CN1123214A - 高弹性材料的高速切割方法和设备 - Google Patents

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Abstract

切割高弹性材料片的高速旋转切割器组件及方法，旋转刀片被固定到芯轴一端以大于2000转/每分钟转速绕其转动。芯轴有冷却空气通到刀片上的芯轴孔。该组件有永久润滑预紧向心推力轴承和篦齿型密封装置以高速运转而不发热。该组件有不需调节托板或刀片更换托板嵌入件和嵌入件组件的快接调节装置。嵌入件有与托板顶面同平面的顶面，具有切割面沟槽以减小表面。刀片突齿有斜截后缘面以提供供切割材料片边沿的间隙并减小切割边沿偏差。

Description

高弹性材料的高速切割方法和设备
本发明涉及用于切割片状材料的方法和设备的技术，更具体地说，是涉及切割如用在轮胎的制造中的加强高弹性织物的方法和设备。
切割片状高弹性材料的方法和设备在现有技术中是已知的。
虽然现有技术的方法和设备一般来说是有效的，但是对如轮胎之类产品的质量的不断提高的要求已经产生了对被切割材料的越来越高的质量的需要。更具体地说，由不同的切割方法和设备产生的边缘偏差会直接导致在如轮胎这样的成品中的性能改进或性能问题。为此，研制能使切割材料中边缘偏差尽可能达到最小的方法和设备已变得重要起来。
本发明不仅能提供改善的边缘质量和精度，而且能提供其他较好的和更有利的总体效果。
根据本发明，提供了一种切割加强的高弹性片状材料的新颖和改进的方法和设备。
更具体地说，本发明的一个内容是，高速转动的切割器组件包括一个旋转刀片，该刀片可以以大于2000转/每分钟，最好是5000转/每分钟的工作速度转动。
本发明的另一个内容是，该高速转动的切割器组件包括一个可转动地安装在一个外壳的膛孔内的芯轴。该芯轴包括一个其内带有机加工螺旋槽的膛孔，该膛孔使冷却空气通到旋转刀片和芯轴上。该芯轴可以包括有一个冷却喷头以便在需要进一步冷却时将空气喷进芯轴膛孔内。
本发明的再一个内容是，该高速转动的切割器组件包括一个具有一个托板嵌入件的托板。该托板嵌入件与旋转刀片配合以提供一个用于相关的高弹性材料的切割表面。切割器组件包括一个用于托板嵌入件相对于刀片精确调节的调节装置。该调节装置包括一个与一个其上安装有托板和托板嵌入件的框架配合工作的滑块，和包含有该芯轴和该旋转刀片的外壳，以便将托板嵌入件相对于旋转刀片精确地定位。托板嵌入件具有一个与托板的顶表面处于同一平面上的顶表面。在一个较佳实施例中，托板嵌入件包括一个为减小表面接触的开槽切割表面。托板嵌入件的横截面形状类似于工字梁的横截面形状。
本发明的又一个内容是，旋转刀片具有大于2000转/每分钟的工作转速S。旋转刀片还具有数目介于4至40之间的突齿L。旋转刀片的每个突齿L都具有一个介于0度至20度之间的攻角AA。突齿包括由齿顶分开的一个攻面146和后缘面。攻面与图9所示的高弹性材料片所处平面P-P成攻角AA。攻角AA最好介于0度和20度之间。后缘面与攻面146所成的后缘角TS约为110度。
本发明的又一个内容是，用于高弹性材料片的高速转动切割的方法包括使一个旋转刀片以大于2000转/每分钟的转速S转动的步骤和将高弹性材料片推过该旋转切片以使旋转刀片切割高弹性材料片的步骤。高弹性材料支承在一个托板和一个托板嵌入件上，托板的顶表面处在一个托板平面上，而托板嵌入件的顶表面也处在该托板平面上。该方法还包括通过一个芯轴孔使空气通到刀片上的方式冷却刀片的步骤。
本发明的又一个内容是，提供一种用于切割高弹性材料片的高速转动的切割器组件，该切割器组件包括一个具有大于2000转/每分钟的工作转速S的旋转刀片，所述旋转刀片还具有多个突齿，所述旋转刀片的所述突齿中的每一个都具有由齿顶分开的一个攻面和一个后缘面，所述攻面与包含所述高弹性材料片的平面成一个攻角AA，所述攻角AA介于0度和20度之间，所述后缘面与所述攻面成一个后缘角TS，所述后缘角TS约为110度。本发明的一个优点是，提供了一种可以用来生产高质量的经切割的高弹性材料的新的和改进的旋转切割设备和方法。
