От мастер-пленки до готового продукта: подробное объяснение технологического процесса и технологических инноваций высокоточных машин для резки пленки

введение

В современной промышленности тонкоплёночные материалы (такие как БОПП, БОПЭТ, ПЭ, сепараторы литиевых аккумуляторов, оптические плёнки и т.д.) являются основными материалами в упаковке, электронике, новой энергетике, дисплеях и других областях. Эти плёнки обычно выпускаются в виде «гигантских рулонов» шириной в несколько метров и длиной в десятки тысяч метров на заводе. Для удовлетворения потребностей конечных потребителей эти рулоны необходимо разрезать на «узкие рулоны» заданной ширины, длины и диаметра. Оборудование, выполняющее эту важнейшую задачу, – это высокоточный продольно-резательный станок. Это не просто машина для резки, а высокотехнологичное оборудование, объединяющее в себе механические, электрические, сенсорные, управляющие и материаловедческие технологии.

Часть 1: Основной технологический процесс высокоточной машины для резки пленки

Процесс высокоточной резки представляет собой непрерывный и точный процесс, который можно разделить на четыре основные станции: размотка, тяга и коррекция, продольная резка и намотка.

1. Разматывающее устройство

• Назначение: Плавно и с постоянным натяжением высвобождать мастер-пленку.

•Процесс:

◦ Подача: основная катушка аккуратно размещается на разматывающей бобине с помощью приводной или загрузочной тележки, а воздушный расширительный вал расширяется, чтобы зафиксировать сердечник катушки.

◦ Стыковка: Когда старая мастер-катушка подходит к концу, используется автоматическое подающее устройство (например, поворотный рычаг или стыковочный стол), чтобы соединить головку новой мастер-катушки с концом старой мастер-катушки с помощью ленты, что позволяет добиться непрерывного производства без остановок, что значительно повышает эффективность.

◦ Регулирование натяжения: двигатель размотки работает в режиме управления крутящим моментом (натяжением), обеспечивая обратный тормозной момент через магнитопорошковую муфту, серводвигатель и т.д. для установления начального и контролируемого натяжения размотки. Это является основой обеспечения стабильности последующих процессов.

2. Напряжение и EPC Uniт

• Назначение: поддерживать стабильное и центрированное натяжение пленки во время перемещения.

•Процесс:

◦ Тяговый ролик: приводится в движение независимым серводвигателем для точного управления линейной скоростью пленки и является эталоном скорости всей системы.

◦ Плавающий ролик: важный датчик натяжения. Он нагружается цилиндром или противовесом, и изменение его положения напрямую отражает отклонение фактического натяжения от заданного значения. Система управления динамически регулирует крутящий момент размотки в режиме реального времени в соответствии с сигналом смещения плавающего ролика, обеспечивая полное замкнутое управление натяжением и гарантируя, что плёнка всегда находится в состоянии натяжения, но не деформируется во время резки.

◦ Контроллер положения кромки (EPC): состоит из датчика положения кромки (ПЗС или ультразвукового) и направляющего привода. Датчик определяет положение кромки плёнки в режиме реального времени, и как только происходит смещение, система управления немедленно подаёт команду механизму коррекции (общая подвижная разматывающая рама или группа тяговых роликов) на точную регулировку в поперечном направлении (в продольном направлении), чтобы плёнка всегда проходила по заданной траектории, что является необходимым условием для высокоточной резки.

3. Узел продольной резки

• Назначение: точная нарезка широких пленок на несколько узких полосок материала.

• Метод продольной резки:

◦ Сдвиговая резка:

▪ Принцип: Похож на ножницы. Верхняя режущая головка (круглое лезвие) образует пару ножевых пар с нижним режущим роликом (закалённый стальной ролик или режущий ролик с нижним ножом).

▪ Особенности: кромки реза ровные, гладкие и без пыли. Подходит для более толстых и твёрдых плёнок (например, ПЭТ, ПП, композитных плёнок). Это наиболее распространённый метод высокоточной резки.

◦ Надрез/Резка бритвой:

▪ Принцип: Острое круглое лезвие оказывает давление на поверхность плёнки, отрезая её. Глубина реза лезвия имеет решающее значение, часто требуя точного разреза плёнки без повреждения расположенных под ней роликов.

▪ Особенности: Подходит для очень тонких и мягких пленок (например, полиэтиленовой пленки, СРР, сепаратора литиевых аккумуляторов). Неправильная регулировка может привести к образованию заусенцев и пыли.

◦ Crush Cut: режется для высокоточной резки, в основном применяется для нетканых материалов и других материалов.

4. Блок перемотки

• Назначение: скручивать несколько нарезанных пленок в готовые рулоны, имеющие аккуратный вид и одинаковую эластичность.

•Процесс:

◦ Метод намотки: это основа технологии, существует два основных типа:

▪ Центральная намотка: мощность напрямую приводит в движение вал намотки. Конструкция проста, но по мере увеличения диаметра катушки и сохранения постоянной линейной скорости натяжение внешнего кольца будет увеличиваться, что может легко привести к ослаблению внутренней части и натяжению внешней части, а также к образованию складок на плёнке.

▪ Поверхностная намотка: бумажная гильза перематывается активным фрикционным роликом (резиновым). Это обеспечивает постоянную линейную скорость и давление намотки, а рулон имеет равномерную жёсткость, что делает его идеальным для мягких и тонких материалов. Современные высокопроизводительные машины для продольной резки часто используют гибридную центрально-поверхностную намотку, сочетающую в себе преимущества обоих методов.

