CN111648113A - 一种自冷却防熔融裁刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自冷却防熔融裁刀，属于纺织机械技术领域。本发明的自冷却防熔融裁刀包括刀体本体、用于对刀体本体进行冷却的刀架，刀架包括刀架本体以及冷却机构，刀体本体与刀架本体之间的最大工作温差为30～35℃，冷却机构包括冷却部，冷却部由熔点温度T₀为45～50℃的低熔点合金铸造形成。本发明克服现有技术中外设冷却机构对裁刀降温带来的污染布料问题，提供一种自冷却防熔融裁刀，相对于单一热传导式的水冷或气冷降温来说，采用低熔点合金相变吸热降温效率大大提升，可以避免布料的边缘焦黄、粘连等现象，且相变吸热过程发生于刀架内，温控过程不会污染布料。

Description

一种自冷却防熔融裁刀

技术领域

本发明属于纺织机械技术领域，更具体地说，涉及一种自冷却防熔融裁刀。

背景技术

整卷布料在缝纫加工前需要进行剪切分成多块相同长度的布料。现有布料在剪切时主要有两种方式，一种是采用激光进行自动化切割，这种方式虽然可以做出精确和快速的切割，但是容易灼伤布料，浪费资源。另外一种就是采用切刀切割，在对多层布料进行连续的频繁裁切时，由于刀口与布料的频繁摩擦，容易造成裁刀温度过高，特别是合成纤维，高温易产生衣片边缘焦黄、粘连等现象，同时会引起刀片粘污。这不仅影响后面的裁切，且多层布料的粘连对后期的服饰制作带来很多麻烦。

针对裁床裁刀进行大量裁切时温度过高导致布料受损的不足，现有技术中已有相关技术方案公开，如专利申请号：2016112255778，申请日：2016年12月27日，发明创造名称为：一种裁剪机的裁剪刀冷却装置，该申请案在导向支撑杆上环绕设置吹风装置，吹风装置包括一环形吹风管以及包围在吹风管外面的聚风筒，环形吹风管通过固定架固定在导向支撑杆上，环形吹风管靠近聚风筒的一侧开有若干吹风孔，可实现连续冷却、使用安全可靠，但是该装置冷却效率不高，更适用于裁剪低熔点材料。再如专利申请号：2014103070152，申请日：2014 年6月30日，发明创造名称为：裁床用裁刀冷却机构；该裁床用裁刀冷却机构中，冷却气体通过压盘上的进气口依次进入进气孔、环形槽中，从而对穿设在通孔中的裁刀直接进行吹冷气降温，以达到冷却裁刀的效果，该机构冷却精度高且冷却效率高，另外冷却气体在该冷却机构的内部流通，故冷却气体的损失量非常少，以减小资源的浪费，降低冷却成本。

由此可见，上述裁床裁刀均是通过外部单独设置的冷却机构对裁刀进行冷却降温，这种外部独立设置的冷却机构结构复杂，在进行大量裁切时仍然容易造成刀具温度过高或使用较多的能源用来制冷，影响裁切效果并消耗能源，而且外部冷却机构采用风冷方式冷却裁刀，冷空气遇到高温裁刀会产生水汽污染布料，直接喷水冷却同样也会导致布料污染。

针对上述外部冷却机构容易污染裁刀的不足，现有技术也相关技术方案公开，专利申请号：2016105144836，申请日：2016年7月2日，发明创造名称为：一种带有冷却涂层的裁刀；该方案则公开一种带有冷却涂层的裁刀，裁刀用于对低熔点布料的裁剪，在裁刀的表面涂覆有氧化镁或氧化铝涂层；此外，在裁刀的表面设置有若干片呈多环环形排列的散热翅片，在散热翅片的表面也涂覆有氧化镁或氧化铝涂层，带有冷却涂层的裁刀结构相对简单、冷却方便、裁刀可得到连续冷却。该方案相对传统的外设冷却机构进行冷却来说，在裁刀表面设置涂层冷却过程简单易实现，但是这种制冷方式降温有限，在大量剪裁布料后，制冷效果就会下降，且本身就比较薄的涂层会因磨损、脱落等而失去冷却作用，因此，该裁刀上的涂层不可重复使用，而重新制备涂层则加重了生产成本，因此需要进一步改进。

