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條外透明紙包裝機是 20世紀(jì) 90年代由意大利某公司開發(fā)、上海煙機廠引進的卷煙包裝輔機,主要用于完成卷煙條外透明紙的折疊成型、熱封等包裝工序,是煙草行業(yè)內(nèi)主流的包裝機型。然而,在生產(chǎn)過程中該機型生產(chǎn)的卷煙經(jīng)常出現(xiàn)條外透明紙摩擦痕的產(chǎn)品缺陷,隨著市場和消費者對產(chǎn)品包裝質(zhì)量要求的不斷提高,這一問題已經(jīng)引起了中國卷煙生產(chǎn)廠家的廣泛關(guān)注和重視,但目前均無比較成熟的解決方案。本研究擬對條外透明紙包裝機的成型通道進行改進,在通道表面焊接麥粒板,并對第一頂升成型結(jié)構(gòu)進行重新設(shè)計,以期有效解決條外透明紙摩擦痕的產(chǎn)品質(zhì)量缺陷。

現(xiàn)狀調(diào)查

為了解和掌握條外透明紙摩擦痕質(zhì)量缺陷的具體情況,對條外透明紙包裝機進行抽樣檢驗:各機臺每天從上午 8點開始連續(xù)抽樣  10h,每小時隨機抽取 10條,于 2018年 7月  1~ 20日連續(xù)抽樣 20d,即各機臺抽樣數(shù)量為 2000條;根據(jù)企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)(摩擦痕的判定標(biāo)準(zhǔn):在晴天日光或室內(nèi)照明光下,不同光線反射角度, 肉眼可辨的長度超過 5.0mm)對樣品摩擦痕質(zhì)量缺陷進行統(tǒng)計(缺陷率= 摩擦痕煙條數(shù)量/抽查數(shù)量× 100  ),結(jié)果如表 1所示。由表 1可知,各機臺缺陷率均在 40   以上,嚴(yán)重影響了產(chǎn)品包裝質(zhì)量。

原因分析

條外透明紙包裝成型原理

從上游機輸出的硬條首先被推送至包裝機的第一頂升器上;被剪切成定長并粘有拉帶的透明紙同時被鉗送到硬條盒的上方;第一次頂升過程中,條外 透明紙在左、右固定折疊板的夾持下完成兩側(cè)面及正面機械與控制 此該方案不可行。而將與透明紙接觸的面板改成其他摩擦系數(shù)較低的材料,就可以減小兩者之間的摩擦力。

3.1  確定通道面板材料

通過對諸如高分子涂層、特氟龍涂層、麥粒板等多種材料進行對比,從材料的環(huán)保、耐磨、減摩性能及經(jīng)濟性等方面進行對比,麥粒板具有諸多優(yōu)勢。麥粒板表面呈魚鱗狀突起的曲面,能減小與條外透明紙的接觸面積;表 面透氣性好,可防止與條外透明紙形成真空密合狀態(tài),較 鑄鐵等金屬面板要好;麥粒板采用醫(yī)用級 316不銹鋼,較的“∩”型折疊;接著中層平臺水平推送過程中,在通道上、下平板的約束下完成透明紙背面長邊和兩端面的折疊、熱封;隨后被推入第二頂升器,在第二次頂升過程中 完成透明紙兩端面的熱封;最后在上層平臺,包裝好透明紙的條盒由推板推至輸出通道,完成整個包裝過程。

1. 條外透明紙摩擦痕形成原因

兩個物體接觸擠壓時,接觸面上很多凹凸部分相互嚙合。如果一個物體沿接觸面滑動,兩個接觸面的凸起部分相碰撞,產(chǎn)生斷裂、摩損。同理,透明紙與鑄鐵板相互接觸并相對運動產(chǎn)生摩擦,硬度低的透明紙表面會產(chǎn)生較大磨損,出現(xiàn)肉眼可見的摩擦痕。

由包裝成型原理可知,條外透明紙的折疊成型,是經(jīng)不同工位的動力施予,通過通道的連接和輸送依次完成的。由此推斷,造成條透明紙摩擦痕的原因主要有兩種: (1)目前條外透采用的是 BOPP雙向拉伸聚丙烯薄膜,其密度較小,表面軟,硬度低;而包裝機的通道由鑄鐵加工而成,其材料硬度大,摩擦系數(shù)也較高(約為 0.59),條外透明紙在其表面移動時磨損較大。(2)條外透明紙在第一次頂升過程中與左固定折疊板摩擦距離為 128mm,接觸面積為 36096mm2;右固定折疊板的摩擦距離為 144mm,接觸面積為 40608mm2,相對滑動速度為  192mm/s。因此,在摩擦距離、摩擦面積、摩擦速度的綜合作用下,透明紙表面產(chǎn)生較大磨損, 出現(xiàn)肉眼可見的摩擦痕。

改進方法

根據(jù)滑動摩擦力公式:f=μN,在正壓力 N 一定的情況下,改變相互接觸的透明紙與面板之間的摩擦系數(shù)μ,就能夠改變兩者之間的摩擦力 f,減小透明紙的磨損,達到減少摩擦痕的目的。而改變透明紙表面摩擦系數(shù),勢必會改變透明紙表面的熱封性能,導(dǎo)致熱封不良的質(zhì)量隱患,因

特氟龍涂層更加環(huán)保;耐磨性能較高分子涂層要高。

具體實施方法是將第一頂升、中層平臺、第二頂升、上層平臺通道各零件表面銑去 0.8mm 后,激光焊接厚度為 0.8mm 的麥粒板。

1. 重新設(shè)計第一頂升成型結(jié)構(gòu)

為解決條外透明紙在第一頂升折疊通道成型過程中因較長距離位移、較大接觸面積、持續(xù)性的相對滑動產(chǎn)生的磨損,創(chuàng)新性地設(shè)計了條外透明紙滾動折疊成型新方式,將條外透明紙與通道表面的面接觸改進為與滾輪外緣的線接觸,減小兩者的相對位移距離和摩擦力。

設(shè)計滾輪軸:根據(jù)滾輪的裝配要求和設(shè)備結(jié)構(gòu), 滾筒外徑設(shè)計為 14mm;軸承選用單列深溝球軸承 628/4,外徑 9mm,內(nèi)徑 4mm,厚度 3.5mm;軸的直徑 d'選擇為 4mm。

對滾輪軸危險截面直徑進行校核:由軸的結(jié)構(gòu)及受力可作出受力。

由前期試驗得出FN= 9.8N(實測煙條不變形情況下最大擠緊力,即水平方向上的正壓力),FN'= 1.8N(實測豎直方向上的摩擦力)。F1N、F2N表示正壓力作用在軸上點 1、2(滾軸軸承處)的兩個分力,由于正壓力是均布在滾軸上的,故 F1N和 F2N大小相等,方向與正壓力方向相同, F1N與 F2N的和與正壓力 FN相等,即 F1N=F2N=FN/2= 4.9N。