁剪軌跡很窄，使得鄰近兩塊布料的裁剪線能夠緊密排列，可節(jié)約布料5%～15%。③激光束是永遠(yuǎn)銳利的，可避免調(diào)換刀片造成的停機(jī)。④裁切沿垂直方向作用，使得多疊層的上下層外形完全一致。⑤裁剪前，激光束不施加任何力，不需要真空布料定位裝置。⑥激光裁切速度較高[4]。

2.3 超聲波裁切綜合了機(jī)械式裁切和熱裁切的優(yōu)勢

超聲波裁切設(shè)備是利用超聲波帶動切刀振動實(shí)現(xiàn)裁切的設(shè)備。該種設(shè)備綜合了機(jī)械式裁切和熱裁切的優(yōu)點(diǎn)，適用性廣，不僅可加工熱塑性材料，還可加工天然材料，且在裁切的同時還能實(shí)現(xiàn)封邊操作，裁切邊緣整齊完整。

美國的Dukane公司設(shè)計(jì)了一種超聲裁切刀。該裝置上配備有一把長5.08cm的鋼刀，以2萬次/s的超高頻率振動。利用該種超高頻振動，各種材料能夠以最小的力被裁切，并在裁切的過程中，材料的邊緣被裁切刀熔化，從而達(dá)到封邊的效果，適用于各種易于散邊材料織物的裁切。這種裁切設(shè)備還能裁切未經(jīng)硫化的橡膠材料，并且不會使其切邊硬化[5]。現(xiàn)有技術(shù)中，除了特殊的道具，對于產(chǎn)生超聲波振動的電源也有特殊要求。超聲波電源作為超聲波切割機(jī)的重要組成部分，必須解決三個主要關(guān)鍵技術(shù)，即換能器電端匹配網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、聲學(xué)系統(tǒng)諧振頻率自動跟蹤技術(shù)及功率自動調(diào)節(jié)技術(shù)。傳統(tǒng)的超聲波電源是采用振蕩器來產(chǎn)生超聲波的，其缺點(diǎn)是當(dāng)更換負(fù)載（換能器）時，振蕩電路必須重新設(shè)計(jì)，并且其工作在線性區(qū)，而非開關(guān)狀態(tài)，因此損耗大。新一代電力電子器件工作在開關(guān)狀態(tài)，損耗小。此外，當(dāng)換用不同負(fù)載時，該電源可實(shí)現(xiàn)換能器的電端匹配、自動跟蹤負(fù)載諧振頻率及功率輸出自動調(diào)節(jié)，無需重新設(shè)計(jì)電路[6]。

2.4 其他裁切設(shè)備精度要求高

其他裁切方式更傾向于對“裁”這一動作的來源性進(jìn)行探索，且絕大多數(shù)著眼于新形勢的動力源，如冷凍、高壓流體等。例如，利用水或是添加了磨料的水，經(jīng)過水泵至增壓器，流經(jīng)儲液蓄能器保證高壓液體持續(xù)且流動平穩(wěn)，最后通過人造寶石噴嘴高速射出，形成300～900m/s的高速液體流，直接作用于工件表面，水流壓力克服材料的強(qiáng)度極限，達(dá)到去除材料的切削目的。需要注意的是，水切割系統(tǒng)用水需要進(jìn)行三級過濾、軟化處理，以保證切割噴嘴寶石環(huán)的使用壽命[7]。因此，該種切割技術(shù)無論是設(shè)備成本還是操作精確度方面都比傳統(tǒng)切割方式的要求高。

3 結(jié)語

紡織行業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，具體選擇哪種織物裁切技術(shù)并非僅由技術(shù)本身的功能決定，還應(yīng)綜合考慮技術(shù)是否與原有織機(jī)設(shè)備適配、是否存在改造難度、是否需要額外增加輔助器械等其他實(shí)際生產(chǎn)因素。

對于加工棉、毛、絲、麻等天然纖維原料為主的紡織企業(yè)，現(xiàn)有的熱裁切技術(shù)顯然是不能滿足生產(chǎn)要求的，應(yīng)著重考慮機(jī)械式裁切或超聲波式裁切。對于相應(yīng)設(shè)備的改造與安裝方面，機(jī)械式裁切方便快捷，設(shè)備改造成本低，拆卸安裝方便，較超聲波式裁切優(yōu)勢明顯。但超聲波式裁切的高效、品種適用性廣、能同時封邊等優(yōu)點(diǎn)更能提高裁切工序的生產(chǎn)效率，也更貼合當(dāng)今高效生產(chǎn)的需求，因此如生產(chǎn)環(huán)境允許，也可以考慮采用該種方式。

對于以加工化纖原料為主的紡織企業(yè)，熱裁切顯然較機(jī)械裁切在裁切效率方面優(yōu)勢明顯。企業(yè)在合理預(yù)算范圍內(nèi)，通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)備改造，在原有織機(jī)上增加電加熱或激光設(shè)備，能夠達(dá)到很好的裁切封邊效果。但是，高溫介質(zhì)式熱裁切對介質(zhì)噴出時機(jī)的要求特殊，需要搭配精準(zhǔn)控制系統(tǒng)，對整個設(shè)備的配合方面要求比較高，需要綜合考察后慎重選擇。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳中民.針織布上漿剖幅工藝與設(shè)備研究[J].河南科技，2018（11）：52-54.

[2]機(jī)織教研組.從專利方案看無梭織機(jī)的發(fā)展[J].國外紡織技術(shù)，1974（1）：1-15.

[3]賀春霞.洛菲：織物熱切割[J].國際紡織導(dǎo)報(bào)，2019（1）：18.

[4]羅維平.基于織物面料的激光自動裁剪機(jī)控制系統(tǒng)[J].激光雜志，2010（4）：53-55.

[5]徐善明.超聲裁切刀[J].應(yīng)用聲學(xué)，1989（1）：29.

[6]張繼東，秦進(jìn)平，張春艷.一種用于纖維材料超聲波切割的電源[J].黑龍江工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（3）：43-46.

[7]董麗娟.機(jī)器人水切割技術(shù)在汽車內(nèi)飾件中的應(yīng)用[J].科技風(fēng)，2018（31）：252-253.