第二章 超声波切割和熔合技术概述
2.1 超声波切割原理
如图2.1.1所示，超声波发生器在工作时会产生20-40千赫的电磁振动，并通过压电陶瓷转变为机械振荡。经过相应的放大以后，这种机械振荡便在圆柱形的金属刀具（超声波切割头）的末端变得效力十足。这种振荡被传输到处于超声波切割头和副刀具之间的需要切割的材料上，并从其内部发热，再机械地分割或熔合这块材料。与高温切割相反，超声波使用的主要机械能而不是热能。除了天然纤维之外，粘胶、玻璃、芳族聚酰胺和碳纤维以及纤细的金属丝均可被超声波所切割。一般情形下使用的是尖锐的副刀具。当然，上述的材料在切割过程中是不会在切割边缘形成熔凝的。这种超声波切割技术优越于普通的冷切割、压切或剪切工艺，有如下特点：
1.所切边缘十分整齐，织物的经纱和纬纱不会出现移位或脱出。因此便可在拉幅机和圆筒状织物部幅机上以高达100m/min的速度队棉织物和粘织物进行剪裁。
2.在某些使用非热塑性材料的情形时，对纤维进行处理或纤维已进入超声波工作区后，其边缘也会出现熔合。
布料 副刀刃（滚刀） 烫构件上下高频振动并产生热量 烫构件 变幅杆 图2.1.1超声波裁剪原理图
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2.2 比于传统剪裁，超声波切割优点
使用超声波设备来进行切割和熔合，这是纺织工业的织造、整理、服装缝制等方面都已获得日益广泛的认可，其原因如下。
1.实际上各种纺织材料都可被超声波切割。例如天然纤维、合成纤维，包括芳族聚酰胺纤维、碳纤维和玻璃纤维等梭织物、无纺布及针织物也可被超声波切割。
2.与冷切割加工相比，使用超声波切割时热塑性材料也可被切开后，其切口边缘便会熔合起来。
3.与热切割加工相比，使用超声波切割可使被切割的织物边缘十分柔软，避免出现熔融收缩而产生边缘过度增厚，由于超声波是从织物的内部而不是从外部来加热，所以也不会使织物发黄。
4.由于使用超声波技术时，设备仅加热到50摄氏度左右，所以不会产生烟尘和臭味，而且也排除了运作时出现伤害和直火的危险。因而这项技术对环境无害。
5.超声波设备的可靠性很高。数年来各种新型纺织材料和工艺的实用效果已充分证明了这一点。例如将超声波熔台与冷切割组合运用的情形下，所用的工具及超声波切割头实际上毫无磨损。
超声波切割的粘合作用与缝编相比，前者获得的产品更加持久耐用，热粘合能引起纤维降解，并且由于成本效益关系应该在大批量生产时使用该方法，而超声波粘合只在实际粘合面上产生热量，因此消除了纤维降解，并且适用于小批量生产，在受到液体的冲击后会引起脱层，它实际上是将各种织物熔合在一起，熔接不会遭到破坏，不会引起脱层。
用热熔法粘合时，材料是从外面开始熔融的，因此有时会造成粘合范围比所需要的更大，结果增加了材料的硬度，使弹性降低，而且用这种方法层压多层材料时，其透气性和吸水性都会降低，用超声波粘合时材料是从里向外熔融，粘合只发生在接点上，只需针头那么小的面积就能产生有效的粘合而不会对周围材料产生影响，超声波粘合法不会消耗物质，且设计简单，易维修。在相同纤维重量下与某些工艺比较，超声波速度更快，有利于坏境保护。
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2.3 超声波切割适用范围
应用的范围包括在整理过程中对织物毛边进行修饰或作中间切割。例如在拉幅机、
验布机或专用再卷机、剪切机以及圆筒织物割机上都可采用这项技术。此外亦可用于服装裁纸中的衣片剪切和玻璃纤维、芳族聚酰胺及碳纤维等的机织物在数控切割台上的切割包装。
热塑性材料的切割可用直接切割的方式实现。例如聚酯、聚酰胺。聚丙烯、聚乙烯、聚丙烯酸酯等纤维在超声波的内效应作用下，纤维内部便会产生摩擦热，并达到纤维材料的软点以上的温度。在此条件下，纤维材料被一个尖锐的副刀具机械地割裂开来，切口边缘冷却后便会形成熔结，这样织物就不会绽裂。熔结强度受切割刀具的锐角与钝角尺寸变化的影响。熔结的大小亦与纤维种类以及织物的厚度有关。直接切割法的应用范围如下。
