斯托拿FBR104 型燙金機(jī)燙印電化鋁張力系統(tǒng)改造

付海軍

（湖南楠海科技有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410100）

0 引言

湖南楠海科技有限公司（下文簡(jiǎn)稱“公司”）2007 年引進(jìn)了德國(guó)斯托拿FBR104 型單張圓壓圓燙金機(jī)，給煙包印刷的工藝流程和燙印質(zhì)量帶來(lái)了質(zhì)的飛躍，增強(qiáng)了企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。圓壓圓熱燙金技術(shù)在煙草、乳制品、化妝品等行業(yè)的包裝領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)和材料的進(jìn)步，圓壓圓熱燙技術(shù)因其獨(dú)特的生產(chǎn)工藝，在大面積全息燙金和精細(xì)圖文燙金領(lǐng)域相對(duì)于傳統(tǒng)的平壓平燙金有無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)。它的燙印套印精度偏差僅為±0.2 mm，速度可以達(dá)到8500 張/小時(shí)。由于其電化鋁跳步程序的特性，使得全息燙印中電化鋁箔帶的光標(biāo)可以單獨(dú)識(shí)讀、單獨(dú)定位。全息電化鋁箔帶跳步精確、燙印表面的壓力勻稱，使電化鋁浪費(fèi)消耗少，全息燙金表面光澤效果好。在公司芙蓉王系列產(chǎn)品燙金工藝生產(chǎn)中，斯托拿FBR104 型燙金機(jī)是主力燙金生產(chǎn)設(shè)備之一。

但是，隨著燙金設(shè)備的磨損，電化鋁箔帶走線張力穩(wěn)定性下降，導(dǎo)致全息識(shí)讀和定位精度降低，燙印生產(chǎn)過(guò)程中頻繁出現(xiàn)報(bào)警停機(jī)。斯托拿燙金機(jī)每次停開機(jī)，機(jī)臺(tái)人員必須重新加上過(guò)版紙，調(diào)節(jié)燙金溫度和壓力，造成燙印生產(chǎn)效率降低，造成印刷半成品和全息電化鋁的消耗增大、機(jī)臺(tái)人員生產(chǎn)勞動(dòng)強(qiáng)度增加。在整個(gè)煙包印刷工藝的生產(chǎn)調(diào)度上，斯托拿FBR104型燙金機(jī)已成為工藝瓶頸。隨著公司大數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)智能化工廠建設(shè)的推進(jìn)，對(duì)斯托拿FBR104 型燙金機(jī)的技術(shù)改造需求更加迫切。

根據(jù)全息燙金生產(chǎn)的實(shí)際情況，經(jīng)多次全息電化鋁箔帶跳步的測(cè)試，可以排除電化鋁本身的檢測(cè)光標(biāo)問題，認(rèn)為全息電化鋁箔帶識(shí)讀和套準(zhǔn)定位報(bào)警停機(jī)的主要原因是電化鋁箔帶走線張力系統(tǒng)不穩(wěn)定。

1 存在的問題

1.1 吹氣微孔堵塞

原斯托拿燙金機(jī)導(dǎo)金桿內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用特殊工藝制成空心軸，其導(dǎo)金桿內(nèi)部腔體有蜂窩狀通孔，內(nèi)部一端采用機(jī)械式密封，另一端安裝快速氣管接頭并通入壓縮空氣。在電化鋁箔帶走線過(guò)程中，電化鋁箔帶懸浮在導(dǎo)金桿上，以便減少摩擦，使電化鋁箔帶走線更加順暢。但是在實(shí)際燙印生產(chǎn)過(guò)程中，由于電化鋁箔帶上的金粉掉落和機(jī)器上的油污進(jìn)入導(dǎo)金桿內(nèi)部，形成了硬度較大的金屬渣，堵塞了其中的微孔，導(dǎo)致導(dǎo)金桿內(nèi)部腔體吹氣不足。同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間工作使導(dǎo)金桿上的微孔發(fā)生磨損，導(dǎo)致其作用大大降低。因此，電化鋁箔帶走線過(guò)導(dǎo)金桿位置時(shí)的摩擦力變大，導(dǎo)致全息電化鋁箔帶張力變化，識(shí)讀和套準(zhǔn)定位精度下降，報(bào)警停機(jī)的次數(shù)增加。

1.2 跳步軸磨損

電化鋁箔帶跳步軸機(jī)構(gòu)組成主要分為兩層：一層是直徑為Φ52.50 mm 鋁合金內(nèi)腔，其內(nèi)部排列蜂窩狀的通孔；一層是包裹在鋁合金內(nèi)腔上厚度為3.5 mm的橡膠層。電化鋁箔帶走線時(shí)，跳步軸內(nèi)部采用負(fù)壓吸氣，電化鋁箔帶始終吸附在跳步軸上。由于生產(chǎn)工藝的位置要求，跳步軸電化鋁箔帶走線區(qū)域橡膠層磨損比較嚴(yán)重。原燙金機(jī)電化鋁跳步軸設(shè)計(jì)直徑為Φ64.00 mm，而實(shí)際測(cè)量跳步軸的直徑為Φ61.60 mm，偏差值為-2.40 mm。這就導(dǎo)致全息電化鋁箔帶跳步步長(zhǎng)變小，電化鋁箔帶的走線和燙金輥的速度配合出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致全息燙印電化鋁箔帶走線的光標(biāo)檢測(cè)精度降低，套印位置隨機(jī)誤差增大。

