[SHipinsky_V.G.]_Oborudovanie_i_osnastka_upakovoch(z-lib.org)

воды и системы автоматизированного программного управления. Он обеспечивает практически безотходную технологию производства при расходе электроэнергии не более 1 кВт/ч и газа до 5 м3 на 1 кг отформованных изделий. Следует отметить, что процесс изготовления форм для производства изделий из бумажной гидромассы довольно трудоемкий и это является одним из факторов, сдерживающих более широкое внедрение этих технологий.

Для изготовления изделий формованием из бумажной гидромассы широко применяются также автоматизированные линии фирмы

«TRANSPACK», такие как:

модели ZMG-B3, производительностью 90 кг изделий в час (900 лотков для яиц в час);

модели ZMG-B4, производительностью 120 кг изделий в час (1200 лотков для яиц в час);

модели ZMG-2B4, производительностью 200 кг изделий в час (2000 лотков для яиц в час);

модели ZMG-2B4*2 производительностью 320 кг изделий в час (3800 лотков для яиц в час).

Вчастности автоматизированная линия модели ZMG-B4 (рис.18.2) этой фирмы включает в себя семь следующих основных функциональных устройств:

систему агрегатов для приготовления бумажной гидромассы;

вакуумный формовочный автомат модели ZMG-B4;

сепаратор отделения воды и вакуумную систему удаления воды из формовочной машины;

сушильную камеру;

полуавтомат горячего прессования (подпрессовщик);

систему подачи теплоносителей;

систему управления.

Приготовление гидромассы (пульпы) осуществляется в этой линии периодической подачей чистой воды и дозированной загрузкой макулатуры в гидроразбиватель, содержащий насос циркуляционного типа. По мере разбухания и разволокнения макулатуры образующаяся в нем гидромасса, проходя через сито в дне, подается циркуляционным насосом в гидрогрохот, повышающий степень и эффективность развязки волокон, а оттуда жидкая пульпа закачивается насосом через переводной клапан в промежуточную емкость, где доводится до требуемой концентрации. Далее из промежуточной емкости приготовленная пульпа дозирующим насосом постепенно перекачивается в бак вакуумного формовочного автомата ZMG-B4 .

В автомате ZMG-B4 линии формование изделий осуществляется по следующему циклу:

из исходного верхнего горизонтального положения фильтрующая полуформа поворачивается на 180° и погружается в пульпу бака автомата;

включающимся всасывающим насосом через мелкоячеистую сетку этой полуформы прокачивается находящаяся в баке пульпа, при этом вода отфильтровывается, а волокна осаждаются на ее сетке, формируя картонную заготовку требуемой толщины;

21

фильтрующая полуформа поворачивается на 180° и производится смывка с поверхности формируемой заготовки лишних волокон;

отключается прокачка пульпы и фильтрующая полуформа поднимается над ней в верхнее горизонтальное исходное положение;

опускающаяся верхняя полуформа, формирующая наружную поверхность изделия, смыкается с фильтрующей полуформой;

в камеру фильтрующей полуформы подается избыточное давление, а в камере верхней полуформы создается вакуум и под действием этого перепада давлений формуемая картонная заготовка притягивается к поверхности верхней полуформы;

верхняя полуформа перемещается с удерживаемой заготовкой к транспортеру сушильной камеры и там подачей в ее камеру избыточного давления воздуха заготовка отделяется от ее поверхности и укладывается на полотно транспортера;

верхняя полуформа возвращается в исходное положение, а фильтрующая полуформа в это время из исходного верхнего горизонтального положения поворачивается на 180°, а затем снова погружается в пульпу бака автомата и цикл повторяется.

Рис. 18.2. Вакуумный формовочный автомат модели ZMG-B4

В сушильной камере линии перемещаемые транспортером картонные заготовки с начальной влажности в 70 – 75 % высушиваются до требуемой потоками непрерывно циркулирующего по замкнутому контуру горячего воздуха, нагреваемого четырьмя газовыми горелками до температуры 110 °С. Для предотвращения потерь тепла на входе и выходе этой теплоизолированной камеры установлены воздушные завесы.

