Задача машин для резки металлической фольги: высокое натяжение и высокоточная настройка параметров

Давайте подробно рассмотрим проблемы и решения, возникающие при использовании машин для резки металлической фольги в условиях высокого натяжения и высокоточной параметризации. Это очень важный и специализированный вопрос, напрямую связанный с качеством, эффективностью производства и стоимостью конечного продукта.

Суть основной проблемы

Металлическая фольга (например, медная и алюминиевая фольга для литиевых аккумуляторов, экранирующая фольга в электронной промышленности и т. д.) чрезвычайно тонкая (до 6 мкм и даже тоньше), легко растягивается, мнется, рвётся. Она подобна чрезвычайно хрупкой пластиковой плёнке, которую приходится натягивать.

• Требования к высокому натяжению: необходимо обеспечить достаточное натяжение, чтобы фольга была ровной, без перекосов и без складок во время резки. Натяжение — основной способ контроля стабильности материала.

• Высокие требования к точности: Конечное требование заключается в том, чтобы допуск по ширине полосы после резки был крайне мал (например, ±0,02 мм), края не имели заусенцев, пыли и волнистых краев, а намотка была аккуратно намотана (голубец), и не должно быть таких проблем, как смятие и коробление.

Проблема в том, что эти две потребности противоречат друг другу.

• Слишком слабое натяжение: материал ослаблен, что приводит к образованию складок, извилистости (отклонению), плохой обрезке, неравномерной намотке и даже невозможности нормального производства.

• Чрезмерное натяжение: очень тонкая фольга может растянуться или даже разорваться (низкая прочность на разрыв). Даже если она не порвётся, чрезмерное растяжение приведёт к пластической деформации материала (остаточному удлинению и утончению), изменению микроскопической структуры кристаллической решетки и ухудшению его физических свойств, таких как электропроводность (фатальный дефект для электродов литиевых аккумуляторов). Кроме того, чрезмерное натяжение может ускорить износ лезвия.

Таким образом, суть искусства и задача параметризации заключается в нахождении «золотого баланса» — диапазона напряжений, который обеспечивает стабильную работу материала без его повреждения или необратимой деформации.

Системы ключевых параметров, влияющих на высокую степень натяжения и точность настройки

Это не настройка отдельного параметра, а системная разработка, требующая совместной оптимизации. Она включает в себя, главным образом, следующие аспекты:

1. Система контроля натяжения

Это «нервный центр» всей машины для резки.

• Натяжение при размотке: отправная точка. Необходимо плавно преодолеть инерцию материала, не допуская резких рывков при запуске.

• Технологическое натяжение (тяговое натяжение): натяжение перед и за держателем инструмента для продольной резки. Оно играет ключевую роль в контроле плоскостности материала и стабильности скорости линии. Обычно оно контролируется с помощью натяжного ролика или датчика натяжения.

• Натяжение перемотки: конечная точка и самое сложное звено. Необходимо использовать контроль натяжения конуса.

◦ Зачем нужен контроль конусности? По мере намотки диаметр катушки увеличивается. Если по всему диаметру катушки приложить постоянное начальное натяжение, внутренний слой будет подвергаться огромному давлению, что приведёт к его смятию (смятию сердечника), деформации или даже невозможности размотки. Внешний слой ослабнет из-за недостаточного натяжения.

◦ Как это работает? Система управления постепенно снижает натяжение в соответствии с заданными кривыми конусности (линейная, вогнутая, выпуклая) на основе диаметра рулона, рассчитанного в режиме реального времени. Настройка конусности (начальное натяжение и коэффициент конусности) играет ключевую роль в качестве ретракции.

2. Параметры скорости и ускорения

• Кривая ускорения и замедления: процесс ускорения и замедления должен быть плавным. Чрезмерное ускорение создаст огромное инерционное натяжение, которое может легко порвать фольгу; чрезмерное замедление может привести к провисанию материала и его сваливанию в стопки. Необходимо задать плавную кривую ускорения и замедления, соответствующую натяжению материала.

• Рабочая скорость: При работе на высоких скоростях между катушками чаще всего попадает воздух, образуя «воздушную ось», что может привести к неточной намотке. В то же время скорость реакции на регулировку натяжения на высокой скорости чрезвычайно высока, и любые незначительные колебания будут усиливаться.

