織機用織物裁切技術研究

董憲君 周建佳

摘 要：織物的裁切是紡織領域常見的后處理工藝，不同裁切技術采用的設備不同，裁切效果也大不相同。本文按照應用原理對現有技術中的裁切設備和裁切技術進行分類和比較，客觀分析機械裁切、熱裁切、超聲裁切以及其他裁切等各類型裁切技術的優缺點，并針對不同的生產要求提出了較佳的裁切技術選擇建議，提高了生產質量和生產效率。

關鍵詞：裁切;織物;織機

中圖分類號：TS101.923 文獻標識碼：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

織機是將經線和緯線結合在一起形成織物的設備。但是，僅靠織機的織造步驟往往無法一步成型，還需要進行多種后續處理，其中織物的裁切即是較為常見的一種。例如，現有無梭織機織造過程中，為了形成布邊，在織造完成后，布匹兩端經常存在廢邊，需要切除;工業用布要求布幅多變，尤其是采用寬幅織機織造或多幅織造時，經常需要將寬幅布匹裁成窄幅或將多幅布匹裁成單幅，以方便使用或者銷售;對于特定寬度的織物，如各種織嘜、標簽及商標等，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中加工出多組要求的帶子圖案，然后在帶區之間的分界處將寬幅織物帶材切割開。

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

1 現有裁切技術

按照裁切設備裁切織物的原理，現有裁切設備可分為機械裁切、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、新能源的發展，技術創新要求高，發展歷程較短;機械裁切設備僅依賴于現有機械部件的傳動、作動方式的不同搭配，技術創新門檻相對較低，且作為傳動技術，歷史悠久，發展歷程長，技術較為成熟。

1.1 機械裁切

機械裁切指的是采用各種傳統的機械驅動裝置刀具切割織物。按照裁切時機械的運動方式，機械裁切又可分為剖開式、剪刀式及旋轉式三種類型。

剖開式指的是采用電機等機械驅動剖幅刀對織物進行裁切。采用該種裁切方式操作時，剖幅刀并不發生旋轉運動或者剪切運動，織物、剖幅刀二者同時或者其一沿剖幅方向做單維運動，通過二者之間的相向運動達到裁切織物的目的。

剪刀式指的是裁切用刀具本身在驅動源的作用下做剪切運動，通過剪切力達到裁切織物的目的。按照刀具刀片的數量，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。

旋轉式指的是裁切用刀具本身在驅動源的作用下，沿旋轉軸做旋轉運動，在旋轉的過程中，刀刃與織物發生相對運動，達到裁切織物的目的。

1.2 熱裁切

熱裁切指的是利用熱量熔斷織物纖維達到切割的目的。根據裁切熱的不同來源，熱裁切設備進一步分為電熱金屬式、激光式及高溫介質式三種類型。

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構對金屬刀具通電，利用通電后發熱的金屬與織物接觸、熔融織物纖維，達到裁切的目的。

激光式指的是利用高能激光產生的熱量對織物進行定點裁切。

高溫介質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生相對運動，另一方面震動發熱，實現同時切割和封邊。

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 各類型裁切技術特點及應用限制

2.1 機械裁切技術成熟、穩定性強

除上述具備的共同特點外，剖開式、剪刀式和旋轉式裁切也各有其自身特點。剖開式裁切結構簡單，運動方式便于控制，對傳動機構的要求較低，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，部分剖幅設備上安裝了剖幅刀自動跟蹤系統，代替傳統的剖幅刀人工跟蹤系統。剖切刀自動跟蹤系統由機架、伺服糾偏驅動器、滑動支板、直線滑軌、剖刀裝置、剖切刀護罩、傳感器支架及反射式傳感器組成。傳感器對準位置時，剖切刀正好位于中心位置，傳感器剖切刀驅動電機、剖切刀均固定在滑動支板上。發生偏離時，傳感器發出糾偏信號，驅動伺服電機調整位置[1]。剪刀式裁切需要控制刀具進行剪切動作，與剖開式裁切相比，對傳動機構提出了更高要求，但裁切可靠性更高，且更能滿足精準化裁切操作的要求，多應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，經常同時配備廢紗吸入機構。一般情況下，每次自機側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]。旋轉式裁切在實際應用中多采用同一旋轉軸控制多片旋轉刀片同時裁切，故特別適合于條帶（如商標等）批量化多條幅的裁切。