综上所述，如何针对现有技术中裁刀裁剪布料的冷却过程进行简化及优化，提高冷却效率，实现流水线上的多次连续裁切，是现有技术中亟需解决的技术问题。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明克服现有技术中外设冷却机构对裁刀降温带来的污染布料问题，提供一种自冷却防熔融裁刀，采用低熔点合金相变吸热降温效率大大提升，可以避免布料的边缘焦黄、粘连等现象，且相变吸热过程发生于刀架内，温控过程不会污染布料。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种自冷却防熔融裁刀，包括刀体本体、用于对刀体本体进行冷却的刀架，刀架包括刀架本体以及冷却机构，刀体本体与刀架本体之间的最大工作温差为30～35℃，冷却机构包括冷却部，冷却部由熔点温度T₀为45～50℃的低熔点合金铸造形成。

作为本发明更进一步的改进，刀架本体包括外侧的冷却壁、位于冷却壁之间的冷却脊以及底部的冷却座，冷却脊与冷却壁之间形成用于铸造冷却部的模腔。

作为本发明更进一步的改进，刀体本体包括刀刃部以及用于将刀刃部固定在冷却座上的刀刃座，刀刃座由多排横向设置的传热片组成。

作为本发明更进一步的改进，刀架本体由纯铜制成，且其壁厚b为5～8mm，模腔深度w 为100～150mm，刀刃部的长度l为65～75mm。

作为本发明更进一步的改进，冷却机构还包括设置在该模腔内的换热管，当刀架本体的冷却壁温度比低熔点合金的熔点温度T₀高出3～5℃时，向该换热管通入冷却介质。

作为本发明更进一步的改进，换热管沿垂直于刀刃部的方向上下等距布置，且换热管由纯铜材料制成。

作为本发明更进一步的改进，刀架本体两侧设置用于安装换热管的侧封门，侧封门与冷却部之间设置第二密封垫片。

作为本发明更进一步的改进，还包括设置于刀架本体顶部的刀冠部，刀冠部与冷却部之间设置第一密封垫片。

作为本发明更进一步的改进，第一密封垫片与第二密封垫片均为耐高温弹性橡胶材料制成。

作为本发明更进一步的改进，低熔点合金包括如下质量百分比的组分：45％Bi，23％Pb， 8％Sn，5％Cd，19％In，其所形成的合金熔点温度T₀为47℃。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下显著效果：

(1)本发明的一种自冷却防熔融裁刀，刀体本体与刀架本体之间的温差为30～35℃，冷却机构包括冷却部，冷却部由熔点温度T₀为45～50℃的低熔点合金铸造形成，相对于单一热传导式的水冷或气冷降温来说，采用低熔点合金相变吸热降温效率大大提升，可以避免布料的边缘焦黄、粘连等现象，且相变吸热过程发生于刀架内，温控过程不会对布料带来污染。

(2)本发明的一种自冷却防熔融裁刀，冷却机构还包括设置在该模腔内的换热管，当刀架本体温度比低熔点合金的熔点温度T₀高出3～5℃时，此时低熔点合金相变吸热转化为单一热传导吸热，通过向该换热管通入冷却介质进行二次换热，以进一步提高换热效率，降低刀刃部温度。

(3)本发明的一种自冷却防熔融裁刀，刀体本体包括刀刃部以及用于将刀刃部固定在冷却座上的刀刃座，刀刃座由多排横向设置的传热片组成“王”字型结构，以与冷却座相互卡扣紧固，并保证相互密切传热。

