ZB45包裝機組鋁紙折疊成型質(zhì)量提升的研究與應用

姜建軍 汪 云 鄭以龍

（安徽中煙工業(yè)有限責任公司滁州卷煙廠，安徽 滁州 239000）

0 引言

ZB45 包裝機組鋁紙成型過程中出現(xiàn)的搭扣不對稱、折疊不到位的現(xiàn)象，可以進行如下方面的研究：對內(nèi)襯紙折疊的工作原理進行研究、對內(nèi)襯紙成型模盒進行重新設計、對內(nèi)襯紙折疊成型相關(guān)折疊部件、內(nèi)襯紙偏移檢測器進行重新設計以及確定折疊裝置設計參數(shù)等。

1 技術(shù)方案

1.1 對內(nèi)襯紙折疊的工作原理進行研究

目前ZB45機組采用的內(nèi)襯紙折疊裝置的工作原理如下：內(nèi)襯紙小盒煙包完成“口”型折疊和兩端面一短邊折疊，在輸入三號輪過程中完成兩端面一短邊和兩長邊折疊[1]。對內(nèi)襯紙折疊各工位的折疊動作和參與部件進行分解分析，試驗驗證各折疊部件對鋁箔紙搭扣部位折疊質(zhì)量的影響，并確定關(guān)鍵部位。

1.2 對內(nèi)襯紙成型模盒進行重新設計

對鋁箔紙折疊各工段折疊動作的分析提煉，確定影響鋁箔紙搭扣部位折疊質(zhì)量的關(guān)鍵部件。結(jié)合內(nèi)襯紙折疊的機械原理和成型過程提出設計方案。

1.3 對內(nèi)襯紙折疊成型相關(guān)折疊部件、內(nèi)襯紙偏移檢測器進行重新設計

內(nèi)襯紙的折疊成型動作需要各折疊部件與內(nèi)襯紙模盒配合完成，內(nèi)襯紙模盒尺寸的改變必然要對內(nèi)襯紙折疊的相關(guān)部件進行相應的改變，包括第一短邊折疊器、固定長邊折疊器以及內(nèi)襯紙偏移檢測器等，使內(nèi)襯紙成型的相關(guān)環(huán)節(jié)有一個協(xié)調(diào)配合的過程，保證折疊動作的穩(wěn)定性。

1.4 對折疊裝置設計參數(shù)的確定

先根據(jù)內(nèi)襯紙折疊機構(gòu)的機械原理和成型過程確定初步的設計參數(shù)，包括模盒的形狀和尺寸、折疊器的移動距離以及檢測器的安裝位置等。然后反復試驗，收集整理試驗數(shù)據(jù)并進行統(tǒng)計分析，選取最優(yōu)的參數(shù)組合，形成最終的方案。

2 鋁紙成型分析過程

為了方便區(qū)分，對鋁紙上端部4 個折角進行命名。煙包打開盒蓋后前面2 個折角從左向右分別為第三、第二折角，后面2 個折角從左向右分別為第四、第一折角[2]，如圖1 所示。

圖1 鋁箔紙端面折疊示意圖

該文在日常生產(chǎn)中統(tǒng)計了鋁箔紙端面折疊的質(zhì)量問題，主要表現(xiàn)為搭扣不對稱、第三角折角以及第四角反折等。并對ZB45 包裝機組鋁箔紙折疊成型原理進行研究，如圖2 所示。

圖2 鋁箔紙折疊成型原理圖

一號輪輸送的煙組與裁切好的單張鋁箔紙一起推送進入二號輪的模盒內(nèi)，在工位1 完成鋁箔紙的“U”型折疊，同時旋轉(zhuǎn)折疊器動作，完成一側(cè)的頂、底短邊折疊；在工位2、3，長邊折疊器及圓弧擋板完成鋁箔紙煙包的長邊折疊；當煙包在二號輪模盒內(nèi)順時針運動到工位4 時，煙包靜止，此時頂?shù)淄鈧?cè)短邊折疊器對煙包頂、底外側(cè)短邊進行折疊，第三、四折角短邊折疊在此完成。當煙包運行到工位5 時，上長邊折疊器完成第三、四折角的長邊折疊[3]。

