摘 要：针对高档皮鞋产品外观性能要求，设计研制一次挤压熨烫整形设备与模具，通过不断试验与探索，优化各项工艺参数，将该工艺应用于制鞋流水线，不仅每条生产线可节约外观整饰用工20人以上，皮鞋外观整饰效果也得到显著提高，填补行业空白，提高制鞋生产线的自动化水平，降低单位鞋材消耗量，为企业创造良好经济效益。

关键词：皮鞋；熨烫整形；热熔胶港宝；三维数字化制造技术

前 言

传统皮鞋生产中，在制鞋流水线的前段绷帮工序之后，需要对皮鞋的外部鞋形进行整饰定形，旨在使鞋帮部件紧贴在鞋楦表面并被加热定形，以提高鞋帮的平整度，进而提高成品鞋的挺括度，改善鞋形外观的视觉效果，显著提高鞋的外观质量，从而提高产品的附加值。

图1为机械臂在制鞋流水线上的应用。

对于某些对外观有特殊要求（例如明显的鞋头线条、光反射效果等）的皮鞋来说，用传统的外观整形方法很难满足要求。

传统鞋靴绷楦后的整形方法是：依靠人工敲打，通过对鞋帮局部间断施加外力，在高温作用下，使鞋帮材料产生局部变形，实现对鞋帮帮面整形。

此类方法的缺点是：（1）整形效果差；（2）劳动效率低；（3）劳动强度大；（4）产品的一致性无法保证；（5）鞋帮材料的变形不连续；（6）人工敲打的痕迹难以消除；（7）破坏鞋帮材料的组织结构，导致其强度和柔韧性降低。

1 鞋帮材料分类及变形机理

1.1 鞋帮材料分类

（1）鞋面材料

最适合用作皮鞋帮面材料的天然动物皮革（又称真皮革）有牛皮革、羊皮革、猪皮革、鳄鱼皮革等。其中生产高档鞋靴多用牛皮革，尤其是黄牛皮革，即由黄牛皮经过脱毛、鞣制、染整等工艺制成的黄牛鞋面革。

黄牛鞋面革具有毛孔细小、呈圆形、分布均匀而紧密，表面光亮、平滑，手感丰满、紧实而富有弹性，用力挤压表面有细小皱褶出现，放手后皱褶消失等特点，且具有良好的透气性和透水汽性。此外，由于黄牛鞋面革张幅大、部位差小，一般用于制作高档皮鞋。

（2）港宝

港宝用在鞋帮头部和后跟部位起固定支撑鞋帮的作用，比较硬。港宝一般分为三种：皮浆港宝、化学片港宝、热熔胶港宝。用的最多的是热熔胶港宝（又称热熔胶片），是新型环保型制鞋优质材料，具有加热到一定温度软化、降低到一定温度硬化的性能，适用于快速成型工艺，而且弹性好、成本低。

采用低温热熔胶港宝替代传统的皮浆港宝（又称水港宝）做鞋的前衬后套，生产效率高，定型后鞋型挺拔美观、不易变形，鞋的舒适度和外观质量都得到极大提高。

（3）内衬材料

鞋帮内衬常用帆布、PU革、猪羊皮革等具有较好拉伸延展性、较高机械强度且耐磨、脚感舒适的材料。

1.2 鞋帮材料变形机理

制作鞋帮的材料应有一定的伸长率、较好的弹性和较强的塑形变形能力，以保证绷楦阶段在外力作用下鞋帮不崩裂。在皮鞋一次挤压熨烫整形过程中，鞋帮头部的热熔胶港宝内衬与其他材料贴合界面的温度达到100～120 ℃，鞋帮被挤压在模具和鞋楦之间的缝隙里，保压、保温7～15 s（温度与时间的设定根据鞋面与内衬等材料的变化进行调整）。

当鞋帮被挤压部分在模具内受热而温度升高时，内部的热熔胶港宝被加热变软，其中的胶质、真皮纤维等材料产生蠕变在模具缝隙内做定向移动，从而使鞋面变形至预先设定的效果。当保压、保温时间达到设定值后，取出鞋，被挤压部分迅速自然冷却定型。也可根据需要选择挤压后松开再挤压的多次挤压模式，获得理想的挤压熨烫效果。

