我国模切机概述与未来发展方向

孔朵朵

（温州职业技术学院 智能制造学院，温州 325035）

模切机是重要的印后加工设备，广泛应用于纸品包装装潢工业。纸盒、贺卡、商标等产品的模切、压痕、压凹凸作业，可以大大提高包装产品的观赏性，因此模切机已经成为包装产品生产不可或缺的重要设备[1]。但是，随着工人对工作环境、工作待遇要求的不断提高以及我国人口老龄化趋势的凸显，自动化程度较低的设备已经不能够适应市场的需求，意味着我国模切机生产企业面临着设备自动化、数字化、智能化、无人化的升级要求。

1 模切工艺及模切机类型与特点

1.1 模切工艺

在平板或圆柱上布置钢刀、钢线或雕刻好图案的钢板，通过平板或圆柱给印品施加一定的压力，可以切除纸品不需要的部分，即模切。若利用纸品成型的刀具在纸品上压出痕迹用于纸品折弯即压痕。如果利用刀具上的图案在纸品上压出能够显示出立体效果的图案即压凹凸。模切、压痕、压凹凸都可以通过模切机加工实现[1]。

1.2 模切机类型与特点

根据模切机的压印形式，可以将模切分成圆压圆、圆压平及平压平共3种基本类型。其中，平压平模切机根据版台与压板的布置位置，又可分为立式和卧式[2]。

1.2.1 圆压圆模切机

机构由模切版滚筒与压力滚筒组成。模切版滚筒轴和压力滚筒轴同一侧安装齿轮，两个齿轮啮合可以实现两者以相同的速度相对运动。在静摩擦的带动下，被模切材料通过两者之间的缝隙。在模切版滚筒上安装模切版，被模切材料在压力作用下被模切版刀刃切割或压出相应的形状。圆压圆模切机与被模切材料是线接触，受力均匀，因此只需要很小的力就可以实现模切。模切机滚筒连续转动，圆压圆模切还可以实现较高的速度，与印刷机实现连线生产。但是，该模切方式会破坏刀口，需要在模切版上定期涂抹聚酯塑料保护刀口。

1.2.2 圆压平模切机

圆压平模切机的模切版台是平面。模切版安装在模切版台上，可以随模切版台运动。被模切品放置在版台上，版台运动到压力滚筒下面，在压力滚筒的作用下被模切版模切。圆压平模切机与圆压圆模切机同样是线接触，因此设备负载较小且平稳，能够用于大幅面材料模切。但是，在模切版与模压滚筒之间力的作用下，模切版刀口容易变形。此外，模切过程中要注意纸张纤维方向，避免纤维方向与滚筒轴线方向垂直引起纸张伸缩。

1.2.3 平压平模切机

平压平模切机模切版台与压切机构都是平面形状，当两者接触时实现模切。压切机构与模切版台之间的距离较小，因此该型设备一般采用自动送料装置进行送料。平压平模切机是面接触，需要的模切力较大。它的设备振动、噪声、功耗较圆压圆模切机和圆压平模切机较大，能够达到的模切速度有限[3]。

1.2.4 激光模切机

激光模切是近几年发展起来的新技术。模切时，激光落在承印物上，可以对承印物进行切割或部分厚度切割。它的显著特点是不需要制版，可以快速满足个性化模切需求。另外，激光模切机没有振动，能够有效改善工厂加工环境。

2 我国模切机的发展历程

20世纪60年代，模切机生产首先在我国台湾地区兴起。到了20世纪80年代，我国才开始大面积生产模切机。当时，国内生产的主要是俗称为“老虎嘴”的立式平压平模切机。该机型结构简单、操作方便、价格低、维护成本低，受到了主流市场的欢迎。现在很多小型印刷企业还在使用该型立式平压平模切机。20世纪80年代中期到21世纪初，随着国外模切机的引进，我国开始仿制国外卧式平压平模切机。该机型效率高、精度高、安全性高，逐渐取代了“老虎嘴”。进入21世纪，我国模切机走上高速自主发展道路[4]。

3 国内外优秀模切机对比

经过多年的不断发展，我国模切机发展有了长足的进步，具有代表性的品牌有唐山北玉、天津长荣以及上海亚华等。以最大用纸幅面1 060 mm×760 mm的全清废模切机为例，天津长荣MK1060CSB最高工作速度达到了每小时8 000次，模切精度±0.1 mm，整机实现了纸堆自动纠正、机械和超声波双重张检测、全自动飞达、电子套准、不停机取样以及电子触屏操作等功能。

国外模切机起步较早，具有代表性与知名度的品牌主要有瑞士BOBST、德国海德堡、日本三和以及韩国永信。以最大用纸幅面1 060 mm×760 mm的全清废模切机为例，瑞士BOBST EXPERTCUT106LER机型生产速度达到了9 000 s·h-1，模切精度±0.075 mm。该机型配备了智能飞达，可实现不停机进纸。它采用电子套准系统和光学横向套准系统，进一步较少了飞达停机。此外，它独特的双凸轮牙排推进系统可以保障顺畅输送纸张，还可以通过电动方式调整模切压力。该机型最大的优势在于搭载了BOBST Connect数字平台，可以实现设备性能分析并能够生成准确的报告，还能够实现进度提示、远程协助以及班次管理等功能。