本发明的另一个优点是，提供了一种用于对高弹性材料片作旋转切割的方法和设备，其能改善经切割的材料片的边缘质量和边缘偏差。
本发明的再一个优点是，提供了一种能以较现有技术的设备高的速度工作的旋转切割组件。
本发明的又一个优点是，提供了一种可快速地、容易地和准确地更换磨损的托板嵌入件和托板而无需对托板、托板嵌入件和刀片作多次调节的方法和设备。
在阅读和理解了下面的详细说明之后。熟悉相关技术的人就能明了本发明的其他益处和优点。
本发明在某些部件和部件的布置方面采取具体的结构形式，其较佳实施例将在此说明书中详细地描述并在作为此说明书一部分的附图中示出，其中：
图1是本发明的旋转切割器组件的剖视图。
图2是沿图1中截面2-2截取的该旋转切割器件的示意端视图。
图3是沿图2中截面3-3截取的该旋转切割器的侧视图，其中截去了一些部件。
图4是图1，2和3所示的旋转刀片的端视图。
图5是现有技术的旋转刀片的局部示意剖视图。
图6是体现本发明的托板、托板嵌入件和旋转刀片的局部示意剖视图。
图7是本发明托板嵌入件的另一个实施例的局部示意剖视图。
图8和9是本发明的旋转刀片和突齿的局剖端面剖视图。
现参见附图，其中所示内容只是为了图示本发明的较佳实施例，而不是为了对其加以限制。图1是本发明旋转切割器组件10的剖视图。组件10包括一个外壳12和一个芯轴18。该芯轴18是通过轴承24、26、28可转动地悬浮在该外壳12内。轴承24、26、28是适用于高速应用的精密预紧向心止推滚珠轴承。旋转切割器组件10可以以高达7500转/每分钟的转速工作。轴承24、26、28永久地预润滑以便于减少维修工作。
外壳12具有一个第一端34和一个第二端36。在外壳12的第一端处是一个篦齿型密封装置42。篦齿型密封装置42是一种非接触密封装置，其有助于防止污垢进入组件10并使润滑液保持在其内。非接触设计形式减少了摩擦、发热和对驱动扭矩的要求。
芯轴18包括一个芯轴孔46。芯轴孔46可以具有一条机加工螺旋槽，该槽有助于对芯轴18和旋转刀片50提供冷却。在某些应用中，将一个冷却喷头52靠近芯轴18安装是有利的。冷却喷头52可以连接到一个与如80磅/英寸2的出厂气体(factony air)之类的空气供应源连通的空气管54上。据信有效的冷却喷头52的一种型式是由Transair制造的那种。
参见图1-4和图6-9，图中示出了本发明的旋转刀片50。旋转刀片50被牢固地安装到芯轴18的第一端56上并随其转动。旋转刀片50最好是用碳化钨硬质合金制成的并涂覆一层如B4N的不粘连等离子涂层。本发明旋转刀片50的一个重要特征是其横截面形状，如图1、3、6和7所示。旋转刀片50具有一个总体平展的切割面62和一个总体平展的斜背面66。切割面62完全处在切割面平面70上，而背面66完全处在背面平面68上。背面平面68与切割面平面70成一角度α。角度α介于10度和90度之间，并且最好是约25度。此刀片50可提供精确切割并使切割材料的磨损减至最小。
参见图2和3，以双点划线图示出的加强高弹性材料片80支承在一个上平板P1上，该平板P1具有一个边缘，对图示应用来说，由旋转切割器组件携带着的托板86沿该边缘横过该材料移动约120英寸(47.24厘米)的距离。横移速度可以是每分钟400英尺。当托板横过高弹性材料片80移动时，它会将该片从图3所示位置A提到位置B。在高弹性材料片80被切割后，后沿82将落到一个下平板P2上，如图2所示。采用锥形刀片50，该后沿82的磨损就达到最小。
参见图5，图中示出了一个现有技术的旋转刀片。显然可见，现有技术的旋转刀片50A的切割表面62A是大致平行于背面66A。对于低速切割器来说，这是可以接受的，但是对于高速切割器来说，该刀片太重，并且会蓄热。较厚的刀片50A还会接触高弹性材料片80的后沿82，从而导致后沿82不希望有的磨损。
参见图6和7，图中示出了本发明的创新托板嵌入件设计。相关的加强高弹性材料片80贴靠在一个托板86的顶表面84上。托板86上固定有托板嵌入件90、90B。