(4)本发明的一种自冷却防熔融裁刀，刀架本体由纯铜制成，纯铜具有良好的导热性，一方面可以提高换热效率，另一方面可以使冷却壁表面温度分布均匀，有利于提高刀刃部与冷却壁之间温差测量的准确性。

(5)本发明的一种自冷却防熔融裁刀，刀架本体两侧设置用于安装换热管的侧封门，侧封门与冷却部之间设置第二密封垫片，刀冠部与冷却部之间设置第一密封垫片，第一/第二密封垫片均采用耐高温材料制成，以保障冷却机构的密封性。

附图说明

图1为本发明中刀体本体与刀架本体的纵截面示意图；

图2为本发明的一种自冷却防熔融裁刀的纵截面示意图；

图3为本发明的一种自冷却防熔融裁刀的横截面示意图；

图4为本发明中侧封门的结构示意图；

图5为本发明中刀体本体的结构示意图；

图6为本发明中刀体本体坯件与外成型板的纵截面示意图；

图7为本发明中模具坯件的纵截面示意图；

图8为本发明中冷却脊坯件的纵截面示意图；

图9为本发明中外围包板与冷却脊坯件的纵截面示意图；

图10为本发明中冷却机构坯件的纵截面示意图；

图11为本发明中外围包板与冷却脊坯件的横截面示意图；

图12为本发明中模具支架的结构示意图；

图13为本发明中模具内胆坯件的纵截面示意图；

图14为本发明中夹持机构的结构示意图；

图15为本发明中各模具组装后的俯视图。

附图标记：

100、刀体本体；110、刀刃部；111、刀刃座；112、外成型板；113、刀体模具坯件；

200、刀架；210、刀架本体；211、冷却脊；212、冷却壁；213、冷却座；214、外围包板；215、冷却机构模具坯件；220、冷却机构；221、冷却部；222、换热管；230、刀冠部； 231、第一密封垫片；240、侧封门；241、第二密封垫片；

300、刀杆；

400、模具支架；410、支脚；411、挡板；412、外围板；413、刀架外壁模具；414、模具内胆；415、外包板；416、侧封门模具板；417、固紧装置；

500、支撑机构；510、基座；520、夹持机构；521、垫块；522、可曲张连杆；523、旋紧装置。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

现有技术中常见的织物布料所能承受的安全温度在130℃左右，如腈纶纤维的熨烫承受温度在130℃以下，化纤布的熔点比较低，130℃可能会发生燃烧，棉花燃点约为150℃，布匹燃点为270℃到300℃，一般棉布的燃点在500℃到700℃。由此可见，要保证大部分布料在裁剪时不因裁刀温度过高受到损伤和破坏，裁刀温度则应当控制在一定安全温度范围内。裁刀通常采用高速钢制成，在裁刀对布料裁剪过程中，裁刀本体的温度比布料温度低，温差范围约为50℃。因此，若能将裁刀温度控制在80℃以下，通常不会对布料造成损坏。

值得说明的是，现有技术中为了控制裁刀温度，通常采用外设冷却机构来实现，尤其以水冷或气冷喷吹等手段最为常见，该种方式不可避免的带来了布料污染问题，给布料后续加工制作成成品带来生产负担。而本发明则通过在裁刀本体结构内设温控机构，彻底避免外部冷源带来的污染问题。

结合图1和图2，本实施例的一种自冷却防熔融裁刀，包括刀体本体100、用于对刀体本体100进行冷却的刀架200，刀架200包括刀架本体210以及冷却机构220，刀体本体100与刀架本体210之间的最大工作温差为30～35℃，冷却机构220包括冷却部221，冷却部221由熔点温度T₀范围为45～50℃的低熔点合金铸造形成。

本实施例中所指低熔点合金是指熔点温度范围为45～50℃的易熔合金，通常采用一定比例的铋、镉、锡、铅、镝、铟等元素作为主要成分，组成不同的共晶型低熔点合金。优选地，为了提高低熔点合金对温度变化的敏感度，本实施例中低熔点合金包括如下质量百分比的组分：45％Bi，23％Pb，8％Sn，5％Cd，19％In，其所形成的合金熔点温度T₀为 47℃。

