超聲波裁刀在輪胎行業的應用

摘 要：在輪胎行業為解決高速圓盤刀在裁切膠料時產生的刀-膠粘連、裁切面焦燒、切痕明顯等弊病，已成為提高輪胎質量的關鍵。利用高頻超聲波振動原理工作的超聲波裁刀可以克服高速圓盤刀的上述弊病，超聲波裁刀裁切后的膠料裁切面平整、斷面寬、斷面壓合緊密等優點，滿足了輪胎工藝的要求。

關鍵詞：超聲波裁刀；換能器；調幅器；裁切面

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.007

1 超聲波裁刀的工作原理

超聲波裁刀切割原理是通過超聲波發生器將50/60Hz電流轉換成20、30或40kHz的電能，再通過換能器轉換成為同等頻率的機械振動，調幅器再將機械振動傳遞到裁刀，裁刀上接收到了20～40kHz 的振動能量，以幫助打開材料的分子結構，而恰恰由于這一特性，在裁切過程中裁刀可以更容易地將材料分割開。裁刀其實是一個半波長的金屬部件，與換能器、調幅器產生共振，傳遞縱向振動到膠料，對膠料進行切割。

2 超聲波裁刀的工作優點

（1）切割精度高，膠料不變形。（2）切割面光潔度好，粘結性能好，接頭處粘連后不容易脫開。（3）裁切系統易應用于自動化生產。（4）裁切速度快，效率高，無污染。（5）合適的振幅可提高切割質量，滿足不同的質量要求。

3 超聲波裁刀系統的組裝與調試

（1）超聲波裁刀組件主要由換能器、調幅器和超聲波裁刀三部分組成。（2）在安裝前首先要檢查三個部件是否完好，再將三個部件表面清理干凈，尤其是連接面不能有雜質和油脂。（3）首先在換能器與調幅器的連接面上，均勻的涂抹配套的粘合劑（無須將粘合劑涂抹至螺紋上），再使用專用扳手將兩者鎖緊。（4）然后將換能器和調幅器的組件與超聲波裁刀連接。在連接之前，調幅器與裁刀的連接面也涂抹上配套的粘合劑（無須涂抹至螺紋上），再使用專用扳手將調幅器與裁刀之間鎖緊。（5）將已經組裝好的超聲波裁刀組件通過專業電纜與超聲波發生器的輸出端口相連，并擰緊。超聲波裁刀組件放置平穩（注意裁刀的切割面不要接觸到任何東西，保持裁刀懸空），打開超聲波發生器的電源，按住TEST鍵，觀察超聲波發生器震幅指示區此時震幅的指示。如震幅為1-2格并沒有太大的噪音，表示組裝良好，可以裝配在刀架上準備進行下一步的調整，如出現震幅為3格以上甚至是滿格、突然消失、噪音大或故障燈常亮等情況，表示組裝不正確或三個部件的連接表面有雜物甚至是有部件損壞。將超聲波裁刀組件拆開，擦掉連接面上的粘合劑，重新按照2-4的順序組裝。組裝完畢后再次測試，如仍是不正常狀態，應檢查超聲波發生器有沒有問題，連接的電纜有沒有問題，或超聲波裁刀組件中的三個部件是否有損壞，直到測試合格為止。（6）將測試合格的超聲波裁刀組件裝到刀架上，然后固定螺絲，但不要上緊，方便后面調整角度。（7）按裁切方向調整好裁刀刀刃與尼龍刀板之間的角度，大概20°左右為宜，過大裁切斷面不符合工藝標準，過小易弄壞裁刀，裁刀刀刃與刀板高度能通過一張紙的厚度為宜。（8）調整好后，沿著切割方向用手輕推刀架，檢查裁刀刀刃與刀板之間的間隙是否一致，如不一致需要調整一致。

4 超聲波裁刀系統的使用與保養

（1）功率發生器的使用與保養：1）使用空氣過濾裝置，定期清潔和更換；2）工作環境溫度在5-50℃；3）發生器遠離射線或通風口；4）定期清潔必要部件（視具體情況）。

（2）換能器的使用與保養：1）無橫向振動的工作環境；2）減少熱力的產生；3）減少撞擊；4）產生超聲波時，非夾持區域嚴禁接觸金屬；5）換能器僅起輔助夾持作用，嚴禁使用過大夾緊力；6）定期清理與調幅器接觸面的污垢。

（3）調幅器的使用與保養：1）小心安裝拆卸；2）減少撞擊；3）安裝夾緊力和安裝方式符合技術建議。

（4）裁刀的使用與保養：1）裁刀不可切割金屬，尼龍等硬度較大的材質；2）定期清理裁刀上的老膠，保持裁刀表面的光潔度，裁刀不光滑，裁切過程中，摩擦增大，易燒膠，冒煙，一是不符合工藝標準，二是裁刀本身散熱不好，從而損壞裁刀；3）不可用銼刀，沙紙清理裁刀表面，更不能把刀放在沙輪機上打磨。

5 超聲波裁刀在使用過程中遇到的常見故障及處理

（1）裁切時無波。在正常使用過程中發現震幅指示區不顯示震幅時，首先檢查超聲波發生器，電源是否關閉、超聲波發生器尾部插頭是否插牢、超聲波發生器輸出電纜是否有破損或斷裂。檢查超聲波發生器無異常的話，初步判斷為超聲波裁刀組件有損壞。首先將換能器單獨與超聲波發生器的輸出端連接，通上電后按下TEST鍵，用手指輕輕觸摸換能器表面（注意不要用力，以防燙傷），有滑動感說明換能器是好的，否則可能是壞了。然后將調幅器或裁刀與換能器連接，并以同樣的方法進行測試。這樣一個一個的排除，最終判斷出問題所在。

（2）裁切面焦燒。刀調整好后進行帶料裁切時，首先檢查超聲波發生器的振幅顯示屏，振幅為1-2格時正常，超過3格時膠料可能會有膠煙產生，這說明可能是裁刀裁切方向的刀刃與刀板之間的角度沒有調整好，需要重新調整，也可能是裁刀表面有老膠需要清理，也有可能是超聲波發生器的頻率設定過高，需要降低點頻率試試，也不能設定過低，膠料會裁不斷。

（3）裁切面裁切寬度不對。裁切后的膠料，裁切面寬度不對，會影響到接頭的接觸面積，從而影響接頭的壓合效果，這就需要調整裁刀裁切方向的刀刃與刀板的水平夾角了。

（4）裁切面邊緣卷邊。裁切面邊緣卷邊，尤其是裁刀初始進入膠料時卷邊，往往通過調整裁刀刀刃與刀板夾角的方式，但效果不理想，經過長時間的摸索，通過降低裁刀初始進入膠料的速度，等裁刀進入膠料以后再提成高速的方法，有效的解決了此種問題。

（5）裁切時報警。此種問題的原因有多種可能性，可以按照裁切時無波的判斷方法去一一排查。

6 結語

超聲波裁刀系統在輪胎行業的應用對于提高膠料的裁切面品質起到了關鍵性作用，也提高了輪胎的整體品質。

參考文獻：

[1]生利英.超聲波檢測技術化學工業出版社[M].2014.

[2]袁冬琴.自動檢測與轉換技術[M].上海交大出版社，2015.

[3]張世憑，唐先春，丁義超.特種加工技術[M].重慶大學出版社，2014.

[4]必能信公司關于《超聲波輪胎切割系統》的介紹[S].

作者簡介：張琪（1979-），男，安徽合肥人，本科，電氣工程師，研究方向：電氣自動化。