陶瓷马赛克铺贴机切纸刀具的改进设计研究*

刘　杰　董关平　范彦斌

(佛山科学技术学院　广东 佛山　528000)



陶瓷马赛克铺贴机切纸刀具的改进设计研究*

刘杰董关平范彦斌

(佛山科学技术学院广东 佛山528000)

介绍了一种曲线型刀口的剪切专用组合刀具，分析了目前存在的刀口变钝容易导致切不断纸和剪切不完全的问题。针对这些问题，笔者设计了一种结构简单，安全可靠的切纸专用组合刀具。使该刀具的上剪切刀的刀口与待切割包装纸之间在切割过程中始终保持一个角度，使上剪切刀的刀口与待切割包装纸之间基本保持点接触，在总体压力相同的情况下，增大切割点的压力，使切割更省力，从而减少刀具的磨损，可延长刀具的使用寿命。

刀具剪切刀口曲线型设计

前言

马赛克因其本身材料的多变、质感与个性的装饰效果得到越来越多人的喜爱,从家居产品到大型艺术壁画的创作;从室内装修到建筑外墙的铺贴等都能看到其身影[1]。随着市场对马赛克的需求不断增加，在国内生产设备中产生的问题也不断显现出来。目前，马赛克陶瓷厂的机械生产设备中，都需要设计切纸装置。切纸机剪切装置包括切纸刀，切纸刀又包括上剪切刀和与上剪切刀配合使用的下剪切刀。当该切纸刀长时间剪切纸片和铝箔膜等各种材质的包装纸时，一方面容易出现切纸刀的刀口变钝，上剪切刀的刀口与下剪切刀的刀口之间存在缝隙等问题，刀口变钝容易导致纸切不断和剪切不完全的情况发生，刀口之间存在缝隙，容易导致包装纸在剪切过程中出现纸张折叠卡纸故障。

另一方面，刀具的材料也决定了其生产成本的价格，由于高速钢价格较贵，不利于成本的降低。现有技术的刀口，采用45#钢和GR12D的材料做出来的刀都不耐用，切带塑膜的包装纸张最好使用高速钢材质或者硬质合金材质，这涉及到硬度和韧性的问题，同时高速钢材质或者硬质合金材质在价格方面相对较贵，高速钢淬火硬度能达到HRC62-65 ，虽然CR12D材料也能达到这个硬度，但韧性却不及高速钢的一半。

1　陶瓷马赛克切纸工艺

陶瓷厂马赛克外墙砖生产中的铺贴切纸工艺，主要采用两个平行刀口的切纸刀，由PLC控制气缸的开合，实现快速切纸，通常上刀为活动刀，下刀为固定刀，也有一些马赛克铺贴设备采用上刀固定，下刀活动，其工作原理相似，都是将通过刀口之间的铺贴纸按照预定的要求准确切断。

1)首先，工艺铺贴切纸要求切纸时间短。设备在连续工作的过程中，切纸时间对铺贴纸的效果影响较大，主要表现为：切纸时间短容易出现纸张皱折现象，这种皱折问题容易导致在贴纸过程中贴不满砖体的现象发生。同时，对接下来的贴纸也要重新检查定位，这样影响了生产效率。

2)其次，要求切纸时保证要切断。目前很多陶瓷厂的切纸机械中，经常出现切不断现象，其主要原因是切纸刀变钝和切纸刀之间的刀面之间不能保持接触，有些设备由于在操作过程中，刀口直接相撞，导致刀具损坏，设备需重新维修，剪不断的问题有很多原因，设计上的缺陷是主要原因。

马赛克生产企业，一般都是24 h作业，当设备故障发生时，不但会产生维修费用，而且还会影响生产，而导致巨大的损失。企业在保证切纸速度的同时，还要保证切纸切断率，这一直是陶瓷马赛克生产企业需要解决的突出问题[2]。

2　解决方法

切纸机的主要运动为上下剪切复合运动、压纸器的上下剪切复合运动、压纸器的运动[3]。马赛克铺贴切纸机的工作原理和这个相似，机械结构上设计也基本符合这些要求。针对上述问题，为解决切纸刀与刀面之间不能保持接触的问题，在其他机械结构保证设计合理的情况下，我们主要采用的方法是通过在刀具之间设计一个拉伸弹簧装置，借助弹簧的拉伸变形实现两个刀具直接的接触，但这个设计对于普通的切纸刀是行不通的，主要是因为目前所使用的切纸机都是平行的刀具或者设计成将上刀和下刀有一个角度。平行刀具无法保证两个刀具是处于接触状态，在使用弹簧装置时容易导致刀口相撞的情况发生，若将上刀和下刀设计成一个角度的刀具，增加弹簧装置又容易使得该刀具由于一边的力过大，而导致其另一端产生过大的间隙，在剪切过程中容易出现切不全的问题发生。将上刀和下刀设计成一个角度，剪切时间相对较长，主要用于相对大型的材料剪切，或者对剪切时间没有要求的场合。