具体在本实施例中，刀架本体210包括外侧的冷却壁212、位于冷却壁212之间的冷却脊211以及底部的冷却座213，冷却脊211与冷却壁212之间形成用于铸造冷却部221的模腔；刀体本体100包括刀刃部110以及用于将刀刃部110固定在冷却座213上的刀刃座111，刀刃座111由多排横向设置的传热片组成“王”字型结构，以与冷却座213相互卡扣紧固，并保证相互密切传热。刀架200设计冷却脊211，是为了更好地提高刀架本体210、低熔点合金之间的换热效果。

本实施例中刀体本体100与刀架本体210之间的最大工作温差为30～35℃，具体是指工作过程中用于裁剪布料的刀刃部110温度通常比刀架200的冷却壁212最大高出30～35℃，具体地，当刀刃部110的温度高于80℃时，冷却壁212温度高于45～50℃，达到模腔内填充合金的熔点温度，此时低熔点合金吸热熔化，发生相变。

值得强调的是，本实施例中低熔点合金相变过程近似等温过程，伴随着大量热量的吸收，相对于单一热传导式的水冷或气冷降温来说，采用低熔点合金相变吸热降温效率大大提升，可以防止在大量裁切布料时由于刀具频繁摩擦温度过高对布料带来的灼伤，且相变过程发生于刀架200内，不会影响布料裁剪，避免了水冷或气冷带来的污染问题。

进一步地，为了提高刀架200的传热效率，本实施例中刀架本体210由纯铜制成，且其壁厚b为5～8mm，模腔深度w为100～150mm，刀刃部110的长度l为65～75mm。本实施例中刀架本体210由纯铜制成，纯铜具有良好的导热性，一方面可以提高换热效率，另一方面可以使冷却壁212表面温度分布均匀，有利于提高刀刃部110与冷却壁212之间温差测量的准确性。

本实施例的自冷却防熔融裁刀可一次裁切100～200层布料，且具有自冷却功能，降温效率高，可以避免布料的边缘焦黄、粘连等现象，温控过程不会对布料带来污染。

实施例2

本实施例的一种自冷却防熔融裁刀，其结构基本同实施例1，进一步地，本实施例中冷却机构220还包括设置在该模腔内的换热管222，当刀架本体210的冷却壁212温度比低熔点合金的熔点温度T₀高出3～5℃时，向该换热管222通入冷却介质。

具体在本实施例中，低熔点合金的熔点温度T₀为47℃，当刀架本体210温度为50～52℃时，向换热管222内通入冷却水以实现对低熔点合金的换热。由于低熔点合金相变吸热过程类似于等温过程，其吸收大量的热量不会导致温度迅速升高，而后相变吸热转化为单一热传导吸热，此时换热效率有所降低。

因此，为了进一步提高换热效率，当刀架本体210温度略高于熔点温度T₀时，此时相变换热完成，向换热管222内通入冷却水进行二次换热，冷却水可以是冰水混合物中的水，从而保障了刀架200对刀体本体100的降温效率。具体地，当刀架本体210温度低于10℃时停止换热，如此反复，可以保证刀刃部110温度不高于80℃，以避免裁剪面料熔化烧焦。

实施例3

结合图3和图4，本实施例的一种自冷却防熔融裁刀，其结构基本同实施例2，进一步地，本实施例中换热管222由纯铜制成，且本实施例中刀架本体210两侧设置用于安装换热管222 的侧封门240，本实施例中换热管222沿垂直于刀刃部110的方向上下等距布置。

通过在模腔内设置多组并列排布的换热管222，可以进一步提高传导换热效率，降低刀刃部110的温度，保障剪裁布料的完整性。具体在本实施例中，侧封门240上开设供换热管 222穿过的安装孔，为了防止低熔点合金熔化外溢，在侧封门240与冷却部221之间设置第二密封垫片241，第二密封垫片241采用耐高温弹性橡胶材料制成，且可通过耐热导热胶进一步填补换热管222与侧封门240之间的缝隙，以保障冷却机构220的密封性。