2 皮鞋一次挤压熨烫整形设备及工艺

2.1 工作原理

皮鞋一次挤压熨烫整形原理：利用皮鞋鞋帮材料的塑性变形特性，使用三维数字化制造技术，通过三维扫描设备将鞋楦头部三维参数加以扫描，利用鞋模设计软件的编辑功能，剔除鞋楦头部的鞋帮厚度，预留鞋帮材料变形余量，设计全码数鞋头一次挤压熨烫整形模具，在整形棱角部位对应的模具部位去掉一部分模具材料，使鞋帮材料变形后定向位移到模具空隙处。

2.2 设备结构

将整形模具安装在皮鞋一次挤压熨烫整形机上，选择挤压熨烫模式，设定整形压力、温度、时间等参数，PLC程序控制一次挤压熨烫循环动作，实现对鞋帮的待整形部位进行挤压、熨烫，控制温度对模具进行加热并使模具处于某一温度范围，模具上的电热装置对鞋帮材料进行加热，使鞋帮材料软化，在模具的挤压外力作用下，鞋帮材料产生塑性变形，即通过高温光滑的模具表面对鞋帮帮面进行挤压、熨烫，使鞋帮帮面伏贴于鞋楦，并使港宝（热熔胶片）材料中的高分子进一步浸透到皮革面料的纤维组织中，达到改善鞋帮强度和韧性的目的，与此同时，模具的挤压使皮鞋表面纹理更加细致美观、线条造型更加流畅、帮面光折射效果更加柔和自然。

借助先进的三维数字化制造技术和设备，可以制造出全码数精密鞋楦和整形模具，确保同一鞋号的鞋楦、整形模具精度的一致性及鞋帮材料受热、受压的均匀性，为皮鞋一次挤压熨烫整形工艺成功应用创造条件。经过几年的不断改进，通过大量试验、反复修改模具，研发了一套适合大批量生产的整形模具与机械装备，将机械行业的模具成型原理应用于皮鞋一次挤压熨烫整形，设计制造了皮鞋一次挤压熨烫整形气动设备（也可用液压设备）。

采用一次挤压熨烫模具与设备代替人工敲打整形，不仅节约大量劳动力（效率提高10倍以上）、减轻劳动强度，而且使生产出来的皮鞋更加符合楦形、表面光亮整洁、外观尺寸一致，大大提升了产品质量。这一工艺用于高亮鞋头和高亮后跟时，由于模具的一次挤压熨烫成形，鞋面棱角处产生和谐的光折射现象，使产品呈现时尚、整洁、流线等更加美观的视觉效果。

2.3 工艺流程

皮鞋一次挤压熨烫整形工艺流程：将待整形皮鞋放入整形模具→脚踏气缸动作踏板→前后压紧气缸和上下压紧气缸同时动作，对皮鞋施加压力→保持压力→气缸释放→取出皮鞋。

2.4 工艺要求

2.4.1 鞋楦精度

采用三维数字化制造装备生产制作鞋楦，以确保其具有较高精度。

2.4.2鞋帮材料厚度

针对鞋帮材料的厚度和形状、大小，有较高精度要求，以保证待挤压熨烫成形的半成品的工艺适应性。采用片茬机、通片机等现代制帮设备，对鞋面革进行片茬、片削处理，使其厚度满足制鞋工艺要求，而目前材料工业已经可以提供厚度一致、理化性能指标稳定的鞋用热熔胶港宝材料、内里材料和鞋帮补强材料等各类制鞋材料。

2.4.3整形模具精度

利用三维扫描技术采集数据，数控雕刻机雕刻模具型腔，完成高精度全码数（号）皮鞋（分左右脚）整形模具制造。

在制造雕刻模具过程中，要考虑挤压部位模具参数的校正值，保证帮面材料有足够的被挤压变形余量和容纳变形量的空间，使帮面熨烫部位与模具紧密贴合，以保证熨烫整形效果。

2.4.4 气动或液压设备控制精度

以气动皮鞋一次挤压熨烫整形机为例，该设备由垂直气缸、水平气缸、气压传动系统、模具加热装置、电气控制系统和机架组成，可为模具提供垂直和水平方向的两个力F1和F2，垂直力F1对鞋后跟进行挤压，水平力F2对鞋头进行挤压，垂直力与水平力形成的合力F对鞋的边棱、圆角处进行挤压，实现对皮鞋产品的一次性挤压熨烫整形。见图2。

