Контроль натяжения фольги в машине для горячей штамповки и продольной резки: как избежать разрыва и образования складок фольги?

Фольга для горячего тиснения — это сверхтонкий материал с многослойной композитной структурой, общая толщина которого составляет всего 12–30 мкм. Она состоит из ПЭТ-основы, разделительного слоя, цветного слоя, алюминиевого покрытия и клеевого слоя. Такая точная структура делает её чрезвычайно чувствительной к натяжению: чрезмерное натяжение приводит к растяжению, деформации или даже разрыву фольги; если натяжение слишком низкое, фольга становится рыхлой и мнутся при скручивании; колебания натяжения приводят к затягиванию и ослаблению рулона за счёт петли, что представляет опасность для качества. В отрасли существует поговорка: «30% горячего тиснения, 70% резки», что наглядно демонстрирует решающее влияние этапа резки на конечный результат тиснения.

Для предотвращения разрывов и образования складок фольги ключевым моментом является создание динамически сбалансированной системы микронапряжений. Далее приводится обсуждение с пяти ключевых точек зрения.

1. Откажитесь от подхода «постоянного натяжения» и используйте регулирование натяжения с помощью конусного метода.

Это наиболее распространенная ошибка в работе. Многие операторы привыкли устанавливать фиксированное значение натяжения, но во время резки диаметр рулона постоянно меняется — диаметр размотки уменьшается, а диаметр намотки увеличивается. Если используется постоянное натяжение, то натяжение внешнего слоя во время намотки будет сжимать внутренний слой, вызывая образование складок на внутреннем кольце (обычно называемых «хризантемовидным сердечником»), а фольга в нижней части большого рулона может быть чрезмерно растянута или даже порваться во время размотки.

Ключевой стратегией для разрешения этого противоречия является регулирование натяжения в зависимости от конусности валка: натяжение уменьшается в соответствии с заданной кривой по мере увеличения диаметра валка. Типичные рекомендуемые параметры:

Более совершенный подход заключается в сегментированном контроле натяжения: на начальном участке (0–20% диаметра валка) используется меньшее натяжение для обеспечения плоской формы и плотного прилегания сердечника; на участке с постоянным натяжением (20%–70% диаметра валка) поддерживается стабильное межслойное давление; на участке сужения (70%–100% диаметра валка) натяжение постепенно снижается для компенсации веса внешнего кольца.

2. Уделять особое внимание динамической компенсации моментов ускорения и замедления.

Наиболее интенсивные колебания натяжения происходят в момент запуска, ускорения, замедления и остановки продольно-резательной машины. Если инерционное воздействие, вызванное изменениями скорости, не компенсируется, оно будет напрямую воздействовать на фольгу, вызывая её разрыв или вытягивание покрытия.

Решение: Выберите станок для продольной резки, оснащенный функциями предварительной компенсации ускорения и компенсации инерции. Высококачественное оборудование использует двухконтурную замкнутую архитектуру «скорость + ток» в сочетании с динамической компенсацией с опережением, которая в реальном времени рассчитывает эффект инерции, вызванный изменением диаметра катушки, и добавляет компенсацию крутящего момента во время ускорения и замедления. Современные двигатели с прямым приводом позволяют контролировать задержку отклика в пределах 5 мс. При резком изменении скорости на 500 м/мин перерегулирование натяжения составляет всего 0,8 Н, а время восстановления — около 80 мс, в то время как в традиционных решениях с ПИД-регулированием перерегулирование достигает 3,5 Н, а время восстановления составляет 400 мс.

3. В зоне режущего ножа необходимо создать зону «нулевых колебаний».

Это наиболее легко упустить из виду, но при этом самое важное звено. Если материал на режущем лезвии колеблется из-за колебаний натяжения, лезвие будет резать как «пила», образуя микроскопические зазубрины — это основная причина повреждения краев золотой фольги и ее обрыва.

РешениеСовременные высокопроизводительные станки для продольной резки имеют несколько независимых зон контроля натяжения — зону размотки, зону натяжения (до и после режущих лезвий) и зону намотки. Крайне важно обеспечить, чтобы материал у режущего лезвия находился в состоянии «нулевых колебаний натяжения», используя обратную связь в реальном времени от плавающего ролика или датчика натяжения для изоляции колебаний за пределами зоны резки.

В то же время, состояние самого инструмента напрямую влияет на разрушение фольги: когда лезвие затупляется, оно уже не «режет» поверхность фольги, а «рвет», вызывая мельчайшие трещины по краям, которые под напряжением расширяются в сплошной излом. Перекрытие между верхним и нижним лезвиями обычно следует контролировать в пределах 0,05–0,1 мм.

4. Подбор крепежных элементов для разматывающего конца: Координация между расширительным валом и магнитным порошковым тормозом.

В 80% случаев нестабильность натяжения на объекте указывает на плохую координацию между расширительным валом и магнитным порошковым тормозом на разматывающем конце.

Давление расширительного валаСтандартное давление составляет 0,4–0,6 МПа (0,4–0,5 МПа для бумажных сердечников, 0,5–0,6 МПа для пластиковых или алюминиевых сердечников). В течение 5 минут после накачивания перепад давления не должен превышать 0,05 МПа; в противном случае это указывает на медленную утечку воздуха, вызывающую колебания сопротивления разматыванию.

Магнитные порошковые тормозаДлительная работа при низком токе может привести к слипанию магнитного порошка. Для магнитопорошковых тормозов, используемых более года, рекомендуется увеличить заданный ток на 10–15% для компенсации снижения производительности. Если температура корпуса превышает 90 °C, это указывает на чрезмерное проскальзывание в течение длительного периода, и следует проверить, не слишком ли мал выбранный ток.

5. Управление механизмами перемоточных и прижимных роликов.

При намотке тонкой золотой фольги для горячего тиснения легко проникает воздух, что приводит к неровным краям или образованию складок. Часто причиной является плохое состояние валиков.

Основные моменты:

• ПараллелизмЕсли ось ролика и ось намоточного вала не параллельны, отклонение давления между левой и правой сторонами приведет к тому, что одна сторона поверхности фольги будет натянута, а другая — ослаблена, что сделает ослабленную сторону очень склонной к образованию складок. Промышленные стандарты требуют, чтобы отклонение давления между левой и правой сторонами контролировалось в пределах ±3 Н, а отклонение параллельности не превышало 0,05 мм/м.

• Твердость:Для горячего тиснения следует использовать фольгу из полиуретана или нитриловой резины с твердостью по Шору А 60–75.

• Механизм подачи давленияНа начальном этапе намотки диаметр невелик, что требует высокого контактного давления для удаления воздуха; после намотки, по мере увеличения диаметра, контактное давление должно постепенно снижаться, чтобы предотвратить деформацию торцевой поверхности под воздействием сжатия. Следует избегать противоречивого состояния «низкого внешнего натяжения и высокого давления роликов» — это распространенная причина образования складок на поверхности фольги.

Краткое описание: Чтобы избежать расслоения и образования складок на фольге для горячей штамповки, нельзя полагаться только на одну меру. Вместо этого необходимы скоординированные действия по пяти направлениям: контроль натяжения конуса, динамическая компенсация, зональная изоляция, согласование оборудования на разматывающем конце и роликовый механизм. В первую очередь следует проверить, не происходит ли утечка воздуха из расширительного вала, включена ли кривая натяжения конуса и есть ли независимая зона стабилизации натяжения на режущем лезвии — эти три шага могут решить большинство проблем на месте. Экспериментальные данные показывают, что при точном контроле натяжения конуса частота неровных торцов и дефектов в виде складок может быть снижена на 40–60%.