织机用织物裁切技术研究

董宪君 周建佳

摘 要：织物的裁切是纺织领域常见的后处理工艺，不同裁切技术采用的设备不同，裁切效果也大不相同。本文按照应用原理对现有技术中的裁切设备和裁切技术进行分类和比较，客观分析机械裁切、热裁切、超声裁切以及其他裁切等各类型裁切技术的优缺点，并针对不同的生产要求提出了较佳的裁切技术选择建议，提高了生产质量和生产效率。

关键词：裁切;织物;织机

中图分类号：TS101.923 文献标识码：A 文章编号：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

织机是将经线和纬线结合在一起形成织物的设备。但是，仅靠织机的织造步骤往往无法一步成型，还需要进行多种后续处理，其中织物的裁切即是较为常见的一种。例如，现有无梭织机织造过程中，为了形成布边，在织造完成后，布匹两端经常存在废边，需要切除;工业用布要求布幅多变，尤其是采用宽幅织机织造或多幅织造时，经常需要将宽幅布匹裁成窄幅或将多幅布匹裁成单幅，以方便使用或者销售;对于特定宽度的织物，如各种织唛、标签及商标等，为了制造出带子，需先织造出一条宽幅织物带材，在该带材的相邻带区中加工出多组要求的带子图案，然后在带区之间的分界处将宽幅织物带材切割开。

为满足生产中对各类型织物裁切的需求，出现了多种织物裁切设备。按照裁切原理，可将裁切设备分为机械式裁切、热裁切、超声波裁切及其他裁切等大类。随着现代纺织加工对裁切的要求越来越高，裁切设备也朝着更精确、更可靠、更高效及更多样化的方向发展。新的裁切设备层出不穷，有必要分析不同设备的作用原理及优劣之处，以提高实际生产应用中的针对性，提升企业的生产效率。

1 现有裁切技术

按照裁切设备裁切织物的原理，现有裁切设备可分为机械裁切、热裁切、超声波裁切及其他裁切等四大类。热裁切和超声波裁切较多地依赖于新技术、新能源的发展，技术创新要求高，发展历程较短;机械裁切设备仅依赖于现有机械部件的传动、作动方式的不同搭配，技术创新门槛相对较低，且作为传动技术，历史悠久，发展历程长，技术较为成熟。

1.1 机械裁切

机械裁切指的是采用各种传统的机械驱动装置刀具切割织物。按照裁切时机械的运动方式，机械裁切又可分为剖开式、剪刀式及旋转式三种类型。

剖开式指的是采用电机等机械驱动剖幅刀对织物进行裁切。采用该种裁切方式操作时，剖幅刀并不发生旋转运动或者剪切运动，织物、剖幅刀二者同时或者其一沿剖幅方向做单维运动，通过二者之间的相向运动达到裁切织物的目的。

剪刀式指的是裁切用刀具本身在驱动源的作用下做剪切运动，通过剪切力达到裁切织物的目的。按照刀具刀片的数量，剪刀式裁切又包括双片剪刀及单片剪刀配合砧板两种不同形式。

旋转式指的是裁切用刀具本身在驱动源的作用下，沿旋转轴做旋转运动，在旋转的過程中，刀刃与织物发生相对运动，达到裁切织物的目的。

1.2 热裁切

热裁切指的是利用热量熔断织物纤维达到切割的目的。根据裁切热的不同来源，热裁切设备进一步分为电热金属式、激光式及高温介质式三种类型。

电热金属式指的是裁切刀具采用电热丝或者电热片等金属结构对金属刀具通电，利用通电后发热的金属与织物接触、熔融织物纤维，达到裁切的目的。

激光式指的是利用高能激光产生的热量对织物进行定点裁切。

高温介质式指的是利用高温流体，如气体、液体等，高速冲击织物裁切位置，熔断织物纤维。

1.3 超声波裁切

超声波裁切指的是利用超声波带动切刀震动，一方面与织物纤维之间发生相对运动，另一方面震动发热，实现同时切割和封边。

1.4 其他裁切

其他裁切包括冷冻、高压流体冲击等新型裁切方式。

2 各类型裁切技术特点及应用限制

2.1 机械裁切技术成熟、稳定性强

除上述具备的共同特点外，剖开式、剪刀式和旋转式裁切也各有其自身特点。剖开式裁切结构简单，运动方式便于控制，对传动机构的要求较低，故广泛用于分幅等各类简单的裁切操作。为提高剖幅的精确性，部分剖幅设备上安装了剖幅刀自动跟踪系统，代替传统的剖幅刀人工跟踪系统。剖切刀自动跟踪系统由机架、伺服纠偏驱动器、滑动支板、直线滑轨、剖刀装置、剖切刀护罩、传感器支架及反射式传感器组成。传感器对准位置时，剖切刀正好位于中心位置，传感器剖切刀驱动电机、剖切刀均固定在滑动支板上。发生偏离时，传感器发出纠偏信号，驱动伺服电机调整位置[1]。剪刀式裁切需要控制刀具进行剪切动作，与剖开式裁切相比，对传动机构提出了更高要求，但裁切可靠性更高，且更能满足精准化裁切操作的要求，多应用于修边等裁切操作和布边切断操作。使用剪刀式裁切切断纬纱头时，经常同时配备废纱吸入机构。一般情况下，每次自机侧引入的纬纱头端都用剪刀切齐，依靠吸入装置，把切下来的纱头吸入[2]。旋转式裁切在实际应用中多采用同一旋转轴控制多片旋转刀片同时裁切，故特别适合于条带（如商标等）批量化多条幅的裁切。

2.2 热裁切技术的裁切和封边可同时进行，适用于化纤类织物

热裁切对裁切对象具有一定的要求，裁切对象需为易于热熔断的纤维，故多用于化纤类织物的裁切。与机械式裁切相比，热裁切在裁切的同时还能对织物进行封边，避免了因裁切造成的毛边、散边等问题。