鋁紙在工位4、5 完成第三、四折角的折疊動作，參與第三、四折角折疊動作的部件有二號輪盒模、尼龍爪、頂部外側(cè)短邊折疊器、扶紙器以及上長邊折疊器。分別測試不同折疊部件對鋁紙折疊質(zhì)量的影響。由于二號輪盒模、尼龍爪、上長邊折疊器的規(guī)格及安裝位置是固定的，因此主要試驗驗證頂部外側(cè)短邊折疊器、扶紙器對鋁紙折疊質(zhì)量的影響，并對第四折角的折疊分別進行研究。

其中，扶紙器是鋁紙折疊裝置由活動折疊變?yōu)楣潭ㄕ郫B后，為了提升鋁紙頂、底外側(cè)短邊折疊質(zhì)量而加裝的改進設施。

第三折角折疊質(zhì)量的研究：第三折角的折疊質(zhì)量問題主要表現(xiàn)為第三折角多進行了一次折疊，生產(chǎn)出來的缺陷煙包會在三輪剔除，并顯示“缺拉片”故障。

通過觀察機器運行中的鋁紙折疊過程和手動盤車觀察鋁箔紙端部折疊情況，發(fā)現(xiàn)鋁箔紙第三折角折疊質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的原因為鋁箔紙煙包從二號輪模盒推出進入二進三過渡倉時，端面未折疊的下長邊與二進三導軌發(fā)生干涉，導致此下長邊鋁紙發(fā)生翻折。

進一步觀察研究鋁紙第三折角折疊成型過程，發(fā)現(xiàn)鋁紙頂?shù)淄鈧?cè)短邊折疊器完成折疊動作后，鋁包由工位4 運行到工位5 的過程中，第三折角處的下長邊在扶紙器的作用下有一個向下的折疊動作Z。此折疊動作Z 為多余的動作，不僅對鋁紙的折疊成型毫無作用，還會造成第三折角處的下長邊向下傾斜，進而導致鋁包的下長邊在二進三處與二進三導軌發(fā)生干涉，形成鋁紙翻折的質(zhì)量缺陷。

為了驗證扶紙器對第三折角折疊質(zhì)量的影響，在ZB45包裝機組進行試驗。拆除扶紙器，使機器運行半小時，并與扶紙器正常使用時運行半小時的數(shù)據(jù)進行對比。

在2 種運行狀態(tài)下分別停機10 次，測量鋁包在進入二進三前端面下長邊和水平位置相比的傾斜角度，以期避免在二進三處與導軌發(fā)生干涉，造成鋁紙翻折的質(zhì)量缺陷。

第四折角的折疊質(zhì)量研究：通過盤動設備發(fā)現(xiàn)第四折角在進行外側(cè)短邊折疊過程中共發(fā)生3 種變形，分別為塑性變形、敏彈性變形和滯彈性變形。

通過多次試驗發(fā)現(xiàn)，第四折角折疊質(zhì)量主要受滯彈性變形的變形量的影響。滯彈性變形主要發(fā)生在鋁紙外側(cè)短邊折疊完成后，鋁包由工位4 運行到工位5 的過程中。由于機器運行速度基本不變，滯彈性變形的持續(xù)時間基本一致，因此滯彈性變形的變形量受時間影響不大。在鋁包運行過程中，扶紙器對第四折角有一多余的折疊動作，在此折疊過程中，滯彈性變形受到外力影響且受力方向與變形方向一致，因此造成滯彈性變形的變形量增大，進而造成第四折角折疊質(zhì)量不高。

所以扶紙器的使用提高了鋁箔紙第四折角的折疊質(zhì)量，消除扶紙器對鋁箔紙的折疊動作后，煙包第四折角的折疊質(zhì)量得到了進一步提高。

3 研究應用

通過上述分析，該文決定采取措施并結(jié)合擠壓和反擠壓的原理重新設計模盒擋板及扶紙器等相關(guān)部件，達到提升鋁紙第三、四折角折疊質(zhì)量的目的。

擠壓和反擠壓的原理為在一定壓力作用下使材料產(chǎn)生塑性變形及在材料本身反彈作用下使包裝材料具備一定形狀和尺寸的過程。

為了有效利用擠壓與反擠壓原理進行設計，決定將二號輪模盒改造為與折疊器共同對鋁箔紙進行擠壓，在二號輪盒模前端面上位于鋁紙成型槽的兩側(cè)分別設計向前凸出的擠壓擋板，擠壓擋板內(nèi)側(cè)與鋁紙成型槽側(cè)壁相平齊。擠壓擋板隨鋁紙成型盒模一起轉(zhuǎn)動，既避免了原來的扶紙器會折疊鋁紙長邊的缺陷，又實現(xiàn)了對鋁紙長邊的支撐定位作用，保證了鋁紙的折疊質(zhì)量，如圖3 所示。

