摘 要：在輪胎行業(yè)為解決高速圓盤刀在裁切膠料時(shí)產(chǎn)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(zhì)量的關(guān)鍵。利用高頻超聲波振動(dòng)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(yōu)點(diǎn)，滿足了輪胎工藝的要求。

關(guān)鍵詞：超聲波裁刀；換能器；調(diào)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(fā)生器將50/60Hz電流轉(zhuǎn)換成20、30或40kHz的電能，再通過換能器轉(zhuǎn)換成為同等頻率的機(jī)械振動(dòng)，調(diào)幅器再將機(jī)械振動(dòng)傳遞到裁刀，裁刀上接收到了20～40kHz 的振動(dòng)能量，以幫助打開材料的分子結(jié)構(gòu)，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(shí)是一個(gè)半波長的金屬部件，與換能器、調(diào)幅器產(chǎn)生共振，傳遞縱向振動(dòng)到膠料，對(duì)膠料進(jìn)行切割。

2 超聲波裁刀的工作優(yōu)點(diǎn)

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

3 超聲波裁刀系統(tǒng)的組裝與調(diào)試

（1）超聲波裁刀組件主要由換能器、調(diào)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(gè)部件是否完好，再將三個(gè)部件表面清理干凈，尤其是連接面不能有雜質(zhì)和油脂。（3）首先在換能器與調(diào)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(diào)幅器的組件與超聲波裁刀連接。在連接之前，調(diào)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(diào)幅器與裁刀之間鎖緊。（5）將已經(jīng)組裝好的超聲波裁刀組件通過專業(yè)電纜與超聲波發(fā)生器的輸出端口相連，并擰緊。超聲波裁刀組件放置平穩(wěn)（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(fā)生器的電源，按住TEST鍵，觀察超聲波發(fā)生器震幅指示區(qū)此時(shí)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(zhǔn)備進(jìn)行下一步的調(diào)整，如出現(xiàn)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(gè)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(tài)，應(yīng)檢查超聲波發(fā)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(gè)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(diào)整角度。（7）按裁切方向調(diào)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(biāo)準(zhǔn)，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(diào)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(diào)整一致。

4 超聲波裁刀系統(tǒng)的使用與保養(yǎng)

（1）功率發(fā)生器的使用與保養(yǎng)：1）使用空氣過濾裝置，定期清潔和更換；2）工作環(huán)境溫度在5-50℃；3）發(fā)生器遠(yuǎn)離射線或通風(fēng)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(yǎng)：1）無橫向振動(dòng)的工作環(huán)境；2）減少熱力的產(chǎn)生；3）減少撞擊；4）產(chǎn)生超聲波時(shí)，非夾持區(qū)域嚴(yán)禁接觸金屬；5）換能器僅起輔助夾持作用，嚴(yán)禁使用過大夾緊力；6）定期清理與調(diào)幅器接觸面的污垢。

（3）調(diào)幅器的使用與保養(yǎng)：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(shù)建議。

（4）裁刀的使用與保養(yǎng)：1）裁刀不可切割金屬，尼龍等硬度較大的材質(zhì)；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(biāo)準(zhǔn)，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(jī)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(shí)無波。在正常使用過程中發(fā)現(xiàn)震幅指示區(qū)不顯示震幅時(shí)，首先檢查超聲波發(fā)生器，電源是否關(guān)閉、超聲波發(fā)生器尾部插頭是否插牢、超聲波發(fā)生器輸出電纜是否有破損或斷裂。檢查超聲波發(fā)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(dú)與超聲波發(fā)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(dòng)感說明換能器是好的，否則可能是壞了。然后將調(diào)幅器或裁刀與換能器連接，并以同樣的方法進(jìn)行測試。這樣一個(gè)一個(gè)的排除，最終判斷出問題所在。

（2）裁切面焦燒。刀調(diào)整好后進(jìn)行帶料裁切時(shí)，首先檢查超聲波發(fā)生器的振幅顯示屏，振幅為1-2格時(shí)正常，超過3格時(shí)膠料可能會(huì)有膠煙產(chǎn)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(diào)整好，需要重新調(diào)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(fā)生器的頻率設(shè)定過高，需要降低點(diǎn)頻率試試，也不能設(shè)定過低，膠料會(huì)裁不斷。

（3）裁切面裁切寬度不對(duì)。裁切后的膠料，裁切面寬度不對(duì)，會(huì)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(diào)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(jìn)入膠料時(shí)卷邊，往往通過調(diào)整裁刀刀刃與刀板夾角的方式，但效果不理想，經(jīng)過長時(shí)間的摸索，通過降低裁刀初始進(jìn)入膠料的速度，等裁刀進(jìn)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(shí)報(bào)警。此種問題的原因有多種可能性，可以按照裁切時(shí)無波的判斷方法去一一排查。

6 結(jié)語

超聲波裁刀系統(tǒng)在輪胎行業(yè)的應(yīng)用對(duì)于提高膠料的裁切面品質(zhì)起到了關(guān)鍵性作用，也提高了輪胎的整體品質(zhì)。

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

[4]必能信公司關(guān)于《超聲波輪胎切割系統(tǒng)》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(dòng)化。