1.织造时专门用于产业用布的各种额定功率在40~50w的无梭织机熔断纬纱以及中间切割的各种单元设备。
2.整理时在拉幅机、验布机、再卷机或专用超声波剪切设备上，将诸如帆布、衬里织物、领带织物、窗帘织物及产业用布等按一定长度剪切成形。
3.裁制衣片时,以纵横切割机或手控切割机按图表尺寸进行剪裁,用超声波技术来打孔或按一定长度要求切成带状。
热塑性材料的切割亦可采用超声波技术与冷切割相结合的工艺。这与直接切割相比所不同的是超声波切割头与副刀具相互接触。纺织材料在超声波的作用下进入塑性状态，然后便被机械性地分割开来。这里借助于一个钝平的副刀具在精确的接触压力的调控下，由挤压整形切割器或剪切刀具来完成最终的切割。其优越于直接切割的长处在于：
1.在相同的超声波输出能量条件下，可以具有更高的生产速度。 2.熔合边缘的宽度大约为1-10毫米。
3.实际使用过程中不存在超声波切割头和副刀具的磨损 4.可以实现切割边缘的花边纺形。
超声波技术与冷切割相合的工艺在纺织品织造过程中的应用包括：在织机上对织物，特别是产业用布的两侧及中间的切割；借助于自动剪切刀具实现被切割物机械地
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分离。超声波输出功率高达150瓦。在整理过程中对再卷机上的织物作修边、横裁和纵向切条时则需超声波输出功率达到1200瓦。机械性地将被切织物分离开来需要借助于坚硬的切割辊上的挤压整形切割器。这种方式特别适用于重厚的产业用布。
当两层或更多层热塑性材料的复合体要加以切割时，一般是在切口边缘部位通过将材料软化及副刀具的接触压力而使之熔融。材料熔融后的强力取决于复合材料本身的质量以及副刀具的角度。将超声波技术与冷切割工艺组织起来的加工方法亦可用于多层复合材料的切割。这种方法可使熔融区域特别地宽，因而可以再切口边缘的各层材料之间形成极为耐久的粘合。这项技术可用于再卷机和切割设备以及熔合设备上连续生产圆筒状织物；就裁剪加工而言，切边的逐点熔合优越于缝合。
2.4 本章小结
总而言之，超声波技术可用于梭织物、无纺布及针织物在织造、整理以及复制加工过程的裁剪及熔合。热塑性和非热塑性纺织材料均可被超声波所切割。对热塑性纺织材料而言切割和切边的熔合是同时进行的。对多层复合材料来说，热塑性材料则彼此被粘结。超声波技术的应用范围特别是裁缝方面是极为多样化的，遍及民用纺织品、产业用纺织品以及健康卫生用品等。超声波技术新的用途的前景已日益展现出来，超声波技术的应用将产生更为显赫的成就。
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第三章 超声波裁剪机总体方案
超声波裁剪系统是为了实现布料裁剪下料的装备，系统主要由超声波发生器、变幅杆、烫构件、滚刀切割部分和传动部分组成。目前已有许多纺织企业利用超声波技术裁剪，如下图是某企业切割单双鞋垫的机器，但切割单双拖鞋存在局限，效率低，现希望通过改进与企业染整机械引出的布料宽度相结合，使其一次性裁剪出多双胚料。本章针对企业加工特点，对该机械性能作出改进，为后续的生产发展奠定一些基础。
图3.01 超声裁剪机器 图3.02 超声裁剪三维仿真图
如上图所示，将布料引到超声波烫构件与滚刀之间，气缸控制滚刀与超声波烫构件之间的间距，用带有减速器的电机带动链使滚刀滚动切割布料。完成生产工序。
3.1 方案的列举
原有机械加工布料小，与企业生产布料不衔接，生产效率较低，现需将机器改进为加工宽1.6米，一次性能裁剪6双拖鞋，为了与企业现有染整机械相结合，形成一套半自动化机械，对现有超声波切割下料机器做了改进，方案如下：
方案一：如图3.1.1此方案将上图改进为气缸支撑板、滚刀支撑板和滚刀加长至1.7
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