1.3 全息燙印過(guò)程電化鋁箔帶走線反拉起皺

隨著燙金機(jī)工況條件不斷下降，全息燙印電化鋁箔帶走線反拉的過(guò)程中由于電化鋁突然反向，導(dǎo)致電化鋁走線變向起皺。以燙印煙標(biāo)條盒為例，印品紙幅740 mm×608 mm，燙印個(gè)數(shù)為4 個(gè)，燙印機(jī)速為3500 張/小時(shí)，燙印壓力1.74 mm。全息電化鋁箔帶寬度86 mm，標(biāo)距為59 mm，標(biāo)寬為3 mm。全息電化鋁箔帶正向走線由電化鋁箔帶放卷架→放卷吸風(fēng)風(fēng)道→跳步軸→正向拉箔輥→收卷吸風(fēng)風(fēng)道→電化鋁箔帶架收卷，形成電化鋁箔帶走線張力系統(tǒng)。但是，全息燙印反向拉箔張力系統(tǒng)中缺乏反向拉箔輥，造成全息電化鋁箔帶反向走線起皺，導(dǎo)致全息電化鋁箔走線張力不穩(wěn)，箔帶光標(biāo)識(shí)讀隨機(jī)誤差超過(guò)±0.2 mm，多次檢測(cè)通不過(guò)而報(bào)警停機(jī)。

2 改進(jìn)措施

2.1 電化鋁箔帶走線導(dǎo)金桿清洗和修復(fù)

燙金機(jī)導(dǎo)金桿的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為空心的腔體，其表面微孔磨損或被金屬渣堵塞。將所有的導(dǎo)金桿（Φ34.00 mm）放置在超聲波裝置內(nèi)清洗，清洗時(shí)間設(shè)置為2 h。超聲波清洗后，用壓縮空氣對(duì)電化鋁箔帶導(dǎo)金桿內(nèi)部的金屬殘?jiān)M(jìn)行清除，并且噴涂WD40 除銹潤(rùn)滑。對(duì)所有導(dǎo)金桿進(jìn)行測(cè)量，其中直徑小于Φ33.80 mm 的導(dǎo)金桿導(dǎo)金薄壁上的微孔基本磨損掉，失去微孔吹氣的效果，因此必須更換。同時(shí)對(duì)導(dǎo)金桿上電化鋁定位卡環(huán)進(jìn)行清潔，并將卡環(huán)的位置統(tǒng)一，從而保證電化鋁箔帶走線在同一條直線上。

2.2 燙印跳步軸國(guó)產(chǎn)化改造

斯托拿燙金機(jī)燙印跳步軸原廠配件十分昂貴，本文在不降低質(zhì)量和速度的前提下，以性價(jià)比更高的國(guó)產(chǎn)替代方案完成設(shè)備的升級(jí)改造。對(duì)電化鋁箔帶跳步軸進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造加工。跳步軸直徑為64.00 mm，跳步軸內(nèi)部制作分為兩層，內(nèi)層為5.5 mm 的鋁筒，鋁筒內(nèi)徑為50 mm；外層采用食品級(jí)硅膠5 mm 包裹制成，跳步軸上均勻布有貫通內(nèi)外層的吸風(fēng)孔，吸風(fēng)孔的直徑為0.5 mm，圓周孔距和軸向孔距分別為12.55 mm和3 mm，圓周開孔數(shù)量為14 個(gè)。同時(shí)，電化鋁箔帶跳步軸裝配前進(jìn)行拋光打磨處理。

2.3 加裝反向走線拉箔輥

根據(jù)斯托拿燙金機(jī)全息燙印電化鋁箔帶走線原理如圖1 所示。電化鋁箔帶正向走線由放箔架放箔（伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)），經(jīng)吸頂風(fēng)扇將電化鋁箔帶吸入放卷吸風(fēng)風(fēng)道內(nèi)，電化鋁箔帶在風(fēng)道內(nèi)的高度由SICK 光電開關(guān)檢測(cè)，出吸風(fēng)風(fēng)道經(jīng)導(dǎo)金桿漲緊后，由跳步軸驅(qū)動(dòng)，過(guò)反向拉箔輥后進(jìn)入燙金輥筒和燙印壓力輥之間，由正向拉箔輥帶入收卷吸風(fēng)風(fēng)道，最后廢箔由收箔架收卷。

圖1 鋁箔帶走線原理

全息燙印電化鋁箔帶的走線為往返式拉扯跳步動(dòng)作。因?yàn)殡娀X箔帶走線變向時(shí)缺乏輔助拉力，導(dǎo)致電化鋁箔帶反向跳步時(shí)出現(xiàn)起皺現(xiàn)象。為解決這個(gè)缺陷，在原有電化鋁箔帶走線的基礎(chǔ)上，加裝一根電化鋁箔帶反向拉輥，使電化鋁箔帶反向跳步在反向輥的輔助拉力作用下始終處于拉緊的狀態(tài)。這樣避免了電化鋁箔帶反向起皺，有效改善大小燙印面積的電化鋁箔帶走線張力控制。