Из сушильной камеры обычные отформованные изделия подаются транспортером на окончательную механическую обработку (при необходимости) или сразу на укладку в транспортную тару для доставки потребителям. При производстве же высококачественных изделий их отформованные заготовки высушиваются в камере только до определенной степени влажности, а затем перемещаются транспортером в зону работы полуавтомата горячего прессования (подпрессовщика).

Полуавтомат горячего прессования линии представляет собой пресс с пневмоприводом, оснащенный электронагреваемыми смыкающимися пресс-

22

формами, у которых рабочая полость адекватна конфигурации изготовляемых изделий. На нем в оформляемых изделиях может одновременно выполняться гибка и другие формоизменения поверхностей, а также просечка в их стенках отверстий, окон и прорезей и т. д. Подпрессовщик содержит таймеры для установки требуемой выдержки времени и продолжительности прессования изделий, а также выдвижной стол, на котором закрепляются нижние полуформы. При работе стоящий перед полуавтоматом оператор аккуратно укладывает обрабатываемые заготовки в нижние полуформы на его выдвинутом столе и нажимает кнопку пуска, обеспечивая тем самым дальнейшее автоматическое выполнение следующих переходов технологического цикла:

втягивание стола с нижними полуформами в зону прессования;

опускание ползуном верхних полуформ, смыкающихся с нижними;

прессование изделий в сомкнутых горячих пресс-формах в течение заданного интервала времени, отсчитываемого соответствующим таймером;

подъем ползуна с верхними полуформами, удерживающими изготовленные изделия, в исходное положение;

выдвижение стола с нижними полуформами в зону укладки оператором следующих заготовок;

одновременное выдвижение ползуна с верхними полуформами и выгрузка из них изготовленных изделий на специальный укладочный стол;

возвращение ползуна с верхними полуформами в исходное положение;

одновременная укладка оператором в нижние полуформы следующих обрабатываемых заготовок и далее цикл повторяется.

Температура в пресс-формах в процессе такой обработки заготовок устанавливается в пределах 120 – 170 оC, а необходимое усилие прессования посредством специального клапана регулируется в пределах от 1000 до 3000 кг. Изделия же после горячего прессования получаются высококачественными

сболее привлекательным внешним видом, гладкими поверхностями стенок и улучшенными эксплуатационными свойствами. Техническая характеристика у приведенной автоматизированной линии модели ZMG-B4 следующая:

Производительность, изделий в час ..……………………..... 120; Продолжительность цикла формования, с……………… 10 – 30; Количество всасывающее-фильтрующих форм, шт. ………… 4; Расход:

электроэнергии, кВт/ч………………………………... 62; дизельного топлива, кг/ч …………………………….. 28; природного газа, кг/ч ………………………………… 35;

водяного пара, кг/ч ..………………………………… 580; воды, м3/ч …………………………………………….. 0,5;

Количество обслуживающих рабочих, чел. ……………………3.

18.3. Изготовление изделий из картона

Сборная складная и нескладная тара, такая как пачки, коробки, ящики, лотки, а также другие элементы упаковки наиболее широко изготовляются из различных видов картона с применением разнообразных скрепляющих деталей

23

иматериалов (клеев, скоб, заклепок, замковых соединений), элементов внешней отделки (этикеток, полиграфического и другого оформления) и разнообразных вспомогательных конструктивных элементов.

Картоном называется твердый листовой или полотнообразный материал толщиной от 0,3 до 5 мм, вырабатываемый подобно бумаге из волокнистой массы. Сырьем для выработки картона служат главным образом термомеханическая масса, полуцеллюлоза, небеленая целлюлоза и макулатура.

Вструктуре картона могут также содержаться синтетические и минеральные волокна. Для изготовления упаковки широко применяется картон для потребительской тары (ГОСТ7933-89), картон тарный плоский склеенный (ГОСТ9421-80) и картон гофрированный (ГОСТ7376-89), а также картон с покрытиями из парафина, микровоска, алюминиевой фольги и полиэтилена.