实施例4

本实施例的一种自冷却防熔融裁刀，其结构基本同实施例1，进一步地，本实施例的防熔融裁刀还包括设置于刀架本体210顶部的刀冠部230，刀冠部230与冷却部221之间设置第一密封垫片231，第一密封垫片231采用耐高温弹性橡胶材料制成，且刀冠部230通过刀杆300固定在裁床上。

结合图5至图10，本实施例还提供了一种自冷却防熔融裁刀的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)制作刀体本体100的模型：

采用易成型加工的普通钢板或纯铝板按照图5所示结构制作刀体本体100的整体坯件，刀体本体100包括刀刃部110及其刀刃座111，刀刃座111由多排横向设置的传热片组成“王”字型结构。结合图6，图6为刀体本体100坯件与外成型板112的纵截面示意图，刀体本体 100长度为一般裁床宽度，约为1.2～1.5m。

具体在本实施例中，在刀体本体100坯件与外成型板112之间填充石墨坩埚的原料，包括石墨、碳化硅、硅石、耐火粘土、沥青和焦油等原料，按照制作石墨坩埚的配比填充在坯件与外成型板112之间。

如图7所示，待所填充原料凝固后取下外成型板112，取出刀体本体100坯件，形成两块结构对称的刀体模具坯件113，然后检查其表面平滑度，有缺陷的再补填，最后打磨并作平滑处理，然后对刀体模具坯件113进行烧结。按照一般石墨坩埚的低温、中温、高温的方法进行烧结，最后烧结成耐高温石墨模具，其熔点为3850±50℃；最后通过两块结构对称的刀体模具坯件113中间的浇注口进行熔融速钢浇注，速钢熔点为1300℃，待速钢成型后得到如图5所示的刀体本体100的模型。

(2)制作冷却机构200的模型；

采用质软易加工的普通钢板或纯铝板按照图8所示结构制作冷却脊211和冷却座213 的坯件，坯件可以由PVC板、普通钢板、铝板等易加工不易变形材质制成，其弧形底座也可以按照浇注铝熔液或低熔点合金成型方法制作，然后再与底部的传热板焊接或胶粘为一个整体，最后在坯件与外围包板214之间填充石墨坩埚原料。

其中，冷却脊211坯件最上部由金属薄片将坩埚原料隔开成两部分，待坩埚原料凝固成型后取下外围包板214与坯件，得到如图10所示的冷却机构模具坯件215，再按照低温、中温、高温等烧结坩埚的步骤把冷却机构模具坯件215烧结成耐高温石墨模具。模具的俯视图如图11所示，为两块相互对称的结构，其中矩形孔用于浇铸熔融纯铜，最后把刀架本体200主体部分铸造成型，具体如图1所示。

(3)制作刀架外壁模具413的模型；

如图12所示，支撑机构500包括基座510和夹持机构520，基座510为石料结构，可采用人造石或水泥混凝土的方法制作，夹持机构520用于夹紧刀刃部，夹持机构520包括垫块521、可曲张连杆522和旋紧装置523。

本实施例中模具支架400包括用于支撑模具的支脚410，支脚410与挡板411连接，挡板411用于夹持外围板412。刀架外壁模具413也为石墨坯料烧结而成为外壁模具，外围板412为高铝水泥制作的混凝土，其可耐热温度为1350℃。

如图13所示，模具内胆414坯件横截面结构为U型，在外围板412的辅助坯件与模具内胆414坯件之间填充石墨坩埚原料，形成刀架外壁模具413坯件，烧结后形成刀架外壁模具413。在刀架外壁模具413与模具整体外包板415之间填充高铝水泥制作的混凝土，待成型后再烧结成外包板模具，待所有模具成型后，再将其与刀体本体100进行组装。

