超声波裁刀在轮胎行业的应用

摘 要：在轮胎行业为解决高速圆盘刀在裁切胶料时产生的刀-胶粘连、裁切面焦烧、切痕明显等弊病，已成为提高轮胎质量的关键。利用高频超声波振动原理工作的超声波裁刀可以克服高速圆盘刀的上述弊病，超声波裁刀裁切后的胶料裁切面平整、断面宽、断面压合紧密等优点，满足了轮胎工艺的要求。

关键词：超声波裁刀；换能器；调幅器；裁切面

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

1 超声波裁刀的工作原理

超声波裁刀切割原理是通过超声波发生器将50/60Hz电流转换成20、30或40kHz的电能，再通过换能器转换成为同等频率的机械振动，调幅器再将机械振动传递到裁刀，裁刀上接收到了20～40kHz 的振动能量，以帮助打开材料的分子结构，而恰恰由于这一特性，在裁切过程中裁刀可以更容易地将材料分割开。裁刀其实是一个半波长的金属部件，与换能器、调幅器产生共振，传递纵向振动到胶料，对胶料进行切割。

2 超声波裁刀的工作优点

（1）切割精度高，胶料不变形。（2）切割面光洁度好，粘结性能好，接头处粘连后不容易脱开。（3）裁切系统易应用于自动化生产。（4）裁切速度快，效率高，无污染。（5）合适的振幅可提高切割质量，满足不同的质量要求。

3 超声波裁刀系统的组装与调试

（1）超声波裁刀组件主要由换能器、调幅器和超声波裁刀三部分组成。（2）在安装前首先要检查三个部件是否完好，再将三个部件表面清理干净，尤其是连接面不能有杂质和油脂。（3）首先在换能器与调幅器的连接面上，均匀的涂抹配套的粘合剂（无须将粘合剂涂抹至螺纹上），再使用专用扳手将两者锁紧。（4）然后将换能器和调幅器的组件与超声波裁刀连接。在连接之前，调幅器与裁刀的连接面也涂抹上配套的粘合剂（无须涂抹至螺纹上），再使用专用扳手将调幅器与裁刀之间锁紧。（5）将已经组装好的超声波裁刀组件通过专业电缆与超声波发生器的输出端口相连，并拧紧。超声波裁刀组件放置平稳（注意裁刀的切割面不要接触到任何东西，保持裁刀悬空），打开超声波发生器的电源，按住TEST键，观察超声波发生器震幅指示区此时震幅的指示。如震幅为1-2格并没有太大的噪音，表示组装良好，可以装配在刀架上准备进行下一步的调整，如出现震幅为3格以上甚至是满格、突然消失、噪音大或故障灯常亮等情况，表示组装不正确或三个部件的连接表面有杂物甚至是有部件损坏。将超声波裁刀组件拆开，擦掉连接面上的粘合剂，重新按照2-4的顺序组装。组装完毕后再次测试，如仍是不正常状态，应检查超声波发生器有没有问题，连接的电缆有没有问题，或超声波裁刀组件中的三个部件是否有损坏，直到测试合格为止。（6）将测试合格的超声波裁刀组件装到刀架上，然后固定螺丝，但不要上紧，方便后面调整角度。（7）按裁切方向调整好裁刀刀刃与尼龙刀板之间的角度，大概20°左右为宜，过大裁切断面不符合工艺标准，过小易弄坏裁刀，裁刀刀刃与刀板高度能通过一张纸的厚度为宜。（8）调整好后，沿着切割方向用手轻推刀架，检查裁刀刀刃与刀板之间的间隙是否一致，如不一致需要调整一致。

4 超声波裁刀系统的使用与保养

（1）功率发生器的使用与保养：1）使用空气过滤装置，定期清洁和更换；2）工作环境温度在5-50℃；3）发生器远离射线或通风口；4）定期清洁必要部件（视具体情况）。

（2）换能器的使用与保养：1）无横向振动的工作环境；2）减少热力的产生；3）减少撞击；4）产生超声波时，非夹持区域严禁接触金属；5）换能器仅起辅助夹持作用，严禁使用过大夹紧力；6）定期清理与调幅器接触面的污垢。

（3）调幅器的使用与保养：1）小心安装拆卸；2）减少撞击；3）安装夹紧力和安装方式符合技术建议。

（4）裁刀的使用与保养：1）裁刀不可切割金属，尼龙等硬度较大的材质；2）定期清理裁刀上的老胶，保持裁刀表面的光洁度，裁刀不光滑，裁切过程中，摩擦增大，易烧胶，冒烟，一是不符合工艺标准，二是裁刀本身散热不好，从而损坏裁刀；3）不可用锉刀，沙纸清理裁刀表面，更不能把刀放在沙轮机上打磨。

5 超声波裁刀在使用过程中遇到的常见故障及处理

（1）裁切时无波。在正常使用过程中发现震幅指示区不显示震幅时，首先检查超声波发生器，电源是否关闭、超声波发生器尾部插头是否插牢、超声波发生器输出电缆是否有破损或断裂。检查超声波发生器无异常的话，初步判断为超声波裁刀组件有损坏。首先将换能器单独与超声波发生器的输出端连接，通上电后按下TEST键，用手指轻轻触摸换能器表面（注意不要用力，以防烫伤），有滑动感说明换能器是好的，否则可能是坏了。然后将调幅器或裁刀与换能器连接，并以同样的方法进行测试。这样一个一个的排除，最终判断出问题所在。

（2）裁切面焦烧。刀调整好后进行带料裁切时，首先检查超声波发生器的振幅显示屏，振幅为1-2格时正常，超过3格时胶料可能会有胶烟产生，这说明可能是裁刀裁切方向的刀刃与刀板之间的角度没有调整好，需要重新调整，也可能是裁刀表面有老胶需要清理，也有可能是超声波发生器的频率设定过高，需要降低點频率试试，也不能设定过低，胶料会裁不断。

（3）裁切面裁切宽度不对。裁切后的胶料，裁切面宽度不对，会影响到接头的接触面积，从而影响接头的压合效果，这就需要调整裁刀裁切方向的刀刃与刀板的水平夹角了。

（4）裁切面边缘卷边。裁切面边缘卷边，尤其是裁刀初始进入胶料时卷边，往往通过调整裁刀刀刃与刀板夹角的方式，但效果不理想，经过长时间的摸索，通过降低裁刀初始进入胶料的速度，等裁刀进入胶料以后再提成高速的方法，有效的解决了此种问题。

（5）裁切时报警。此种问题的原因有多种可能性，可以按照裁切时无波的判断方法去一一排查。

6 结语

超声波裁刀系统在轮胎行业的应用对于提高胶料的裁切面品质起到了关键性作用，也提高了轮胎的整体品质。

参考文献：

[1]生利英.超声波检测技术化学工业出版社[M].2014.

[2]袁冬琴.自动检测与转换技术[M].上海交大出版社，2015.

[3]张世凭，唐先春，丁义超.特种加工技术[M].重庆大学出版社，2014.

[4]必能信公司关于《超声波轮胎切割系统》的介绍[S].

作者简介：张琪（1979-），男，安徽合肥人，本科，电气工程师，研究方向：电气自动化。