包裝機內袋成型機構的設計及理論分析

鄧援超，陳 華

（湖北工業大學機械工程學院，湖北 武漢430068）

包裝袋翻邊成型機構是包裝機械的重要組成部分.常見包裝機成型機構的翻邊成型方式包括：連續導軌翻邊成型、漸變導軌翻邊成型、導向輪翻邊成型等［1］.不同的翻邊整形方式分別針對不同包裝袋的翻邊要求，但從現有的文獻來看，尚無就包裝袋的漸變導軌翻邊成型裝置進行的理論分析.

1 漸變導軌翻邊成型裝置工作原理

漸變導軌翻邊成型裝置主要由導向機構、牽引機構、成型機構和固定壓平機構等組成［2］，其中的關鍵機構為成型機構.在包裝袋翻邊成型過程中，首先導向機構將待翻邊的包裝袋導入成型機構的入口處，接著牽引機構抓住袋子中間位置，沿著導軌方向，經過成型機構進行多次漸變.成型機構設計中，通常使用漸變整形機構有兩次漸變導軌翻邊和四次漸變導軌翻邊［3］，本文以常用的四次漸變為例進行分析.在四次漸變的成型機構中，每次漸變角度呈45°，在經過翻邊的袋子退出導軌時，兩側邊翻起接近180°，最后通過壓平機構定型，從而完成全部翻邊整形的動作［2］.整個翻邊整形過程中，主動拉力、漸變角度、漸變次數以及內袋運動速度等因素影響翻邊成型的效果.

四次漸變翻邊機構，每次漸變45°（圖1）.漸變的順序程度與斜邊角度α1，α2，α3，α4有關，而α1，α2，α3，α4的確定分別與ι1，ι2，ι3，ι4，h1，h2，h3，h4有關.斜邊角度α為ι與h的夾角.同時，傾斜角α1，α2，α3，α4的確定取決于袋子的材料性質和袋子運動的速度.塑料薄膜袋和硬紙質袋子在同一成型機構中，硬質紙袋更容易實現高效翻邊.塑料薄膜材料的袋子使用的塑料薄膜較為柔軟，在翻邊整形過程中，容易變形，因此傾斜角α1，α2，α3，α4須通過具體的材質來確定.

圖1 包裝機成型機構

2 漸變導軌的分析

圖2 包裝機成型機構A向示意圖

如圖2所示，已知要求內袋要能順利通過成型機構，使得內袋翻邊（180°翻邊），因此要求導軌間隙δ1、δ2、δ3不宜過小，否則待翻邊的包裝袋可能出現卡死狀態.例如：塑料薄膜袋的厚度為0.06mm，紙袋厚度為0.06mm，塑料薄膜與紙的雙層袋的厚度為0.06＋0.06＝0.12（mm），但δ1、δ2、δ3絕對應比上述厚度大.間隙的大小與袋子的材質、成型機構的制作精度和表面光潔度有關，需通過試驗確定.

3 主動力分析

如圖3所示：F為主動拉力，S為袋子翻邊折痕到袋子中心的距離.包裝袋材料的力學性質，與漸變角度（α1，α2，α3，α4），以及包裝袋的運動速度V之間存在聯系.主動拉力F主要受漸變角度α1，α2，α3，α4以及袋子運動速度V影響.尺寸由袋子的袋口大小決定.在不影響翻邊效率的基礎上，應選擇合適的S.一般來講，S的值越小，翻邊成型的效率越高，效果越好.

圖3 包裝袋B向受主動拉力過程示意圖

4 漸變角度分析

圖3、4中：α為漸變角，β為傾斜斜邊與Z軸的夾角.

圖6 β＝90°時內袋與漸變導軌的夾角

而

當β＝90°時，如果忽略漸變板的厚度，

因此

將式（1）對x求導可得：

由

可知：隨著x值越大越小.因此，當x∈ ［0，l］時，可以得到x＝0時的極值.

當β＝45°時，

由式（3）可得出

式（4）兩邊對x求導可得

由式（5）可知：隨著x增大逐漸減小.因此，當x∈［0，l］時，可以得到x＝0時的極值：

綜上所述，同樣在x＝0處，出現了角度變化的最大值，同時此處受力最大，也限制了包裝袋的運動速度v.而漸變程度的最大值與漸變角度α和δ3有關.

當α增大，δ3減小時增大；當α減小，

因此，δ3值既不能太小也不能太大，應該使δ3先大，然后變小，襯板設計如圖7所示，即δ3從逐漸變為

圖7 B向示意圖

5 結論

使用四次漸變導軌整形機構，經過反復的試驗，該機構可以順利而準確地將包裝袋翻邊成型，滿足包裝袋包裝過程中翻邊整形的一般要求.經過試驗可知，四次漸變整形機構對于小翻邊具有極大優勢，而對于大翻邊，由于其總長l很大，因此使用導向輪翻邊更為合適.

［1］許林成.包裝機械［M］.長沙：湖南大學出版社，1989.

［2］孫鳳蘭，馬喜川.包裝機械概論［M］.北京：印刷工業出版社，2005：233－234.

［3］潘松年，戴宏民，許文才.包裝工藝學［M］.北京：印刷工業出版社，2007.