3. Параметры системы коррекции

• Скорость реакции на коррекцию: система обнаруживает отклонения положения кромки и выполняет корректирующие действия. Если реакция слишком медленная, она будет отклоняться; если реакция слишком быстрая и чувствительная, она будет колебаться взад-вперёд около правильного положения, образуя «волнистую кромку».

• Коэффициент усиления коррекции: определяет «силу» корректирующего воздействия. Его необходимо точно настроить в соответствии со свойствами материала и рабочей скоростью.

4. Параметры инструмента

• Зазор между верхним и нижним режущими кромками: это ключевой фактор, влияющий на качество режущей кромки и образование заусенцев. Если зазор слишком мал, инструмент будет быстро изнашиваться, и даже будет образовываться металлическая стружка; если зазор слишком велик, резка материала станет невозможной, а также будут образовываться большие заусенцы и протяжки. Для очень тонкой фольги зазоры часто необходимо устанавливать в микронном диапазоне.

• Перекрытие кромок (для ножниц с круглыми ножами): такая же точная настройка, обычно от 1/2 до 1/3 толщины материала.

• Радиальное и осевое биение инструмента: Точность самого инструмента напрямую определяет точность резки. Высокоточные станки для продольной резки требуют минимального биения инструмента.

Стратегии и решения для достижения баланса между высокой точностью и высоким натяжением

1. Высокоточное оборудование – это основа

◦ Высокая жесткость каркаса: гарантирует, что весь фюзеляж не будет подвержен деформации и вибрации под воздействием высокой скорости и высокого напряжения.

◦ Высокоточные серводвигатели и приводы: обеспечивают стабильное и быстрое управление крутящим моментом и скоростью.

◦ Высокоточный энкодер: точная обратная связь в режиме реального времени о положении и скорости каждого ролика.

◦ Чувствительный датчик натяжения и стабильный пневматический/электрический привод: образуют быстрый и точный замкнутый контур управления натяжением.

◦ Высококачественные инструменты: используются сверхточные шлифовальные диски и гарантируется исключительно высокая точность монтажа.

2. Расширенные алгоритмы управления и программное обеспечение

◦ Адаптивное/упреждающее управление натяжением: современные усовершенствованные машины для продольной резки используют более сложные алгоритмы для прогнозирования нарушений натяжения, вызванных ускорением и замедлением, соединениями материалов и другими факторами, и компенсируют их заранее, вместо того чтобы дожидаться возникновения нарушений, чтобы устранить их.

◦ Многоступенчатая модель натяжения конуса: обеспечивает более гибкие настройки кривой натяжения намотки для адаптации к потребностям различных материалов и сердечников.

◦ Функция параметров рецепта: сохранение параметров успеха для различных материалов (например, медной фольги, алюминиевой фольги), разной толщины и ширины в виде рецептов. Вызов одним щелчком мыши при смене продукта значительно сокращает время отладки и количество брака.

3. Методы систематической отладки

◦ Принцип «от меньшего к большему»: при начальной настройке такие параметры, как натяжение и скорость, должны начинаться с более низкого значения и постепенно увеличиваться до достижения оптимального состояния стабильной работы.

◦ Стетоскоп и микроскоп:

▪ Прислушайтесь: работает ли оборудование плавно и нет ли необычного звука трения или вибрации.

▪ Посмотрите: скользит ли материал гладко, как «зеркало», нет ли дрожания или складок; кромка реза блестящая и без заусенцев; аккуратная и однородная ли торец намотки.

▪ Ощущение: После остановки машины (из соображений безопасности) ощутите натяжение обмотки, чтобы почувствовать, является ли ее твердость равномерной.

▪ Измерение: Наконец, необходимо использовать такие инструменты, как микрометры и микроскопы, для обнаружения жестких показателей, таких как допуск ширины, высота заусенцев и изменения толщины полос продольной резки, а также использовать данные для проверки эффективности настройки параметров.

краткое содержание

Высокое натяжение и высокоточная настройка машины для резки металлической фольги — это системный проект, сочетающий в себе машиностроение, материаловедение, электроавтоматику и обширный опыт эксплуатации.

Конечная задача — найти оптимальное динамическое окно параметров в пределах физических возможностей материала с помощью сложного оборудования и интеллектуального программного обеспечения, чтобы достичь идеального сочетания стабильности (высокого натяжения) и неразрушаемости (высокой точности). Универсального параметра не существует, есть лишь передовой опыт для конкретного оборудования, конкретных материалов и конкретных условий.