比较热裁切的三种形式，其中电热金属类裁切的设备较为简单，操作方便，生产成本低，且在实际应用中，该种形式的金属同时还具有机械裁切的属性，因此应用范围较其他两种形式更广。瑞士Loepfe（洛菲）公司开发的WeftMaster TC-1S型织物热熔切割仪，是一种配备有切割控制单元的热熔切边装置。该仪器采用发热丝切割织物，能精准熔化并切割织物，形成完美的布边[3]。此外，该仪器还对用户界面进行了优化，更注重用户的操作体验，可调节的自定义设定值也大幅增加，并且采用按键式温度控制，提高了温度的可重现性。激光式裁切和高温介质裁切对设备的操作精度要求较高，设备较为复杂，且需要特别的能量源。例如，高温介质式裁切通常需要安装复杂的高温介质源，同时对介质喷出的时机有特别的要求，需要较为复杂的控制系统控制。但是，激光切割在面料切割方面也有其显著的优点。①激光束在各个方向都是锐利的，不受任何切削几何形状的限制。②裁剪轨迹很窄，使得邻近两块布料的裁剪线能够紧密排列，可节约布料5%～15%。③激光束是永远锐利的，可避免调换刀片造成的停机。④裁切沿垂直方向作用，使得多叠层的上下层外形完全一致。⑤裁剪前，激光束不施加任何力，不需要真空布料定位装置。⑥激光裁切速度较高[4]。

2.3 超声波裁切综合了机械式裁切和热裁切的优势

超声波裁切设备是利用超声波带动切刀振动实现裁切的设备。该种设备综合了机械式裁切和热裁切的优点，适用性广，不仅可加工热塑性材料，还可加工天然材料，且在裁切的同时还能实现封边操作，裁切边缘整齐完整。

美国的Dukane公司设计了一种超声裁切刀。该装置上配备有一把长5.08cm的钢刀，以2万次/s的超高频率振动。利用该种超高频振动，各种材料能够以最小的力被裁切，并在裁切的过程中，材料的边缘被裁切刀熔化，从而达到封边的效果，适用于各种易于散边材料织物的裁切。这种裁切设备还能裁切未经硫化的橡胶材料，并且不会使其切边硬化[5]。现有技术中，除了特殊的道具，对于产生超声波振动的电源也有特殊要求。超声波电源作为超声波切割机的重要组成部分，必须解决三个主要关键技术，即换能器电端匹配网络技术、声学系统谐振频率自动跟踪技术及功率自动调节技术。传统的超声波电源是采用振荡器来产生超声波的，其缺点是当更换负载（换能器）时，振荡电路必须重新设计，并且其工作在线性区，而非开关状态，因此损耗大。新一代电力电子器件工作在开关状态，损耗小。此外，当换用不同负载时，该电源可实现换能器的电端匹配、自动跟踪负载谐振频率及功率输出自动调节，无需重新设计电路[6]。

2.4 其他裁切设备精度要求高

其他裁切方式更倾向于对“裁”这一动作的来源性进行探索，且绝大多数着眼于新形势的动力源，如冷冻、高压流体等。例如，利用水或是添加了磨料的水，经过水泵至增压器，流经储液蓄能器保证高压液体持续且流动平稳，最后通过人造宝石喷嘴高速射出，形成300～900m/s的高速液体流，直接作用于工件表面，水流压力克服材料的强度极限，达到去除材料的切削目的。需要注意的是，水切割系统用水需要进行三级过滤、软化处理，以保证切割喷嘴宝石环的使用寿命[7]。因此，该种切割技术无论是设备成本还是操作精确度方面都比传统切割方式的要求高。

3 结语

纺织行业实际生产中，具体选择哪种织物裁切技术并非仅由技术本身的功能决定，还应综合考虑技术是否与原有织机设备适配、是否存在改造难度、是否需要额外增加辅助器械等其他实际生产因素。

对于加工棉、毛、丝、麻等天然纤维原料为主的纺织企业，现有的热裁切技术显然是不能满足生产要求的，应着重考虑机械式裁切或超声波式裁切。对于相应设备的改造与安装方面，机械式裁切方便快捷，设备改造成本低，拆卸安装方便，较超声波式裁切优势明显。但超声波式裁切的高效、品种适用性广、能同时封边等优点更能提高裁切工序的生产效率，也更贴合当今高效生产的需求，因此如生产环境允许，也可以考虑采用该种方式。

对于以加工化纤原料为主的纺织企业，热裁切显然较机械裁切在裁切效率方面优势明显。企业在合理预算范围内，通过适当的设备改造，在原有织机上增加电加热或激光设备，能够达到很好的裁切封边效果。但是，高温介质式热裁切对介质喷出时机的要求特殊，需要搭配精准控制系统，对整个设备的配合方面要求比較高，需要综合考察后慎重选择。

参考文献：

[1]陈中民.针织布上浆剖幅工艺与设备研究[J].河南科技，2018（11）：52-54.

[2]机织教研组.从专利方案看无梭织机的发展[J].国外纺织技术，1974（1）：1-15.

[3]贺春霞.洛菲：织物热切割[J].国际纺织导报，2019（1）：18.

[4]罗维平.基于织物面料的激光自动裁剪机控制系统[J].激光杂志，2010（4）：53-55.

[5]徐善明.超声裁切刀[J].应用声学，1989（1）：29.

[6]张继东，秦进平，张春艳.一种用于纤维材料超声波切割的电源[J].黑龙江工程学院学报，2004（3）：43-46.

[7]董丽娟.机器人水切割技术在汽车内饰件中的应用[J].科技风，2018（31）：252-253.