条外透明纸包装机是 20世纪 90年代由意大利某公司开发、上海烟机厂引进的卷烟包装辅机,主要用于完成卷烟条外透明纸的折叠成型、热封等包装工序,是烟草行业内主流的包装机型。然而,在生产过程中该机型生产的卷烟经常出现条外透明纸摩擦痕的产品缺陷,随着市场和消费者对产品包装质量要求的不断提高,这一问题已经引起了中国卷烟生产厂家的广泛关注和重视,但目前均无比较成熟的解决方案。本研究拟对条外透明纸包装机的成型通道进行改进,在通道表面焊接麦粒板,并对第一顶升成型结构进行重新设计,以期有效解决条外透明纸摩擦痕的产品质量缺陷。

现状调查

为了解和掌握条外透明纸摩擦痕质量缺陷的具体情况,对条外透明纸包装机进行抽样检验:各机台每天从上午 8点开始连续抽样  10h,每小时随机抽取 10条,于 2018年 7月  1~ 20日连续抽样 20d,即各机台抽样数量为 2000条;根据企业内控标准(摩擦痕的判定标准:在晴天日光或室内照明光下,不同光线反射角度, 肉眼可辨的长度超过 5.0mm)对样品摩擦痕质量缺陷进行统计(缺陷率= 摩擦痕烟条数量/抽查数量× 100  ),结果如表 1所示。由表 1可知,各机台缺陷率均在 40   以上,严重影响了产品包装质量。

原因分析

条外透明纸包装成型原理

从上游机输出的硬条首先被推送至包装机的第一顶升器上;被剪切成定长并粘有拉带的透明纸同时被钳送到硬条盒的上方;第一次顶升过程中,条外 透明纸在左、右固定折叠板的夹持下完成两侧面及正面机械与控制 此该方案不可行。而将与透明纸接触的面板改成其他摩擦系数较低的材料,就可以减小两者之间的摩擦力。

3.1  确定通道面板材料

通过对诸如高分子涂层、特氟龙涂层、麦粒板等多种材料进行对比,从材料的环保、耐磨、减摩性能及经济性等方面进行对比,麦粒板具有诸多优势。麦粒板表面呈鱼鳞状突起的曲面,能减小与条外透明纸的接触面积;表 面透气性好,可防止与条外透明纸形成真空密合状态,较 铸铁等金属面板要好;麦粒板采用医用级 316不锈钢,较的“∩”型折叠;接着中层平台水平推送过程中,在通道上、下平板的约束下完成透明纸背面长边和两端面的折叠、热封;随后被推入第二顶升器,在第二次顶升过程中 完成透明纸两端面的热封;最后在上层平台,包装好透明纸的条盒由推板推至输出通道,完成整个包装过程。

1. 条外透明纸摩擦痕形成原因

两个物体接触挤压时,接触面上很多凹凸部分相互啮合。如果一个物体沿接触面滑动,两个接触面的凸起部分相碰撞,产生断裂、摩损。同理,透明纸与铸铁板相互接触并相对运动产生摩擦,硬度低的透明纸表面会产生较大磨损,出现肉眼可见的摩擦痕。

由包装成型原理可知,条外透明纸的折叠成型,是经不同工位的动力施予,通过通道的连接和输送依次完成的。由此推断,造成条透明纸摩擦痕的原因主要有两种: (1)目前条外透采用的是 BOPP双向拉伸聚丙烯薄膜,其密度较小,表面软,硬度低;而包装机的通道由铸铁加工而成,其材料硬度大,摩擦系数也较高(约为 0.59),条外透明纸在其表面移动时磨损较大。(2)条外透明纸在第一次顶升过程中与左固定折叠板摩擦距离为 128mm,接触面积为 36096mm2;右固定折叠板的摩擦距离为 144mm,接触面积为 40608mm2,相对滑动速度为  192mm/s。因此,在摩擦距离、摩擦面积、摩擦速度的综合作用下,透明纸表面产生较大磨损, 出现肉眼可见的摩擦痕。

改进方法

根据滑动摩擦力公式:f=μN,在正压力 N 一定的情况下,改变相互接触的透明纸与面板之间的摩擦系数μ,就能够改变两者之间的摩擦力 f,减小透明纸的磨损,达到减少摩擦痕的目的。而改变透明纸表面摩擦系数,势必会改变透明纸表面的热封性能,导致热封不良的质量隐患,因

特氟龙涂层更加环保;耐磨性能较高分子涂层要高。

具体实施方法是将第一顶升、中层平台、第二顶升、上层平台通道各零件表面铣去 0.8mm 后,激光焊接厚度为 0.8mm 的麦粒板。

1. 重新设计第一顶升成型结构

为解决条外透明纸在第一顶升折叠通道成型过程中因较长距离位移、较大接触面积、持续性的相对滑动产生的磨损,创新性地设计了条外透明纸滚动折叠成型新方式,将条外透明纸与通道表面的面接触改进为与滚轮外缘的线接触,减小两者的相对位移距离和摩擦力。

设计滚轮轴:根据滚轮的装配要求和设备结构, 滚筒外径设计为 14mm;轴承选用单列深沟球轴承 628/4,外径 9mm,内径 4mm,厚度 3.5mm;轴的直径 d'选择为 4mm。

对滚轮轴危险截面直径进行校核:由轴的结构及受力可作出受力。

由前期试验得出FN= 9.8N(实测烟条不变形情况下最大挤紧力,即水平方向上的正压力),FN'= 1.8N(实测竖直方向上的摩擦力)。F1N、F2N表示正压力作用在轴上点 1、2(滚轴轴承处)的两个分力,由于正压力是均布在滚轴上的,故 F1N和 F2N大小相等,方向与正压力方向相同, F1N与 F2N的和与正压力 FN相等,即 F1N=F2N=FN/2= 4.9N。