周福儒 施友志 賀 韌 張 寧

(湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司三峽卷煙廠，湖北 宜昌 443100)

YB95A型條外透明紙包裝機(jī)是20世紀(jì)90年代由意大利G.D公司開(kāi)發(fā)、上海煙機(jī)廠引進(jìn)的卷煙包裝輔機(jī)，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(jī)型[1-2]。然而，在生產(chǎn)過(guò)程中該機(jī)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(chǎng)和消費(fèi)者對(duì)產(chǎn)品包裝質(zhì)量要求的不斷提高，這一問(wèn)題已經(jīng)引起了中國(guó)卷煙生產(chǎn)廠家的廣泛關(guān)注和重視，但目前均無(wú)比較成熟的解決方案。本研究擬對(duì)YB95A型條外透明紙包裝機(jī)的成型通道進(jìn)行改進(jìn)，在通道表面焊接麥粒板，并對(duì)第一頂升成型結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以期有效解決條外透明紙摩擦痕的產(chǎn)品質(zhì)量缺陷。

1 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(duì)YB95A型條外透明紙包裝機(jī)進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)：各機(jī)臺(tái)每天從上午8點(diǎn)開(kāi)始連續(xù)抽樣10 h，每小時(shí)隨機(jī)抽取10條，于2018年7月1～20日連續(xù)抽樣20 d，即各機(jī)臺(tái)抽樣數(shù)量為2 000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(zhǎng)度超過(guò)5.0 mm)對(duì)樣品摩擦痕質(zhì)量缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(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(jī)臺(tái)缺陷率均在40%以上，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品包裝質(zhì)量。

2 原因分析

2.1 條外透明紙包裝成型原理

如圖1所示，從上游機(jī)輸出的硬條首先被推送至包裝機(jī)的第一頂升器上；被剪切成定長(zhǎng)并粘有拉帶的透明紙同時(shí)被鉗送到硬條盒的上方；第一次頂升過(guò)程中，條外透明紙?jiān)谧?、右固定折疊板的夾持下完成兩側(cè)面及正面的“∩”型折疊；接著中層平臺(tái)水平推送過(guò)程中，在通道上、下平板的約束下完成透明紙背面長(zhǎng)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(guò)程中完成透明紙兩端面的熱封；最后在上層平臺(tái)，包裝好透明紙的條盒由推板推至輸出通道，完成整個(gè)包裝過(guò)程[3-5]。

表1 摩擦痕質(zhì)量缺陷檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)Table 1 The rate of carton film with friction marks

1.硬條盒 2.透明紙塊 3.第一次頂升 4.中層平臺(tái) 5.第二次頂升 6.上層平臺(tái) 7.右折疊板 8.左折疊板 9.第一頂升器
圖1 條外透明紙包裝成型工藝流程及第一頂升通道示意圖
Figure 1 The technological process of carton film packer and the first lifting structure

2.2 條外透明紙摩擦痕形成原因

兩個(gè)物體接觸擠壓時(shí)，接觸面上很多凹凸部分相互嚙合。如果一個(gè)物體沿接觸面滑動(dòng)，兩個(gè)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(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦，硬度低的透明紙表面會(huì)產(chǎn)生較大磨損，出現(xiàn)肉眼可見(jiàn)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(dòng)力施予，通過(guò)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)目前條外透明紙采用的是BOPP雙向拉伸聚丙烯薄膜，其密度較小，表面軟，硬度低；而YB95A包裝機(jī)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?jiān)谄浔砻嬉苿?dòng)時(shí)磨損較大[6-8]。

(2)條外透明紙?jiān)诘谝淮雾斏^(guò)程中與左固定折疊板摩擦距離為128 mm，接觸面積為36 096 mm2；右固定折疊板的摩擦距離為144 mm，接觸面積為40 608 mm2，相對(duì)滑動(dòng)速度為192 mm/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(jiàn)的摩擦痕。

3 改進(jìn)方法

根據(jù)滑動(dòng)摩擦力公式：f=μN(yùn)，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(dá)到減少摩擦痕的目的。而改變透明紙表面摩擦系數(shù)，勢(shì)必會(huì)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(guò)對(duì)諸如高分子涂層、特氟龍涂層、麥粒板等多種材料進(jìn)行對(duì)比，從材料的環(huán)保、耐磨、減摩性能及經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行對(duì)比，麥粒板具有諸多優(yōu)勢(shì)。麥粒板表面呈魚(yú)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(jí)316不銹鋼，較特氟龍涂層更加環(huán)保；耐磨性能較高分子涂層要高。

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

3.2 重新設(shè)計(jì)第一頂升成型結(jié)構(gòu)