为了解决这个问题，我们设计了一种曲线型刀口的剪切专用组合刀具。该装置通过使用设计弹簧来提供接触力，同时还设计了一种曲线型刀口的上刀装置，下刀固定，并配有相应的气动控制系统，能有效解决目前在马赛克铺贴切纸中出现的一些问题。

3　刀具的设计

目前所用的工业用纸切纸机主要由切刀、传送带、送纸辊和切刀组组成。对于切纸系统的主要要求是速度同步、切纸精度高、速度快，但国产设备存在切纸速度低、幅宽窄，精度低等问题[4]。组合刀具的结构示意图和截面示意图如图1和图2所示。笔者设计了一种曲线型刀口的剪切专用组合刀具，包括能够上、下运动的上剪切刀1和固定不动的下剪切刀3，还包括用于固定上剪切刀1的上剪切刀安装板2板，2位于3的上方，用于限制上1向下移动的位置，2又兼做上1限位装置，使剪切刀具结构简单，且限位装置安全可靠，保证刀具的使用寿命，上剪切刀的刀口4为两端向下弯曲的弧形刀口。

图2中，4的横截面为直角三角形，直角三角形的第一直角边5的延长线紧贴下剪切刀3的侧面，直角三角形的第二直角边6垂直于上述下剪切刀3的侧面。该设计可以保证上剪切刀的刀口4始终紧贴下剪切刀3的侧面，以防止卡纸。

刀具1与2之间设有一对压力可调节的弹簧，1与2之间通过螺钉连接。通过调节螺钉的松紧可以调节1与2之间的距离，压力调节弹簧则始终保持1与2之间的位置保持相对固定。在装置中上1设有第一沉孔，2对应设有第二沉孔，压力调节弹簧安装于第一沉孔和第二沉孔内。

刀具3的下端为普通钢材，为了增加刀具的强度及耐磨性，提高刀具的使用寿命，3的刀口表面设有淬火层。4为两端向下弯曲的弧形刀口，使4与待切割包装纸之间在切割过程中始终保持一个角度，与切割包装纸之间基本保持点接触，在总体压力相同的情况下，增大切割点的压力，使切割更省力，减少刀具的磨损，延长刀具的使用寿命。

图1　组合刀具的结构示意图

图2　组合刀具的截面结构示意图

4　结语

针对因刀口变钝导致陶瓷马赛克铺贴机的切纸刀具切不断纸和剪切不完全的问题，笔者设计了一种结构简单、安全可靠的切纸专用组合刀具，使刀具的上剪切刀的刀口与待剪切的包装纸之间保持一定角度。在总体压力相同的情况下，增大切割点的压力，从而使切割更省力，且减少刀具的磨损，并可延长刀具的使用寿命。经推广应用，使用效果良好，解决了生产中出现的剪切不断的问题，具有良好的应用前景。

1王静.浅析陶瓷马赛克装饰艺术的现状与创新发展[J].商,2013，14:382～382

2董关平,范彦斌.一种实现陶瓷外墙砖快速自动铺垫方法的研究[J].机械研究与应用,2015,28(136):1～3

3张富善.切纸机技术发展趋势[J].印刷工业,2010(7):54～58

4郝鹏飞,康家玉.切纸机传动工艺分析[J].陕西科技大学学报,2008,26(11):92～95

The Research of Paper Cutting Knives Tool Design Improvements on Ceramic Mosaic Paving Machine

Liu Jie,Dong Guanping,Fan Yanbin

(Foshan University,Guangdong,Foshan,528000)

This paper mainly analysis the present existence problem that dulls the edge of cutter easily lead to can't cut off or not completely cut paper. To solve these problems, we design a special combination of paper cutting knives which have characteristic that simple structure and safety for worker, the device between the knife edge of above paper cutting knives and the paper to be cut always maintain an angle in the process of cutting, the above paper cutting knives and the paper to be cut always maintain point contact that increasing the cutting pressure, reduced the tool wear and extend the service life of the cutting tool at the conditions that overall pressure is the same.

Cutting tool; Shear; Knife edge; Curved line; Design

广东省自然科学基金项目(项目编号：2014A030310301)；广东省公益研究与能力建设专项项目(项目编号：2014A010106002)；佛山市科技攻关项目(项目编号：20141020149) ；广东省科技攻关项目(项目编号：2012B091000175)。

刘杰(1983-)，讲师；主要从事陶瓷机械自动化、数控系统等方面的研究。

TP205

A

1002-2872(2016)08-0046-03