Картоном для потребительской тары называется картон машинной гладкости, иногда каландрированный, предназначенный для изготовления малогабаритной тары. В зависимости от применяемости и показателей качества он подразделяется на следующие подгруппы:

хромовый – мелованный или немелованный, из беленой целлюлозы, который применяется для изготовления потребительской тары с многокрасочной печатью;

хром-эрзац – мелованный или немелованный, из беленой и небеленой целлюлозы, древесной массы и макулатуры, который применяется для изготовления потребительской тары с одно- и многокрасочной печатью;

коробочный – из небеленой целлюлозы, древесной массы и макулатуры, применяемый для изготовления потребительской и групповой тары без печати;

хром-эрзац склеенный – склеенный мелованный или немелованный, из беленой и небеленой целлюлозы, древесной массы и макулатуры, применяемый для изготовления потребительской и групповой тары с одно- и многокрасочной печатью;

коробочный склеенный – склеенный из небеленой целлюлозы, древесной массы и макулатуры, который применяется для изготовления потребительской

игрупповой тары без печати.

Картон плоский склеенный состоит из нескольких листов или слоев картона (лайнеров), склеенных вместе водостойким клеем из синтетических смол, наносимым на всю поверхность соприкосновения между соседними листами. В зависимости от применяемости и показателей качества производится следующих марок: КС, КС-1 и КС-2. Изготовляется в листах, размеры которых устанавливаются по согласованию изготовителя с потребителем. При изготовлении картона марок КС и КС-1 для наружных слоев должен применяться картон-основа с поверхностным слоем из сульфатной целлюлозы. Его поверхность должна быть цвета натурального волокна и машинной гладкости, без складок и морщин. Для изготовления тары под сливочное масло, маргарин и другие пищевые продукты должен использоваться картон марок КС и КС-1.

Гофрированный картон состоит из чередующихся плоских (лайнера) и гофрированных (флютинга) слоев картона и бумаги, соединенных между собой клеем. Он выпускается следующих типов:

24

Д – двухслойный (склеены один гофрированный и один плоский слои);

Т – трехслойный (один гофрированный слой вклеен между двумя плоскими слоями);

П – пятислойный (два гофрированных слоя вклеены между тремя плоскими слоями);

С – семислойный (три гофрированных слоя вклеены между четырьмя плоскими слоями).

Двухслойный гофрированный картон производится в рулонах и листах и используется главным образом как оберточный материал для хрупких изделий. Картонные же ящики изготавливаются обычно из трех- и пятислойного картона, который производится в листах. По размеру гофр картон подразделяют на четыре типа приведенных в таблице 18.1. Отечественной промышленностью выпускается одна марка двухслойного гофрированного картона (Д), пять марок трехслойного (Т-0, Т-1, Т-2, Т-3 и Т-4) и три марки пятислойного (П-1, П-2 и П-3), показатели прочности которых приведены в таблице 18.2.

Таблица 18.1 – Характеристика гофрокартона.

Тип

Наименование

Высота гофра,

Шаг гофра,

гофра

гофра

мм

мм

А

Крупный

4,4 – 5,5

8,0 – 9,5

Б

Средний

3,2 – 4,4

6,5 – 8,0

В

Мелкий

2,2 – 3,2

4,5 – 6,4

Г

Микро

1,1 – 1,6

3,2 – 3,6

Таблица 18.2 – Показатели прочности гофрированного картона

Марка картона

Показатели

Д

Т-0

Т-1

Т-2

Т-3

Т-4

П-1

П-2

П-3

Сопротивление продав-

ливанию, МПа, не менее

0,2

1,5

1,3

1,1

0,9

0,7

2,0

1,7

1,4

Сопротивление торцовому

сжатию вдоль гофров, Н/см

-

54

36

30

26

20

100

80

60

Основным показателем, характеризующим картонно-бумажные материалы, является масса единицы площади бумаги или картона. Данный показатель выражается в граммах на 1 м2 и объединяет в себе толщину и плотность листа. Бумага по этому показателю имеет массу до 250 г/м2, а картон

– свыше этой величины.