经过多年的发展，国产已经在中低端领域实现了对国外模切机的全面替代。在产品造价方面，国产模切机价格普遍是国外同类产品的1/4～1/3，同类型的模切机较国外机型具有较强的价格竞争力，但是由于专利壁垒的限制，出口到欧美等发达国家还较为困难。在性能方面，国产机型模切速度与模切精度与国外机型差距进一步缩小，但核心控制系统电子元器件、伺服电机还主要依赖进口，设备的稳定性与国外还存在一定差距。

4 我国模切机存在的问题与未来发展方向

4.1 模切机存在的问题

4.1.1 模切速度有待进一步提升

模切速度主要是指模切机单位时间内能够模切的纸品张数，与模切机的设计、模切机的制造精度息息相关。目前，卧式平压平模切机大多采用双肘杆机构，结构复杂、零件多，且属于上下往复的简谐运动机构。运动速度越快，惯性力越大，机构之间的间隙和零部件变形所引起的模切误差也会变大，降低了模切机寿命，存在一定的模切速度上限。模切机速度普遍在每小时5 000～8 000次。国外老牌企业不断改进设计，模切机构已采用共轭凸轮机构代替双肘杆。该机构改善了设备的模切工艺，提高了机构运行精度、可靠性与稳定性，模切机速度最快已经达到每小时12 000次。目前，国内高校和企业也对共轭凸轮进行了设计研究，但实际在设备上应用与国外还存在差距，有进一步提升的空间[5]。

4.1.2 模切精度有待进一步提升

模切精度是指卡纸模切后现实尺寸与理想尺寸之间的差距。在设备运行过程中，卡纸通过叼纸牙排被放置到模切单元，并通过定位装置进行定位，而定位精度不够会造成模切误差。卡纸从一个单元被送往下一单元的过程中，由于温度变化会引起热胀冷缩，也会造成模切精度降低。另外，设备运行过程中，零部件在力的作用下会发生振动或者弹性变形，也会影响模切精度。目前，国外先进机型通过提高设备制造、装配精度，通过零部件表面处理技术，提高零件刚度，使模切精度最高已经达到了±0.06 mm。我国模切机精度与国外相比还有微小的差距，有进一步提升的空间[6]。

4.1.3 设备稳定性有待进一步提高

模切机稳定性是指模切机保持高速、高精度运行随时间不变化的能力。模切机稳定性主要受设备制造精度、零部件制造材料、零部件热处理方法以及装配工艺的影响。用户反馈显示，国产模切机与国外模切机在稳定性上还存在较大差距，目前主要通过快捷的售后服务进行弥补。进一步提升国产设备的稳定性是我国模切机走出去的关键。通过企业生产设备的升级、生产管理的规范化以及生产工艺的改进，能够进一步改善模切机的稳定性。

4.1.4 标准化程度不高

目前，我国印刷设备企业还处在小而散、大而不强的阶段，在行业内部不能够形成统一的标准，也不能够形成整体优势。国内企业可以通过上下游供应链整合资源，共同制定行业标准，提高我国印刷设备的标准化程度，形成技术标准联盟，提高整体国际竞争力。

4.2 模切机未来发展方向

4.2.1 传感器的充分应用和设备的互联

传感器技术与设备数字化连接技术是实施数字化和智能化的基础。模切机应尽可能多地使用多种传感器收集更多的设备运行数据，通过网络将数据传输到设备控制系统，实现模切机与其他印刷设备、印刷工具、工人的穿戴设备和工厂的控制设备的充分连接，实现数据互通。

4.2.2 更高效的智慧大脑

通过大量收集设备运行数据，可以把大数据、云计算、物联网等多种新技术运用于设备控制层面，支撑设备全要素数字化和虚拟化、状态实时化和可视化、设备管理决策协同化和智能化，使模切机具有更高效的智慧大脑。例如，设备可以根据数据不断优化自身工作参数，智能化制定设备工作方案，为用户提供更加直观的时间规划和进度规划。

4.2.3 更智慧的远程服务

利用物联网、大数据、云计算等技术，实现模切机的远程监控和智能化服务。具体来说，可以通过物联网技术将模切机的各种传感器、控制器连接起来，实现设备的远程监控和控制；通过大数据技术分析和处理设备运行数据，实现故障预测和智能维护；通过云计算技术提供灵活的计算和存储资源，实现信息共享和协同工作。这些技术的综合应用可以使模切机更加智能化，提高设备的使用效率和维护效果，同时为企业的远程服务提供强有力的支撑。

5 结语

整体来说，虽然我国在中低端机型方面占据优势，但是高端机型领域的模切速度、模切精度、设备稳定性、设备标准化方面还与国外存在差距，需要不断提升。人工智能引领的数字化时代为我国模切机的发展带来了新的方向，应该紧紧把握时机，通过应用新技术提升设备的智能化水平，实现国产模切机的超越发展。