参见图5，图中示出了一个现有技术的托板嵌入件90A，其稍稍凹入托板86a的顶表面84A之下。实际上，现有技术的托板嵌入件的顶表面90A在托板86A的顶表面84A之下0.030英寸(0.0762厘米)。从图5中可以看出，此偏移要求高弹性材料80在切割点处稍稍偏转。将嵌入件90A设定在顶表面84A之下会导致加强金属线98以一个角度被切割。这会导致尖锐的凿刃切端99，它在轮胎装配中是不希望有的。
参见图6和7，创新的托板嵌入件90、90B的顶表面96与托板86的顶表面84处在同一个平面上。这样定向是为了笔直地切割金属丝98，以使端头是钝的，因而不会在轮胎制造中切割其他部件。
继续参见图6，托板嵌入件90被安装在托板86上并且切割表面100凹设有一个沟槽102，用于减小经切割的后沿82和嵌入件之间的表面接触以提供间隙，从而使所产生的热减到最小，并且不会有不希望有的污染和碎屑形成问题。图1、2、7和8中所示托板嵌入件90B具有工字梁的横截面，其在相反的表面上有沟槽104和105并且带有切割边沿106、107、108和109。嵌入件90B可以在其端部处由定位在沟槽104或105上的合适的固定件固定到托板86上。例如在图示较佳实施例中，内六角圆头螺钉112，113被螺入外壳内以复盖住沟槽104内的嵌入件的端部。具有工字梁横截面的嵌入件90B可以转动及翻转以便用一个嵌入件提供四个切割边沿106、107、108和109。嵌入件90和90B的长度不需要比切割加强金属丝98所需的长度长。托板嵌入件90最好涂覆有硝酸钛以增加硬度。
参见图1、6和7，创新的旋转切割器组件10的重要特征是能快速和精确地更换磨损的托板嵌入件90和90B的能力。现有技术的切割器对于旋转刀片50和托板嵌入件90之间的间隙需要独立的调节，以及需要对刀片和托板嵌入件的倾斜角进行调节。这些调节的次数和复杂性会导致耗费时间的装配操作。每当现有技术的托板嵌入件90磨损时，对其进行更换使得旋转切割器组件10必须停下很长时间。这种更换复杂到要求装配专家。不合适的装配会损坏较昂贵的旋转刀片50。本发明的旋转切割器组件10具有若干特征，这几个特征一起作用可以使托板86或托板嵌入件90B的替换不仅快速和容易，而且非常准确。首先，外壳12精密加工，以实现旋转刀片50和托板嵌入件90B之间的平行。此外，托板86是以“快速连接”方式设计的，因此可以容易地取下。这就消除了对托板斜角的要求，而斜角通常用在现有技术中以补偿弯曲的托板。快速连接特征包括一个具有一个第一端114的框架111，托板86由有头螺钉115和116装接到该第一端114上。框架111的第二端118包括一个安装在外壳12上的精密燕尾滑块120。该滑块120被固定到外壳的两个安装螺钉130上。扁栓锁件132包括至少两个扁栓锁件螺钉133。
为了更换或转动托板嵌入件90，所有要做的的是释放开扁栓锁件130，将框架111在滑块120上背离外壳12移开，并且通过去掉内六角螺钉112和113的方式转动已磨损的托板嵌入件90B或用新的托板嵌入件加以更换。将一个填隙片(未示出)插在托板嵌入件90B和旋转刀片50之间以提供需要的间隙，接着可以用扁栓锁件132和扁栓锁件螺钉133将框架111、托板86、和托板嵌入件90B构成的组件固定就位。另一种方法是，完整的托板组件，包括框架111、包含托板嵌入件90B的托板86，可以由一个新的托板组件加以更换。与必须进行上述调节的现有技术相反，本发明的旋转切割器组件10已准备好开始切割高弹性材料片。
参见附图，对旋转刀片50的设计形式作进一步描述。旋转刀片50还有许多突齿140特征。突齿140的数目可以在4和40之间变化，而对此实施例来说是16个。
参见图3，本发明的刀片50结合有一个并不对称于齿尖144的攻面146和后缘面150。而后缘面150被切割得更加陡，以便提供间隙来确保经切割的高弹性材料不会在任何接触面上摩擦和/或可能挂置在这些接触面上。参见图3、4、8和9，图中更详细地示意性示出刀片50与托板86，托板嵌入件90B和高弹性材料加强片80的相对关系。如图9所示，刀片50的每个攻面146以最好是0度至20度的攻角AA设置，而在图示实施例中约为8度。另外，后缘面150是以相对于攻面146约110度的角度TS设置的。最好是，角度TS介于100度和140之间。参见图8，图中示出了本发明的突齿140切割高弹性材料片80时的构形。随着刀片50转速增加，旋转切割器组件10横过高弹性材料片80移动的速度可以增加。而且，突齿140的数目可以减少。这些参数取决于加强金属丝98的数目，因为每条金属丝最好是由突齿140中之一个突齿切割。