Технологический процесс производства картонной тары в обобщенном виде включает в себя (рис.18.3):

полиграфическое оформление материала (печать текста, маркировки и изображений, отделка запечатанной поверхности);

штанцевание деталей (разверток) тары (высечка, просечка, биговка, рилевание, рицевание, перфорирование);

удаление отходов из просечных элементов деталей (разверток) тары;

отделение деталей (разверток) тары от картонного полотна и их стапелирование, а также удаление отходов картонного полотна;

25

фальцевание и сборку тары (склеивание, термосваривание, сшивание, на замках-застежках, крепежными деталями);

группирование тары (пакетирование, упаковывание) и ее доставку на позицию упаковывания продукции.

Рис. 18.3. Схема процесса производства картонной тары

Для полиграфического оформления картона наиболее широко применяется флексографская печать, а также плоская офсетная и трафаретный способы печати. При затруднениях с прямой печатью на картоне и особенно на гофрокартоне, применяют косвенный метод полиграфического оформления. При этом методе предварительно запечатывается качественная бумага, которая затем приклеивается к поверхности картона или гофрокартона на специальной кашировальной машине. Применяемые печатные машины, в свою очередь, классифицируются по следующим основным конструктивным и технологическим признакам:

по виду применяемого картона – на листовые и рулонные;

по типу печатного устройства – на тигельные, плоскопечатные и ротационные;

по количеству запечатываемых при прогоне красок – на однокрасочные, двухкрасочные и многокрасочные;

по числу сторон листа, запечатываемых за один прогон – на односторонние, двухсторонние и комбинированные;

по виду печати – на машины плоской офсетной, высокой, глубокой, флексографской и трафаретной печати;

по формату получаемого оттиска – на малоформатные (оттиски до 54 х 75 см), среднеформатные (до 70 х 92 см) и широкоформатные (до 64 х 108 см и более);

по уровню автоматизации процесса и производительности – на машины с ручным управлением, полуавтоматические и автоматические.

26

Развертки же и другие детали картонной тары изготавливают на технологическом оборудовании из рулонного или листового картона штанцеванием или путем последовательного прямолинейного раскроя материала на дисковых ножницах.

Разверткой называется плоская фигура, полученная при совмещении поверхности геометрического тела с плоскостью. Например, разверткой многогранной коробки является плоская фигура, составленная из поверхностей ее граней, совмещенных в одной плоскости.

Штанцевание (от нем. stanzen – штамповать) – высечка (вырубка) плоских деталей (разверток) из картона с одновременным нанесением на них линий сгиба. Осуществляется на штанцевальном технологическом оборудовании, оснащенном плоскими или ротационными штанцами, содержащими соответственно на плоском или цилиндрическом основании определенный набор из высекательных, биговальных, рицовочных и перфорационных линеек, а также фасонных пробойников и другого инструмента.

Фальцевым же соединением называют место сгиба картона в зоне сопряжения различных конструктивных элементов тары (например, дна с боковой стенкой, боковой стенки с язычком или шарнирной крышкой и т. д.) Фальцы (места сгиба) на картонных деталях могут быть жесткими и шарнирными. В жестких фальцах картонные детали загибают в заданных местах с помощью приспособлений по определенному радиусу, без предварительного нанесения линий сгиба, смятия и надламывания картона. Такие фальцы обычно не обеспечивают точных размеров тары и имеют ограниченное применение. В шарнирных фальцах картонные детали изгибаются по предварительно нанесенным на них линиям сгиба. Эти линии обеспечивают равномерный загиб картона по точно заданным размерам на угол до 180о и наносятся бигованием, рилеванием, рицеванием (надрезкой) или перфорированием.

Рицевание (от нем. ritzen – царапать) – надрезка картона по линии последующего сгиба рицовочными линейками. Такие линии обеспечивают точный заданный внутренний размер собранной тары, но приводят к значительному уменьшению ее прочности.

