條外透明紙包裝機是 20世紀 90年代由意大利某公司開發、上海煙機廠引進的卷煙包裝輔機,主要用於完成卷煙條外透明紙的折疊成型、熱封等包裝工序,是煙草行業內主流的包裝機型。然而,在生產過程中該機型生產的卷煙經常出現條外透明紙摩擦痕的產品缺陷,隨著市場和消費者對產品包裝質量要求的不斷提高,這一問題已經引起了中國卷煙生產廠家的廣泛關注和重視,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,在通道表麵焊接麥粒板,並對第一頂升成型結構進行重新設計,以期有效解決條外透明紙摩擦痕的產品質量缺陷。

現狀調查

為了解和掌握條外透明紙摩擦痕質量缺陷的具體情況,對條外透明紙包裝機進行抽樣檢驗:各機台每天從上午 8點開始連續抽樣  10h,每小時隨機抽取 10條,於 2018年 7月  1~ 20日連續抽樣 20d,即各機台抽樣數量為 2000條;根據企業內控標準(摩擦痕的判定標準:在晴天日光或室內照明光下,不同光線反射角度, 肉眼可辨的長度超過 5.0mm)對樣品摩擦痕質量缺陷進行統計(缺陷率= 摩擦痕煙條數量/抽查數量× 100  ),結果如表 1所示。由表 1可知,各機台缺陷率均在 40   以上,嚴重影響了產品包裝質量。

原因分析

條外透明紙包裝成型原理

從上遊機輸出的硬條首先被推送至包裝機的第一頂升器上;被剪切成定長並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麵及正麵機械與控製 此該方案不可行。而將與透明紙接觸的麵板改成其他摩擦係數較低的材料,就可以減小兩者之間的摩擦力。

3.1  確定通道麵板材料

通過對諸如高分子塗層、特氟龍塗層、麥粒板等多種材料進行對比,從材料的環保、耐磨、減摩性能及經濟性等方麵進行對比,麥粒板具有諸多優勢。麥粒板表麵呈魚鱗狀突起的曲麵,能減小與條外透明紙的接觸麵積;表 麵透氣性好,可防止與條外透明紙形成真空密合狀態,較 鑄鐵等金屬麵板要好;麥粒板采用醫用級 316不鏽鋼,較的“∩”型折疊;接著中層平台水平推送過程中,在通道上、下平板的約束下完成透明紙背麵長邊和兩端麵的折疊、熱封;隨後被推入第二頂升器,在第二次頂升過程中 完成透明紙兩端麵的熱封;最後在上層平台,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,接觸麵上很多凹凸部分相互齧合。如果一個物體沿接觸麵滑動,兩個接觸麵的凸起部分相碰撞,產生斷裂、摩損。同理,透明紙與鑄鐵板相互接觸並相對運動產生摩擦,硬度低的透明紙表麵會產生較大磨損,出現肉眼可見的摩擦痕。

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,表麵軟,硬度低;而包裝機的通道由鑄鐵加工而成,其材料硬度大,摩擦係數也較高(約為 0.59),條外透明紙在其表麵移動時磨損較大。(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,接觸麵積為 36096mm2;右固定折疊板的摩擦距離為 144mm,接觸麵積為 40608mm2,相對滑動速度為  192mm/s。因此,在摩擦距離、摩擦麵積、摩擦速度的綜合作用下,透明紙表麵產生較大磨損, 出現肉眼可見的摩擦痕。

改進方法

根據滑動摩擦力公式:f=μN,在正壓力 N 一定的情況下,改變相互接觸的透明紙與麵板之間的摩擦係數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。而改變透明紙表麵摩擦係數,勢必會改變透明紙表麵的熱封性能,導致熱封不良的質量隱患,因

特氟龍塗層更加環保;耐磨性能較高分子塗層要高。

具體實施方法是將第一頂升、中層平台、第二頂升、上層平台通道各零件表麵銑去 0.8mm 後,激光焊接厚度為 0.8mm 的麥粒板。

1. 重新設計第一頂升成型結構

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、較大接觸麵積、持續性的相對滑動產生的磨損,創新性地設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麵的麵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。

設計滾輪軸:根據滾輪的裝配要求和設備結構, 滾筒外徑設計為 14mm;軸承選用單列深溝球軸承 628/4,外徑 9mm,內徑 4mm,厚度 3.5mm;軸的直徑 d'選擇為 4mm。

對滾輪軸危險截麵直徑進行校核:由軸的結構及受力可作出受力。

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,由於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。