本发明已参照较佳实施例加以描述。显然，在阅读和理解了说明书后，其他人会想出各种变更和变化。申请人的意图是要包括落入各权利要求或其等价物的范围内的所有这种变更和变化。

Claims (31)

1.一种切割高弹性材料片的高速旋转切割器组件，其包括：
一个固定到所述芯轴的所述第一端上并可随所述芯轴转动的旋转刀片，所述旋转刀片具有大于2000转/每分钟的工作转速。
2.如权利要求1所述的高速旋转切割器组件，其特征在于：该组件还包括：
一个具有第一和第二端及一个贯穿其内的外壳孔的外壳；
一个可转动地安装在所述孔内的芯轴，所述芯轴具有第一和第二端，所述芯轴还具有一个贯穿其内的芯轴孔，所述芯轴孔将空气连通到所述芯轴和所述旋转刀片上。
3.如权利要求2所述的高速旋转切割器组件，其特征在于：所述芯轴还包括：
一个毗邻所述芯轴安装的冷却喷头用于将空气喷入所述芯轴孔内。
4.如权利要求2所述的高速旋转切割器组件，其特征在于：所述切割器组件还包括：
一个第一密封装置，所述第一密封装置靠近所述芯轴的所述第一端的位置，并且将所述芯轴与所述外壳密封隔开。
5.如权利要求4所述的高速旋转切割器组件，其特征在于：所述第一密封装置是一个非接触密封装置。
6.如权利要求4所述的高速旋转切割器组件，其特征在于：所述第一密封装置是一个篦齿型密封装置。
7.如权利要求2所述的的高速旋转切割器组件，其特征在于：该切割器组件还包括：
设置在所述芯轴和所述外壳之间的轴承，所述轴承是预紧向心止推滚珠轴承。
8.如权利要求2所述的高速旋转切割器组件，其特征在于：该切割器组件还包括：
一个安装在所述框架上的托板，所述托板具有一个托板嵌入件，所述托板嵌入件与所述旋转刀片配合工作以便为所述相关的高弹性材料片提供一个切割面；和
用于所述托板嵌入件相对于所述旋转刀片的精密调节的调节装置，所述调节装置包括一滑块。
9.如权利要求8所述的高速旋转切割器组件，其特征在于，所述调节装置还包括一个扁栓锁件，所述扁栓锁件装接到所述滑块上并将所述滑块固定到所述外壳上，所述扁栓锁件具有至少两个螺钉。
10.一种切割高弹性材料片的高速旋转切割器组件，该切割器组件包括：
一个具有大于2000转/每分钟的工作转速的旋转刀片；
一个托板，所述托板具有一个支撑所述高弹性材料片的顶表面；和
一个托板嵌入件，所述托板嵌入件安装在所述托板上并与所述刀片接触，所述托板嵌入件具有一个处于所述托板的所述顶表面的平面上的顶表面。
11.如权利要求10所述的高速旋转切割器组件，其特征在于：所述托板嵌入件还包括：
一条在所述嵌入件的切割表面上的沟槽，以便减小所述切割表面和所述刀片之间的表面接触。
12.如权利要求11所述的高速旋转切割器组件，其特征在于：所述托板嵌入件具有类似于“工字梁”的横截面形状的横截面形状，在所述嵌入件的每一侧上都有一条所述沟槽。
13.如权利要求10所述的高速旋转切割器组件，其特征在于：所述托板嵌入件涂覆有氮化钛。
14.如权利要求10所述的高速旋转切割器组件，其特征在于：所述托板嵌入件具有与所述托板的长度相等的长度。
15.一种切割高弹性材料片的高速旋转切割器组件，该切割器组件包括：
一个具有大于2000转/每分钟的工作转速S的旋转刀片，所述旋转刀片还具有其数目介于4和40之间的突齿L，所述旋转刀片的所述突齿中的每一个突齿在一个攻面和一个包含所述材料片的表面的平面之间具有一个攻角AA，所述攻角AA介于0度和20度之间。
16.如权利要求15所述的高速旋转切割器组件，其特征在于：所述转速S介于2000转/每分钟和7200转/每分钟之间，而所述突齿L的数目是16个，所述攻角AA介于0度和20度之间。