外围板412与侧封门模具板415都安装到位后再把整体结构进行加固，如图15所示，整体结构的拐角固紧装置417为三角铁等金属材料制成。

(4)浇注成型：

按照图12所示，从注入口注入熔铜，为防止热胀冷缩带来的差异，要求初始熔铜液面与注入口的最上面平齐，待熔铜凝固后由外向内依次将各部件取下分离，最终得到如图1所示的裁刀主体结构；

同时制作纯铜板侧封门，并按照规定的距离与尺寸打孔，用侧封门封住刀体两端且垫上耐高温密封橡胶垫片，安装纯铜换热管并将两端插孔处用导热胶密封；

最后将把熔点为47℃的低熔点合金熔化后倒入模腔，凝固后整个刀体即完成。可以对刀刃部110进行打磨做锋利处理，对刀体其它部分进行打磨，做平滑处理。最后盖上上部耐热密封橡胶垫片231与刀冠230，整个刀体已加工成型，利用刀杆300将其安装于裁床上即可使用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种自冷却防熔融裁刀，其特征在于：包括刀体本体(100)、用于对所述刀体本体(100)进行冷却的刀架(200)，所述刀架(200)包括刀架本体(210)以及冷却机构(220)，所述刀体本体(100)与所述刀架本体(210)之间的最大工作温差为30～35℃，所述冷却机构(220)包括冷却部(221)，所述冷却部(221)由熔点温度T₀为45～50℃的低熔点合金铸造形成。

2.根据权利要求1所述的一种自冷却防熔融裁刀，其特征在于：所述刀架本体(210)包括外侧的冷却壁(212)、位于所述冷却壁(212)之间的冷却脊(211)以及底部的冷却座(213)，所述冷却脊(211)与所述冷却壁(212)之间形成用于铸造所述冷却部(221)的模腔。

3.根据权利要求2所述的一种自冷却防熔融裁刀，其特征在于：所述刀体本体(100)包括刀刃部(110)以及用于将所述刀刃部(110)固定在所述冷却座(213)上的刀刃座(111)，所述刀刃座(111)由多排横向设置的传热片组成。

4.根据权利要求3所述的一种自冷却防熔融裁刀，其特征在于：所述刀架本体(210)由纯铜制成，且其壁厚b为5～8mm，所述模腔深度w为100～150mm，所述刀刃部(110)的长度l为65～75mm。

5.根据权利要求4所述的一种自冷却防熔融裁刀，其特征在于：所述冷却机构(220)还包括设置在该模腔内的换热管(222)，当所述刀架本体(210)的冷却壁(212)温度比所述低熔点合金的熔点温度T₀高出3～5℃时，向该换热管(222)通入冷却介质。

6.根据权利要求5所述的一种自冷却防熔融裁刀，其特征在于：所述换热管(222)沿垂直于所述刀刃部(110)的方向上下等距布置，且所述换热管(222)由纯铜材料制成。

7.根据权利要求5所述的一种自冷却防熔融裁刀，其特征在于：所述刀架本体(210)两侧设置用于安装所述换热管(222)的侧封门(240)，所述侧封门(240)与所述冷却部(221)之间设置第二密封垫片(241)。

8.根据权利要求7所述的一种自冷却防熔融裁刀，其特征在于：还包括设置于所述刀架本体(210)顶部的刀冠部(230)，所述刀冠部(230)与所述冷却部(221)之间设置第一密封垫片(231)。

9.根据权利要求8所述的一种自冷却防熔融裁刀，其特征在于：所述第一密封垫片(231)与所述第二密封垫片(241)均为耐高温弹性橡胶材料制成。

10.根据权利要求1～9任一项所述的一种自冷却防熔融裁刀，其特征在于：所述低熔点合金包括如下质量百分比的组分：45％Bi，23％Pb，8％Sn，5％Cd，19％In，其所形成的合金熔点温度T₀为47℃。

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