為解決條外透明紙?jiān)诘谝豁斏郫B通道成型過(guò)程中因較長(zhǎng)距離位移、較大接觸面積、持續(xù)性的相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生的磨損，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)了條外透明紙滾動(dòng)折疊成型新方式，將條外透明紙與通道表面的面接觸改進(jìn)為與滾輪外緣的線接觸，減小兩者的相對(duì)位移距離和摩擦力。

(1)設(shè)計(jì)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(jì)為14 mm；軸承選用單列深溝球軸承628/4，外徑9 mm，內(nèi)徑4 mm，厚度3.5 mm；軸的直徑d′選擇為4 mm。

(2)對(duì)滾輪軸危險(xiǎn)截面直徑進(jìn)行校核：由軸的結(jié)構(gòu)及受力可作出受力圖，如圖2所示。

a.水平受力方向軸的左支承點(diǎn)b.水平受力方向軸的右支承點(diǎn)c.豎直受力方向軸的左支承點(diǎn)d.豎直受力方向軸的右支承點(diǎn)
圖2 滾輪軸受力圖
Figure 2 The roller shaft force diagram

軸所受彎矩M=Mh1=5.09×10-3N·m，扭矩T=0，W=πd3/32≈0.1d3，軸的材料為調(diào)質(zhì)處理的45#鋼，其許用彎曲應(yīng)力為[σ-1]=60 MPa，計(jì)算出d≥2.04 mm。實(shí)際滾輪軸的直徑d′=4 mm>d，軸的直徑設(shè)計(jì)滿(mǎn)足實(shí)際使用要求。

為進(jìn)一步降低滾輪和折疊板對(duì)透明紙的損傷，將透明紙的摩擦磨損降到最低，在滾輪表面和整個(gè)折疊板上噴涂一層0.6 mm厚度的納米材料，能夠在滾輪表面和折疊板表面形成爽滑的保護(hù)層。

按照?qǐng)D3進(jìn)行滾輪的裝配，改進(jìn)后的第一頂升折疊成型通道如圖4所示，在左、右折疊板座體上嵌入滾輪組，且滾輪外緣高于座體表面。在第一頂升過(guò)程中，條盒始終受到左右滾輪的夾持平穩(wěn)上升，而透明紙向上移動(dòng)時(shí)只與由左、右折疊板座體共同組成的“∩”形成型通道的滾輪組外緣接觸，在折疊過(guò)程中不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)。

4 應(yīng)用效果及分析

為驗(yàn)證改進(jìn)效果，對(duì)改進(jìn)后的條外透明紙包裝機(jī)進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)：各機(jī)臺(tái)每天從上午8點(diǎn)開(kāi)始連續(xù)抽樣10 h，每小時(shí)隨機(jī)抽取10條，于2018年10月9～28日連續(xù)抽樣20 d，即各機(jī)臺(tái)抽樣數(shù)量為2 000條；根據(jù)企業(yè)內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)對(duì)樣品摩擦痕質(zhì)量缺陷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，條外透明紙摩擦痕缺陷率平均值由改進(jìn)前的49.21% 降低到改進(jìn)后的3.49%，改進(jìn)效果在實(shí)踐中得到了有力驗(yàn)證，有效改善了煙條外觀質(zhì)量。

1.輥軸座 2.軸承 3.滾筒 4.輥軸圖3 滾輪裝配示意圖Figure 3 The assembly diagram of the roller shaft

1.左折疊板座體 2.滾輪 3.右折疊板座體 4.透明紙 5.條盒 6.第一頂升器
圖4 改進(jìn)后的左右折疊板和第一頂升通道
Figure 4 The improved folding plate and the first lifting structure

表2 改進(jìn)后摩擦痕質(zhì)量缺陷檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)Table 2 The rate of carton film with friction marks when improved

5 結(jié)論

本文研究了YB95A型條外透明紙包裝機(jī)成型通道的改進(jìn)，應(yīng)用結(jié)果表明，通過(guò)改變通道表面材料及結(jié)構(gòu)，可有效減少條透明摩擦痕。與以往僅通過(guò)原輔材料的工藝研究來(lái)改善條透明摩擦痕問(wèn)題相比，此次改進(jìn)方案在成型通道結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行了有益探索，為后續(xù)改進(jìn)和解決小盒商標(biāo)紙、骨架紙、盒外透明紙、條盒等一系列包裝材料的摩擦痕質(zhì)量缺陷探索出一種新思路和新方法，具有較好的實(shí)用性和推廣價(jià)值。在實(shí)際應(yīng)用中，由于透明紙表面抗粘劑不斷脫離，并在麥粒板凹陷處持續(xù)累積，必須通過(guò)定時(shí)保養(yǎng)方能維持效果，后續(xù)可在麥粒板凹陷處設(shè)置負(fù)壓孔，將抗粘劑顆粒吸除或者加裝透明紙清潔裝置，以期徹底解決這一問(wèn)題。