Бигование (биговка) – продавливание биговальными линейками прямолинейных продольных и поперечных углублений (бигов) в местах последующего сгиба на развертках из картона, толстой бумаги и переплетном материале.

Рилевание – продавливание вращающимися роликами на листах из картонно-бумажных материалов прямолинейных углублений (линий сгиба), для последующей фальцовки (сгибания) по ним разверток изготавливаемой тары.

Перфорирование – нанесение на картонно-бумажный материал линий, состоящих из повторяющихся с заданным шагом сквозных просечек, прорезаемых в материале острыми зубьями, расположенными на режущей кромке перфорационной линейки или ролика. Так как прочность материала по перфорированным линиям значительно снижается, то в фальцевых

27

соединениях и на стенках тары их обычно наносят там, где нажатием требуется прорвать материал, например, для вскрытия укупоренной упаковки.

Фальцовка – сгибание картонно-бумажных разверток в определенном порядке с фиксацией сгибов. В зависимости от взаимного расположения сгибов различают параллельную, перпендикулярную и комбинированную фальцовку.

18.4. Штанцевальные формы

Картонные детали (развертки) тары изготовляют на штанцевальном технологическом оборудовании с помощью комбинированного рабочего инструмента – штанцевальных форм. В зависимости от вида штанцевальных машин (плоскоштанцевальные, тигельные или ротационные) применяются плоские или цилиндрические штанцевальные формы, которые обычно состоят из двух сопрягающихся частей: штампа и контрштампа. При этом в штанцевальной форме может изготовляться как одна габаритная развертка, так одновременно и несколько малогабаритных картонных деталей.

В пазах основания 1 (рис.18.4) штампа плоской штанцевальной формы по периметру изготовляемой развертки 2 обычно закрепляются высекательные 3 линейки, а по линиям фальцовки разверток – биговальные 4 или другие виды линеек (рицовочные, перфорационные), обеспечивающие нанесение на поверхность картона линий ее последующего сгиба. С двух сторон вдоль всех этих линеек к поверхности основания 1 с помощью клея или двусторонней клеящей ленты 5 прикрепляются также эжекторные (пружинящие) планки 6, обеспечивающие фиксацию картона в форме при штанцевании и снятие его с рабочих поверхностей инструмента при ее раскрытии. В местах же выполнения в развертке круглых и фигурных отверстий, а также разнообразных просечек в основании 1 закрепляются, например, пробойники 7 с пружинными выталкивателями 8 или другой адекватный инструмент.

Рис. 18.4. Конструктивная схема штанцевальной формы

Контрштамп 9, являющийся нижней частью штампа штанцевальной формы, содержит на сопрягающейся с ним поверхности систему биговальных матриц 10, располагающихся соосно с биговальными линейками 4 штампа. По конструктивному исполнению контрштампы бывают съемными и несъемными. Съемные контрштампы монтируются на специальных съемных плитах, а несъемные – непосредственно на плите (талере) штанцевального оборудования.

Основания 1 штампов для рабочего инструмента высотой до 12 мм изготовляют из слоистых прессованных материалов на основе крезолоили

28

фенолоформальдегидных связующих и бумаги (гетинаксов, пертинаксов) или различных тканей (текстолитов). Для рабочего инструмента высотой более 12 мм применяют калиброванную ударопрочную фанеру толщиной 15 или 18 мм. Эту фанеру изготовляют из лущеного березового, букового, кленового или ольхового шпона. При этом фанеру класса ВВ/ВВ соединенную клеями на основе фенолоформальдегидных смол обрабатывают лобзиком, а для лазерной прорезки пазов применяют фанеру класса S/ВВ, соединенную клеями на основе карбонатных смол. Для ротационных же штанцевальных машин производятся специальные цилиндрические фанерные основания штампов, состоящие из двух скрепленных между собой полуцилиндров.