2.2 熱裁切技術的裁切和封邊可同時進行，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。與機械式裁切相比，熱裁切在裁切的同時還能對織物進行封邊，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備較為簡單，操作方便，生產成本低，且在實際應用中，該種形式的金屬同時還具有機械裁切的屬性，因此應用范圍較其他兩種形式更廣。瑞士Loepfe（洛菲）公司開發的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。該儀器采用發熱絲切割織物，能精準熔化并切割織物，形成完美的布邊[3]。此外，該儀器還對用戶界面進行了優化，更注重用戶的操作體驗，可調節的自定義設定值也大幅增加，并且采用按鍵式溫度控制，提高了溫度的可重現性。激光式裁切和高溫介質裁切對設備的操作精度要求較高，設備較為復雜，且需要特別的能量源。例如，高溫介質式裁切通常需要安裝復雜的高溫介質源，同時對介質噴出的時機有特別的要求，需要較為復雜的控制系統控制。但是，激光切割在面料切割方面也有其顯著的優點。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，可節約布料5%～15%。③激光束是永遠銳利的，可避免調換刀片造成的停機。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械式裁切和熱裁切的優勢

超聲波裁切設備是利用超聲波帶動切刀振動實現裁切的設備。該種設備綜合了機械式裁切和熱裁切的優點，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現封邊操作，裁切邊緣整齊完整。

美國的Dukane公司設計了一種超聲裁切刀。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。這種裁切設備還能裁切未經硫化的橡膠材料，并且不會使其切邊硬化[5]。現有技術中，除了特殊的道具，對于產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的重要組成部分，必須解決三個主要關鍵技術，即換能器電端匹配網絡技術、聲學系統諧振頻率自動跟蹤技術及功率自動調節技術。傳統的超聲波電源是采用振蕩器來產生超聲波的，其缺點是當更換負載（換能器）時，振蕩電路必須重新設計，并且其工作在線性區，而非開關狀態，因此損耗大。新一代電力電子器件工作在開關狀態，損耗小。此外，當換用不同負載時，該電源可實現換能器的電端匹配、自動跟蹤負載諧振頻率及功率輸出自動調節，無需重新設計電路[6]。

2.4 其他裁切設備精度要求高

其他裁切方式更傾向于對“裁”這一動作的來源性進行探索，且絕大多數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，經過水泵至增壓器，流經儲液蓄能器保證高壓液體持續且流動平穩，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度極限，達到去除材料的切削目的。需要注意的是，水切割系統用水需要進行三級過濾、軟化處理，以保證切割噴嘴寶石環的使用壽命[7]。因此，該種切割技術無論是設備成本還是操作精確度方面都比傳統切割方式的要求高。

3 結語

紡織行業實際生產中，具體選擇哪種織物裁切技術并非僅由技術本身的功能決定，還應綜合考慮技術是否與原有織機設備適配、是否存在改造難度、是否需要額外增加輔助器械等其他實際生產因素。

對于加工棉、毛、絲、麻等天然纖維原料為主的紡織企業，現有的熱裁切技術顯然是不能滿足生產要求的，應著重考慮機械式裁切或超聲波式裁切。對于相應設備的改造與安裝方面，機械式裁切方便快捷，設備改造成本低，拆卸安裝方便，較超聲波式裁切優勢明顯。但超聲波式裁切的高效、品種適用性廣、能同時封邊等優點更能提高裁切工序的生產效率，也更貼合當今高效生產的需求，因此如生產環境允許，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，熱裁切顯然較機械裁切在裁切效率方面優勢明顯。企業在合理預算范圍內，通過適當的設備改造，在原有織機上增加電加熱或激光設備，能夠達到很好的裁切封邊效果。但是，高溫介質式熱裁切對介質噴出時機的要求特殊，需要搭配精準控制系統，對整個設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：

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

[7]董麗娟.機器人水切割技術在汽車內飾件中的應用[J].科技風，2018（31）：252-253.