圖3 二號輪模盒改進示意圖

安裝擋板的二號輪模盒要隨二號輪一起順時針運動。如果擋板過長，會與二號輪外側(cè)的短邊折疊器連桿、鋁紙偏移檢測器支架以及上長邊折疊器發(fā)生干涉?？紤]擠壓擋板高度越高對鋁紙的支撐定位作用越好，將上長邊折疊器與二號輪模盒擠壓擋板發(fā)生干涉的部位切割一豁口，豁口尺寸根據(jù)二號輪模盒擋板的尺寸來確定，如圖4 所示。

圖4 長邊固定折疊器改進示意圖

在運行過程中，上長邊固定折疊器必然與改進后的二號輪模盒上的擠壓擋板發(fā)生干涉。為了防止出現(xiàn)這樣的干涉，該文對短邊折疊器連桿、鋁紙偏移檢測器支架進行了改造，如圖5、圖6 所示。

圖5 短邊折疊器連桿改造前后實物對比圖

圖6 檢測器支架改造前后實物對比圖

改造后的試驗發(fā)現(xiàn)，上長邊固定折疊器上的豁口、擋板均不能與鋁包邊沿平齊，造成了折疊質(zhì)量缺陷，所以擋板尺寸需要改進。如圖7 所示。

圖7 擋板改進前后結(jié)構(gòu)示意圖（mm）

改進后，擋板為5mm×5mm 的正方形，根據(jù)擋板的新尺寸改造上長邊折疊器，如圖8 所示。

圖8 改進后二輪模盒及固定折疊器實物圖

4 效果驗證

在ZB45 包裝機組逐一安裝改進后的固定折疊器、旋轉(zhuǎn)折疊器連桿以及鋁箔紙偏移檢測器支架等部件，運行機器，并對生產(chǎn)出的煙包進行質(zhì)量檢驗。運行結(jié)果顯示，機器運行平穩(wěn)且對鋁紙折疊質(zhì)量無不良影響。

在設備平穩(wěn)運行狀態(tài)下，每半小時抽樣1 次，共抽取5次樣品，每次100 包，檢查煙包鋁紙端面折疊質(zhì)量，統(tǒng)計有無搭口不對稱、第三角折角以及第四角反折等缺陷煙包，統(tǒng)計結(jié)果見表1。

表1 缺陷煙包數(shù)量抽樣統(tǒng)計表

可以看出，改進后的設備運行平穩(wěn)，鋁紙端面折疊質(zhì)量得到了明顯提高。

煙包內(nèi)鋁箔紙折疊平整度提高，商標紙包裝方正，有利于小包透明紙的裹包成型，煙包密封度也得到了提升。改進前后的小盒密封度檢測數(shù)據(jù)見表2。

表2 改進前后小盒密封度

統(tǒng)計結(jié)果顯示，改進后煙包的小盒密封度得到了提高，對煙支起到了更好的密封作用。密封度的提高對煙支防潮、防霉變、隔絕外部異味、保持香氣和保潤增香均起到了良好的促進作用，提升了產(chǎn)品的內(nèi)在品質(zhì)。

5 結(jié)語

該文從機械設計的角度對內(nèi)襯紙折疊成型系統(tǒng)進行了分析，確定了扶紙器這一主要影響因素，并制定了改進方案。實施后鋁紙搭扣部位無質(zhì)量問題，無折疊不對稱、不到位的煙包，提高了鋁紙的折疊質(zhì)量，成功解決了環(huán)保轉(zhuǎn)移鋁紙在折疊過程中鋁紙端面折疊的質(zhì)量問題，提升了產(chǎn)品質(zhì)量，提高了產(chǎn)品的美譽度。

該文設計了一套改進型包裝機鋁紙成型裝置，具有結(jié)構(gòu)簡潔、可靠性高、維護方便以及改造成本低等優(yōu)勢，較好地解決了環(huán)保鋁紙搭扣部位折疊質(zhì)量問題，具有良好的推廣性。