◦ Намотка с поворотным рычагом и изогнутым рычагом: обычно используется в высокоскоростных продольно-резательных машинах. Имеет два намоточных вала, и при заполнении одного из них устройство мгновенно переключается на другой, пустой вал, обеспечивая автоматическую разгрузку без остановки производства. Высокая эффективность производства.

◦ Онлайн-мониторинг и регулировка: оснащен ультразвуковыми или ПЗС-датчиками, отслеживает в режиме реального времени диаметр намотки, кромки (сердцевина капусты) и дефекты поверхности, а также автоматически выполняет контроль натяжения конуса (линейное уменьшение натяжения с увеличением диаметра катушки для обеспечения равномерной плотности натяжения внутреннего и внешнего слоев) и регулировку давления.

Часть 2: Углубленный анализ ключевых технологических инноваций

«Высокая точность» прецизионных продольно-резательных машин отражается в размере (ширине), качестве (внешнем виде) и эффективности, что является результатом глубокой интеграции и инноваций множества технологий.

1. Интеллектуальная многоступенчатая система управления натяжением

• Традиционная технология: разомкнутый или полузамкнутый контур управления, большие колебания натяжения.

• Инновационная технология: полностью замкнутый, многоступенчатый, адаптивный контроль натяжения.

◦ Система делит весь путь на несколько участков контроля натяжения, таких как зона размотки, зона тяги и зона намотки.

◦ В качестве элементов обратной связи используются высокоточные плавающие ролики или датчики натяжения.

◦ ПЛК + высокопроизводительный контроллер движения, получающий сигналы в режиме реального времени с помощью ПИД-регулятора и алгоритма прямой связи, не только корректирует текущую ошибку, но и прогнозирует возмущения, вызванные изменением скорости и диаметра рулона, заранее компенсируя их и обеспечивая сверхстабильное управление натяжением. Это является ключевым фактором предотвращения образования складок и деформации растяжения пленки.

2. Высокоточная система наведения (ВСН)

• Традиционная технология: аналоговый датчик, медленный отклик, низкая точность.

• Инновационная технология: цифровой ПЗС/лазерный датчик + высокоскоростной сервопривод.

◦ Точность обнаружения цифрового датчика может достигать ±0,1 мм и даже выше.

◦ Серводвигатель в качестве привода с чрезвычайно быстрым временем отклика (миллисекунды).

◦ Расширенные алгоритмы управления позволяют различать естественное дрожание и реальные отклонения материалов, избегать чрезмерной коррекции и достигать «стабильной, точной и мягкой» коррекции отклонений.

3. Система визуального контроля в режиме реального времени и автоматической регулировки расстояния между инструментами

• Традиционная технология: ручное измерение ширины, ручная регулировка положения инструмента при остановке, низкая эффективность и большая погрешность.

• Инновационные технологии:

◦ Установите сканирующую камеру с линейной матрицей ПЗС после резки или перед намоткой, чтобы контролировать ширину каждой полосы в режиме реального времени.

◦ Данные измерений передаются обратно в систему управления и сравниваются с заданным значением.

◦ Держатель инструмента, управляемый серводвигателем привода, автоматически компенсирует смещение на микронном уровне, реализуя замкнутый контур управления шириной резки в режиме реального времени для обеспечения одинаковой ширины каждого рулона. Это критически важно для электронных плёнок с крайне жёсткими допусками.

4. Цифровой двойник и интеллектуальная эксплуатация и техническое обслуживание

• Инновационные технологии: это типично для приложений Индустрии 4.0.

◦ Собирать данные о работе оборудования (вибрация, температура, ток, давление и т. д.) с помощью датчиков для создания цифрового двойника машины для резки в облаке.

◦ Использование больших данных и алгоритмов искусственного интеллекта, прогностического обслуживания (раннее предупреждение об износе инструмента и выходе из строя подшипников), рекомендаций по оптимизации параметров процесса (рекомендации оптимальных параметров натяжения, скорости и давления для различных материалов) и удаленной диагностики может значительно повысить общую эффективность оборудования (OEE) и снизить затраты на техническое обслуживание.

5. Прецизионное изготовление основных компонентов

• Инновационные технологии:

◦ Воздушная ось: чрезвычайно высокая точность динамической балансировки, обеспечивающая работу без вибраций на высоких скоростях.

◦ Держатель инструмента для продольной резки: используются специальные материалы и процессы термообработки, обеспечивающие износостойкость и точность при длительном использовании.

◦ Общая рама: оптимизированная конструкция с использованием конечно-элементного анализа (FEA) с использованием материалов высокой жесткости для обеспечения устойчивой конструкции на высокой скорости и при больших напряжениях без деформации и вибрации.

заключение

От массивных мастер-роликов до изысканных готовых рулонов – высокоточные машины для продольной резки плёнки создают настоящий «балет» натяжения, скорости и точности. Технологический процесс кажется линейным и простым, но на самом деле он полон динамических и сложных физических процессов, которые необходимо точно контролировать в режиме реального времени.

Технологические инновации современных высокоточных продольно-резательных машин перешли от простой оптимизации механической структуры к глубокой интеграции мехатроники, датчиков, цифровизации и интеллекта. Они больше не являются изолированным устройством, а узлом данных на «умном» заводе. Благодаря непрерывному потоку данных они непрерывно оптимизируют свою производительность, предоставляя клиентам высококачественные и эффективные решения с высокой добавленной стоимостью, выходящие за рамки традиционной продольной резки, и стали незаменимым ключевым оборудованием в цепочке производства высококачественных пленочных материалов.