17.一种切割高弹性材料片的高速旋转切割器组件，该切割器组件包括：
一个具有大于2000转/每分钟的工作转速S的旋转刀片，所述旋转刀片还具有多个突齿，所述旋转刀片的所述突齿中的每一个突齿具有由一个齿尖分开的一个攻面和一个后缘面，所述攻面与包含所述高弹性材料片的平面成一个攻角AA，所述攻角AA介于0度和20度之间，所述后缘面与所述攻面成一个后缘角TS，所述后缘角TS约为110度。
18.如权利要求17所述的高速旋转切割器组件，其特征在于：所述旋转刀片涂覆有一层不粘连等离子涂层。
19.如权利要求18所述的高速旋转切割器组件，其特征在于：所述不粘连等离子涂层是由BN构成的。
20.一种切割高弹性材料片的高速旋转切割器组件，该切割器组件包括：
一个具有一工作转速S的旋转刀片，所述工作转速S大于2000转/每分钟，所述旋转刀片具有一个总体是平面的切割面和总体是平展的背面，所述切割表面全部位于一个切割面平面上，而所述背面完全处于一个背面平面上，所述背面平面与所述切割面平面成一个角度α，所述角度α介于10度和90度之间。
21.如权利要求20所述的高速旋转切割器组件，其特征在于：所述角度α约为25度。
22.一种切割高弹性材料片的高速旋转切割器组件，该切割器组件包括：
一个具有第一和第二端的外壳；
一个可转动地安装在所述外壳内的旋转刀片，所述旋转刀片具有大于2000转/每分钟的工作转速；
一个安装在一个连接到所述外壳上的框架上的托板，所述托板与所述旋转刀片配合工作以便为所述相关的高弹性材料提供一个切割面；
一个托板嵌入件，所述托板嵌入件安装在所述托板上并位于毗邻所述刀片的位置；
用于所述托板嵌入件相对于所述刀片的精密调节的调节装置，所述调节装置包括：
具有一个第一端的所述框架，所述托架靠所述第一端安装在所述框架上；和
一个滑块，所述滑块靠近所述外壳的第二端安装，所述框架则安装在所述滑块上。
23.一种用具有切割突齿的旋转刀片高速旋转切割高弹性材料片的方法，所述方法包括下列步骤：
以大于2000转/每分钟的转速转动所述旋转刀片；和
将所述旋转刀片横向移动通过所述高弹性材料片以使带有所述切割突齿的所述旋转刀片啮合以切割所述高弹性材料片。
24.如权利要求23所述的高速旋转切割高弹性材料片的方法，其特征在于：该方法还包括下列步骤：
将所述高弹性材料片支承在一个托板和一个托板嵌入件上，所述托板嵌入件的顶表面与所述托板的顶表面处于同一平面。
25.如权利要求23所述的高速旋转切割高弹性材料片的方法，其特征在于：所述旋转刀片可转动地安装在一个芯轴上，所述方法还包括下列步骤：
通过使空气流过贯穿该芯轴的一个芯轴孔来冷却所述芯轴。
26.如权利要求23所述的高速旋转切割高弹性材料片的方法，其特征在于：所述旋转刀片可转动地安装在一个芯轴上，所述方法还包括下列步骤：
通过用一个冷却喷头推动空气流过所述芯轴内的孔的方式冷却所述芯轴。
27.如权利要求23所述的高速旋转切割高弹性材料片的方法，其特征在于：所述方法还包括下列步骤：
通过在所述托板嵌入件上设置沟槽的方式冷却所述托板嵌入件和减小切割面的面积。
28.一种在涉及高速旋转切割高弹性材料片的应用中更换托板和托板嵌入件的方法，所述方法包括下列步骤：
通过使其上装接有新的托板和托板嵌入件的框架滑动到与一个包含有一个旋转刀片的外壳进入操作啮合的方式将所述托板和托板嵌入件定位到与所述旋转刀片成适当关系的位置；和
将所述框架固定到所述外壳上。
29.如权利要求28所述的更换托板和托板嵌入件的方法，其特征在于：所述框架由一个滑块连接到所述外壳上，和所述框架由扁栓锁紧螺钉固定到所述外壳上。
30.如权利要求28所述更换托板和托板嵌入件的方法，其特征在于：该方法还包括下列步骤：在将所述框架固定到所述外壳上之前，
将一个填隙片插入所述托板嵌入件和所述旋转刀片之间；和在将所述框架固定到所述外壳上之后。
将所述填隙片从所述托板嵌入件和所述旋转刀片之间取出。
31.如说明书所述和附图所示的设备和方法。
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