Станок для резки золотой фольги с антискребковым тиснением по краю: адаптивное решение с намоточным и прижимным роликом.

Абстрактный

В процессе резки фольги для горячей штамповки основной проблемой является деформация кромки намотки (загибание кромки), приводящая к потерям материала и снижению эффективности производства. Учитывая тонкость, высокую пластичность и термочувствительность фольги для горячей штамповки, в данной работе анализируются механические причины загиба кромки и предлагается адаптивное решение для намотки и прижима роликов, интегрирующее автоматическую регулировку давления, обнаружение кромки в реальном времени и динамическое формирование поверхности роликов. Благодаря интеграции пневматического сервоуправления с интеллектуальными датчиками, компания добивается перехода от «пассивной коррекции отклонений» к «активному подавлению роликов», значительно повышая выход годной продукции при резке.

1. Проблемы, возникающие при разрезании и загибании краев золотой фольги.

Фольга для горячей штамповки (электрохимический алюминий) изготавливается путем соединения ПЭТ-основы, разделительного слоя, цветного слоя и слоя алюминиевого покрытия общей толщиной всего 12–30 мкм. При высокоскоростной резке (150–300 м/мин) на этапе намотки возникают три основных фактора, вызывающих загибание кромок:

• Концентрация напряжений на краяхПрорезное лезвие вызывает образование мелких заусенцев или деформацию растяжения по краю фольговой полосы, что приводит к ослаблению кромки и последующему скатыванию вверх или вниз под действием прижимного ролика перемотки.

• Статическое электричество и пленочный эффектВысокоскоростное трение генерирует статическое электричество, заставляя слои фольги отталкиваться друг от друга; одновременно высокоскоростной поток воздуха образует воздушную пленку между лентой из фольги и прижимным роликом, уменьшая контактное давление и препятствуя эффективному сжатию по краям.

• Неравномерный контакт поверхности роликаТрадиционные жесткие или фиксированные мягкие прижимные ролики не могут адаптироваться к поперечным колебаниям толщины фольговой полосы (небольшое выпячивание по краям каждой полосы после разрезания), и при постоянном распределении давления краевых усилий недостаточно.

Загибание краев может привести к образованию складок, разрыву полос и нарушению многослойного сцепления, а в тяжелых случаях весь рулон может быть испорчен. Статистика показывает, что около 30% потерь при нарезке фольги для горячего тиснения приходится на края в процессе намотки.

2. Базовая архитектура адаптивного намоточного ролика

Это решение отходит от традиционной идеи «только осевого уплотнения с помощью прессовальных роликов», проектируя перемоточные ролики как ощутимую, деформируемую и регулируемую замкнутую систему. Общая архитектура разделена на три слоя (см. рисунок 1 для иллюстрации, описание приведено здесь):

Слой 1: Онлайн-восприятие скругленных краев кромок

• Каждая полоса, полученная в результате резки, оснащена миниатюрными лазерными датчиками перемещения или фотоэлектрическими модулями обнаружения краев для измерения разницы высот между краем фольгированной полосы и поверхностью ролика в режиме реального времени (разрешение ≤ 0,01 мм).

• Одновременное встраивание электростатических датчиков и синхронных энкодеров скорости для определения того, вызвано ли скручивание статическим электричеством или газовой пленкой.

Уровень 2: Блок адаптивного управления давлением

• Прижимной ролик имеет сегментированную пневматическую конструкцию — каждый режущий стержень имеет независимую камеру с пневматической подушкой, а давление в каждой камере регулируется независимо пропорциональным регулирующим клапаном.

• Контроллер подает дополнительное давление в камеру со стороны прокатки (например, с заданных 0,2 МПа до 0,28 МПа) на основе сигнала разницы высот кромки, динамически компенсируя наклон кромки вверх.

Слой 3: Механизм адаптации формы поверхности ролика

• Поверхность ролика покрыта эластичным полиуретановым слоем (твердость по Шору А 20–30), в который встроен миниатюрный массив гидравлических приводов. При непрерывном сворачивании определенного края (обратное закручивание) массив толкателей может локально слегка сближаться на 0,1–0,5 мм, образуя изогнутую поверхность «обратной опоры» для геометрической коррекции траектории края фольговой полосы.

3. Ключевые рабочие процессы и алгоритмы

Логика динамического подавления прокрутки

1. Начальное обучениеОборудование работает в режиме холостого хода или на низкой скорости (20 м/мин) для пробной резки, регистрируя естественную тенденцию деформации края каждой прорезанной полосы и формируя «кривую формы гофрированного края».

2. Управление с обратной связью в реальном времени:

◦ Если величина подъема края превышает установленный порог (например, 0,15 мм), соответствующее давление в подушке безопасности увеличивается, и приращение ΔP = Kp· (Величина подъема) + Ki·∫Величина подъема·dt;

◦ Одновременно проверьте, не превышает ли электростатическое напряжение 2 кВ, и если да, запустите щетку для устранения статического электричества прижимного ролика.

3. Формирование поверхности валковДля периодического обжима (например, вызванного износом лезвия) активируйте гидравлический привод, чтобы сформировать локальный выступ и физически надавить на кромку, избегая чрезмерного давления и образования вмятин на поверхности фольги.

Защита от перенапряжения

Благодаря тонкопленочному датчику давления на поверхности ролика (диапазон 0–0,5 МПа) предотвращается чрезмерное давление в камере, которое может вызвать боковое растяжение фольговой ленты или повреждение базовой пленки. Максимально допустимое давление не превышает 0,35 МПа.

4. Сравнение результатов внедрения

На заводе по производству фольги для горячей штамповки были проведены фактические измерения электрохимической резки алюминия на основе ПЭТ (20 полосок × 40 мм шириной) шириной 800 мм и 12 мкм:

Кроме того, это решение позволяет снизить натяжение при намотке примерно на 15–20% (поскольку активно подавляется загибание края, что исключает необходимость выравнивания края с высоким натяжением), что дополнительно уменьшает деформацию фольговой полосы при растяжении.

5. Экономичность и применимость

• Стоимость модернизацииУстановка модульных адаптивных прижимных роликов (включая датчики, пневматические подушки и контроллеры) на существующую станцию ​​намотки продольно-резательного станка обходится примерно в 8–12% от общей стоимости станка.

• Срок окупаемостиИсходя из среднего показателя в 8 часов в день и снижения процента брака на 3,9 процентных пункта, потери фольги для горячей штамповки могут быть сокращены примерно на 1,2 тонны в год (удельная цена 80 юаней/кг), а срок окупаемости составляет около 6-10 месяцев.

• Область применения:Помимо фольги для горячего тиснения, она также подходит для намотки алюминиевой фольги, емкостной пленки, термотрансферной пленки и других тонких и легко сворачивающихся материалов.

6. Заключение

Адаптивное решение для намотки и прижима роликов в машине для резки фольги методом горячей штамповки принципиально решает давнюю проблему нестабильности кромки тонкой фольги за счет локальной динамической компенсации давления, точной настройки формы поверхности ролика и обнаружения с помощью многосенсорного анализа. Эта технология заменяет традиционный подход «полагаться на опыт оператора для регулировки давления ролика» на «автоматическое подавление в замкнутом контуре», что имеет существенное значение для повышения стабильности качества продукции, сокращения ручного вмешательства и уменьшения отходов. В будущем, в сочетании с прогнозированием тенденций подгибки с помощью ИИ, прогнозируемая регулировка давления может быть реализована более эффективно, что позволит перейти к полностью интеллектуальной резке и намотке.