Пазы в фанерных основаниях штампов, предназначенные для крепления инструмента, выпиливают лобзиком или выжигают лазером. Выпиленные лобзиком пазы имеют шероховатые и параллельные стенки, надежно удерживающие рабочий инструмент в течение длительного срока службы, однако процесс этот достаточно трудоемкий и низкопроизводительный. Лазерная обработка пазов обеспечивает высокую точность и производительность, а также позволяет автоматизировать процесс. При этом существует два способа лазерного прорезания пазов:

За один проход лазерного луча, расфокусированного до заданных размеров паза, который весь материал удаляемой зоны просто сжигает. Паз в этом случае имеет по толщине фанеры бочкообразную форму и слегка расширен со стороны подачи лазерного луча, а на его стенках происходит термодеструкция, обугливание материала и спекание наплывов связывающего клея. Этим несколько снижается прочность закрепления инструмента в пазах фанерных оснований.

Путем обхода прорезаемого паза по контуру оптимально сфокусированным лазерным лучом, в результате чего удаляемая часть материала из паза выпадает. Паз в этом случае имеет практически параллельные стенки с минимальным их обугливанием. Скорость резания также намного выше, несмотря на вдвое большую длину траектории движения луча.

Станки для лазерной обработки обычно состоят из СО2-лазера мощностью 150 – 300 Вт (источника излучения), координатного стола для плоских фанерных оснований или шпинделя, вращающего цилиндрические основания ротационных форм, а также блока ЧПУ, задающего траектории движения исполнительным механизмам и режимы обработки. Скорость же прорезания пазов составляет от 0,125 до 1 метра в минуту.

Высекательные линейки изготовляются из специальной ленточной стали с острозаточенной режущей кромкой. В частности, линейки отечественного производства выполняются из стали марки У8 с закалкой режущей части до HRC55 – 58. По конструктивному исполнению профиля режущей части они подразделяются на следующих четыре типа:

линейки с односторонней заточкой и фаской (рис.18.5а);

линейки с односторонней заточкой и двойной фаской (рис.18.5б);

линейки с двухсторонней заточкой (рис.18.5в);

линейки с двухсторонней заточкой и двойной фаской (рис.18.5г);

29

Наиболее распространены линейки с односторонней заточкой и фаской, но такой профиль не является оптимальным, поскольку при высечке на его наклонную поверхность действует неуравновешенная горизонтальная составляющая силы резания, создающая в теле линейки изгибающие напряжения. Этим при скоростной многоцикловой высечке сокращаются сроки ее эксплуатации, ускоряется затупление режущей кромки и снижается точность размеров изготовляемых деталей, особенно при обработке ламинированных материалов. Устанавливаются же такие линейки в штампах фаской в сторону обрезаемого отхода, а применяются они для высечки сложноконтурных разверток. Отмеченные недостатки значительно уменьшаются при использовании линеек с односторонней заточкой и двойной фаской. Наиболее же высокими эксплуатационными показателями обладают линейки с двухсторонней заточкой и двойной фаской (рис.18.5г), угол режущей кромки α у которых обычно составляет 52 – 54о, а угол заточки β = 4о. Стандартная высота высекательных линеек составляет 22,8 – 24,1 мм, наиболее же часто применяются линейки высотой Н = 23,8 мм. Специальные высекательные линейки выпускаются с малой высотой в пределах 7 – 12 мм и высокими в пределах 30 – 100 мм. Допуск на отклонения высоты линеек обычно составляет ±0,02 мм. Толщина высекательных линеек может быть от 0,4 до 2 мм, а измеряется она как в специальных единицах – пунктах (п), так и в миллиметрах: 1п = 0,351 мм. Линейки толщиной 0,4 – 0,71 мм и высотой 7 – 12 мм применяются для высечки этикеток из бумаги, а из картона детали высекают линейками толщиной 0,71 мм стандартной высоты. Высечка же деталей из гофрокартона и других многослойных материалов осуществляется еще более толстыми линейками стандартной высоты. На отечественном рынке широко представлены высекательные линейки таких ведущих фирм, как GNU PENTRA (GNU), ESSMANN + SCHAEFER(E + S), MARTIN MILLER (MM) и др.

Поставляются они в виде полос длиной до 1 м.

Рис. 18.5. Исполнения конструктивных элементов штанцевальных форм

30