2.4.5 合理设定工艺参数

（1）压力。合理设定模具的压力。两个方向的挤压力的大小应不损伤制品而且可调。

（2）温度。根据帮面、内衬材料的性质和厚度，合理设定模具的加热温度。

（3）模具。为了取得良好的挤压熨烫效果，使鞋帮材料变形程度达到皮鞋产品外观设计要求，应选择与某一码数（号）鞋相对应的模具。

3 皮鞋一次挤压熨烫整形工艺应用案例

以07A校尉常服皮鞋鞋头整形为例，介绍皮鞋一次挤压熨烫整形工艺在实际生产中的应用。

3.1 07A校尉常服皮鞋性能特征

1—垂直气缸，2—水平气缸，3—气动传动系统，4—模具加热装置，5—电气控制系统，6—机架

图2 皮鞋一次挤压熨烫整形机

07A校尉常服皮鞋的性能特征：外观要求三接头前尖部位有明显的鞋头棱角，黄牛软鞋面革、热熔内衬，鞋头与后跟喷涂后达到规定的亮度（光折射效果要求和谐统一），胶粘橡塑材料大底。

在整形前，鞋头边棱不明显、前帮帮面不平整，采用常规的整形工艺无法达到外观技术要求。采用皮鞋一次挤压熨烫整形工艺，鞋头棱角明显、弧线过渡圆滑、前帮平整与鞋楦紧密贴合、鞋头外形尺寸一致，各项技术指标均符合要求，生产效率提高10倍以上，劳动强度明显减轻。鞋头经喷涂后，光折射效果和谐统一，产品外观质量显著提高。

3.2 工艺流程

按照07A校尉常服皮鞋产品设计要求，在完成帮面、内衬部件下裁、片削，成帮缝制，标准化鞋楦制作，绷帮等一系列操作工序后，进行一次挤压熨烫整形。一次熨烫整形工艺流程：将一副模具放置于平稳的工作台上，模具底部设置可控电加热装置，将鞋头朝下放入模具型腔，按下启动按钮，模具后面的气缸向操作人员方向移动并将鞋头固定，模具上部的气缸向下移动压住鞋后跟部位，鞋固定于模具型腔内；模具对鞋头帮面、内衬材料进行加热、挤压、熨烫，外力使帮面材料向鞋头和模具结合处的缝隙位移，鞋头表面皱褶被熨烫平整；保持压紧状态10~15 s后，模具自动打开，气缸回复原位，取出鞋，完成一次挤压熨烫整形。见图3。

3.3 经济效益分析

采用皮鞋一次挤压熨烫整形工艺对鞋头进行整形，按1200双/8h计算，采用人工敲打整形需要22人；采用一次挤压熨烫整形，2工位设备，单次整形保压15 s、辅助时间5 s，产量为1440双/8h，1人操作机器、1人对挤压不理想部位进行辅助修整。与人工敲打整形相比，采用一次挤压熨烫整形，提高工效12.2倍（[1440/2-1200/22]/(1200/22)）。如果将模具做得更理想，则无须辅助整修，仅需1人，工效提高25.4倍（[1440-1200/22]/(1200/22)）。按人均年薪5万元人民币计算，年节约劳动力价值：(12.2~25.4)×5=61~127万元人民币。际华三五一五皮革皮鞋有限公司现有5条生产线常年生产需要挤压熨烫整形的皮鞋，每年可减少人工工资支出305~635万元人民币。自2009年开始应用该工艺以来，累计增加经济效益3000万元人民币以上。而因产品质量提高、市场竞争力增强而增加的隐性价值则更大。

该研究成果取得2项发明专利授权、1项实用新型专利授权，目前除了在际华三五一五皮革皮鞋有限公司应用以外，已经在际华三五一三实业有限公司、际华三五一四制革制鞋有限公司等企业得到应用。

F1—垂直压紧力，F2—水平压紧力

图3 07A校尉常服皮鞋一次挤压熨烫整形模具

4 结束语

随着社会的不断发展，人民生活水平的日益提高，消费者对包括外观质量在内的鞋靴质量的要求也越来越高。尽管鞋靴的功能是影响人们是否决定购买的最基本因素，但在功能、价位相同的不同品牌鞋靴产品中，时尚、新颖、美观的鞋靴更能引起消费者的兴趣并促成消费。皮鞋一次挤压熨烫整形工艺是基于现代高新制造装备而研发的，不仅可以用于高档皮鞋的鞋头外观整形，也可用于后跟整形。随着新材料、新装备性能的提升，该项新工艺的应用场景还会进一步得到拓展。

参考文献

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[5] 王宏超. 鞋形一次挤压熨烫整形机[P]. CN201683153U,2010-12-29.

王宏超（际华三五一五皮革皮鞋有限公司，河南 漯河 462000）