2.3.1 反向拉輥安裝

采用磁力鉆在燙金機(jī)機(jī)座上鉆孔，將反拉輥?zhàn)影惭b在機(jī)架上。反向拉輥的直徑為Φ68.00 mm，由變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)橡膠壓輪的摩擦力驅(qū)動(dòng)電化鋁。通過(guò)控制系統(tǒng)發(fā)出的合壓信號(hào)控制壓輪氣缸電磁閥，進(jìn)而控制壓輪合壓。跳步壓輥采用食品級(jí)硅膠制成，在保證摩擦力的同時(shí)保證燙金鍍鋁膜不會(huì)與跳步輥發(fā)生相對(duì)位移，從而保證套印精度。

2.3.2 電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)反拉輥的電氣控制系統(tǒng)（圖2），通過(guò)空氣開關(guān)Q1、接觸器K1 和相序保護(hù)器K2，給變頻器提供380 V電源，由三菱FX5s-30MT/ES PLC 輸出端Y05 給出啟動(dòng)信號(hào)，控制中間繼電器KA1 的常開觸點(diǎn)吸合，給變頻器提供啟動(dòng)信號(hào)。變頻器的輸出頻率由4～20 mA模擬信號(hào)控制，模擬信號(hào)由燙金輥上的加裝歐姆龍E6B2-CWZ1X 增量型（NPN）編碼器的信號(hào)反饋給出。

圖2 反拉輥電氣控制

2.3.3 變頻器參數(shù)設(shè)置

主頻率輸入來(lái)源p00=02（模擬量4～20 mA）；運(yùn)轉(zhuǎn)信號(hào)來(lái)源設(shè)定p01=01（運(yùn)轉(zhuǎn)指令由外部端子控制）；電機(jī)停機(jī)方式指令p02=00（以減速剎車停止）；最高可操作頻率p03=60（頻率上限為60 Hz）；輸出頻率上限p36=60（Hz）；輸出頻率下限p37=0（Hz）；多功能輸入端子p38=00（M0：正轉(zhuǎn)/停止；M1：反轉(zhuǎn)/停止）。

2.4 電化鋁箔帶走線反拉輥控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）基準(zhǔn)速度采集：連線控制系統(tǒng)基于三菱FX5s-30MT/ES PLC，通過(guò)采集燙金機(jī)的燙金輥速度信號(hào)作為整機(jī)速度基準(zhǔn)，同時(shí)采集設(shè)備紙張走紙實(shí)時(shí)運(yùn)行速度，以保證設(shè)備運(yùn)行時(shí)序的統(tǒng)一。

（2）電化鋁走線邏輯安全控制：系統(tǒng)采集燙金的開停機(jī)信號(hào)，對(duì)后道跳步軸發(fā)出相關(guān)指令，以保證反拉輥和主機(jī)的開停機(jī)邏輯嚴(yán)格一致。系統(tǒng)同時(shí)采集燙金主機(jī)的開機(jī)、報(bào)警等相關(guān)信號(hào)，在出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)向燙金主機(jī)發(fā)出相應(yīng)信號(hào)，以保證整機(jī)生產(chǎn)過(guò)程的安全性。

（3）電化鋁箔帶張力控制：通過(guò)采集儲(chǔ)料單元的反饋數(shù)據(jù)，系統(tǒng)對(duì)電化鋁箔帶走線控制時(shí)的燙金主機(jī)速度進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，以保持反拉輥的張力穩(wěn)定，從而保證跳步精度。

（4）電化鋁箔帶找標(biāo)精度控制：運(yùn)行過(guò)程中張力調(diào)節(jié)應(yīng)是平緩的起伏狀態(tài)，通過(guò)特定的張力控制算法，在連線運(yùn)行時(shí)反拉輥和燙金主機(jī)的速度控制是類似正弦曲線的起伏方式，保證反拉輥不會(huì)因?yàn)閺埩φ{(diào)節(jié)過(guò)于頻繁而降低精度。

3 總結(jié)

本文對(duì)斯托拿FBR104 型燙金設(shè)備電化鋁箔帶走線張力系統(tǒng)進(jìn)行改造，并進(jìn)行試生產(chǎn)測(cè)試：全息燙印速度設(shè)置為4500 張/小時(shí)，燙印溫度設(shè)置為235 ℃，燙印壓力設(shè)置為1.75 mm，實(shí)驗(yàn)證明全息電化鋁箔帶識(shí)讀和定位準(zhǔn)確率為95%。對(duì)比改造前、后的全息電化鋁光標(biāo)的識(shí)讀值，改造后的全息電化鋁光標(biāo)的識(shí)讀值更加穩(wěn)定，標(biāo)距誤差控制在0.2 mm 以內(nèi)，滿足全息燙印生產(chǎn)工藝要求。