Efektivita práce zvýšena o více než 300 %! Nové zařízení na kontrolu balení cigaret je tak účinné!
V současné době je testování adhezivních vlastností hotových cigaretových obalů zcela manuální. Proces testování zahrnuje tři hlavní kroky: příprava materiálu, lepení papíru a vyhodnocení odlupování-, které zahrnuje více než deset postupů, jako je řezání vzorku, nanášení lepidla, lisování, pokládání, odlupování a hodnocení, přičemž všechny jsou založeny výhradně na ruční práci. Tato tradiční testovací metoda má problémy, jako je nepřesné množství lepidla, nerovnoměrná aplikace, nesprávně zarovnaný papír a nedostatečné lisování, což vede k dlouhým testovacím časům, častým opakovaným testům, vysoké pracovní náročnosti, nízké účinnosti a bezpečnostním rizikům u některých topných zařízení. K vyřešení těchto problémů přijala společnost Changde Jinpeng Printing Co., Ltd. (dále jen „Changde Jinpeng“) přístup „společného průlomu podnikům v dodavatelském a navazujícím průmyslovém řetězci“. Tím, že se učili-na místě a společně inovovali, úspěšně vyvinuli zařízení pro testování adhezivních vlastností balicího papíru. Tento článek systematicky vysvětluje vývojové pozadí, technická řešení, implementační efekty a potenciální aplikace tohoto zařízení s cílem poskytnout referenci pro technologické inovace v oblasti testování kvality v průmyslu.
Technické zázemí a analýza problémů
01/ Technická konotace výkonu lepidla
Adhezní výkon se na základě mechanismu selhání spoje týká simulace kroku spojování při vytváření cigaretového obalu, kde jsou spojeny dva vzorky a poté destruktivně odloupnuty. Pokud jsou vlákna papíru odtržena lepidlem, lepicí výkon je považován za kvalifikovaný. Tento ukazatel výkonu přímo odráží kompatibilitu mezi lepidlem a papírovým substrátem a je klíčovým parametrem pro zajištění stability struktury obalu.
02/ Tradiční metody testování a stávající problémy
V současné době musí všechny obalové produkty cigaretových krabiček před opuštěním továrny projít zkouškou adhezivní účinnosti. Proces testování lze rozdělit do tří hlavních fází: „příprava materiálu“, „lepení papíru“ a „vyhodnocení odlupování“. Konkrétní postup zahrnuje: odebrání vzorku, který má být testován, ze sáčku na vzorky → oříznutí lepicí plochy vzorku na velikost 20 mm × 50 mm → natažení lepidla injekční stříkačkou (jak je znázorněno na obrázku 1) → nakapání lepidla na určené místo → rovnoměrně rozetřete lepidlo čistým kapátkem → zarovnejte a připevněte zadní stranu papíru k nalepené ploše → přitiskněte pomocí tepelného utěsňovače (jak je znázorněno na obrázku 2) → ručně položte na 3 minuty a nechte odstát 2 minuty povrchy zcela → vizuálně posoudit, zda nejsou vlákna papíru poškozena.
Obrázek 1 Manuální odsávání gelu
Obrázek 2 Hot Sealing Press
Po analýze má výše uvedený plně manuální proces následující problémy:
(1) Nízká účinnost: Jednotlivé testy v laboratoři trvají příliš dlouho, přičemž celý proces trvá asi 35 minut. Po žádosti o kontrolu následuje dlouhé čekání na zpětnou vazbu, která nemůže splnit potřeby-sledování výroby v reálném čase.
(2) Bezpečnostní rizika: Některé testovací kroky zahrnují topné zařízení a ruční ovládání s sebou nese riziko popálení a úrazu elektrickým proudem.
(3) Nedostatečná přesnost: Současné zkušební metody jsou poměrně hrubé. Kontrola množství lepidla závisí na zkušenostech operátora a nelze zaručit jednotnost nátěru, což vede k nízké přesnosti testovacích dat, což ztěžuje podporu propracované kontroly kvality.
(4) Vysoká míra opětovné kontroly: Celý proces se provádí ručně a klíčové kroky (jako seškrábání lepidla, zarovnání a lisování) jsou náchylné k chybám, které způsobují selhání experimentu. Míra opětovné kontroly je až 50 %, což nejen zvyšuje pracovní zátěž, ale také plýtvá zdroji testování.
Stručně řečeno, tradiční metody ručního testování již nejsou vhodné pro požadavky moderního průmyslu cigaretových balíčků na přesnou a účinnou kontrolu kvality. Existuje naléhavá potřeba vyvinout standardizované, automatizované testovací zařízení, které zásadně eliminuje lidské rušení.
Řešení a technické principy
01/ Cíle výzkumu a celkový přístup
K vyřešení výše uvedených problémů si náš projektový tým stanovil následující vývojový cíl: vyvinout zařízení pro testování účinnosti lepidla na obalový papír, které standardizuje a automatizuje proces testování, účinně kontroluje množství a jednotnost naneseného lepidla, zajišťuje bezpečné a pevné lisování za tepla a výrazně zlepšuje účinnost testování a spolehlivost dat. Celkový technický přístup spočívá v integraci funkcí, jako je seškrabávání lepidla, přenášení, zahřívání a lisování do jediného zařízení, čímž se roztroušené ruční operace převádějí na nepřetržitý automatizovaný proces; dosáhnout přesné kontroly klíčových parametrů procesu prostřednictvím přesné mechanické struktury; a eliminovat lidský faktor prostřednictvím standardizovaných operačních postupů.
02/ Konstrukce zařízení
Vyvinuté zařízení na testování adheziva obalového papíru patří do oblasti technologie lepení obalů a obsahuje především tři funkční moduly, jak je znázorněno na obrázku 3.
Obrázek 3 Zařízení pro testování výkonu lepidla na balicím papíru (vlevo: schematický diagram, vpravo: skutečné zařízení)
(1) Základna: Slouží jako nosná platforma pro celé zařízení, integruje instalaci škrabacího mechanismu, rolovacího mechanismu a laminovacího mechanismu. Zajišťuje přesnou koordinaci prostorového umístění každého funkčního modulu, což umožňuje nepřetržité testovací procesy.
(2) Škrabací mechanismus: Používá se k seškrábání přebytečného lepidla z žlabu kartáče na lepidlo do přepadového žlabu a vyrovnání lepidla. Tento mechanismus je vybaven přesným zařízením pro nastavení stírací mezery pro ovládání tloušťky vrstvy lepidla v předem nastaveném rozsahu, což zajišťuje rovnoměrnou a konzistentní tloušťku.
(3) Rolovací mechanismus: Používá se k přitlačení balicího papíru na vrstvu lepidla po oškrábání a přenesení lepidla na papír. Mechanismus je řízen pohonnou jednotkou, která zajišťuje, že válec aplikuje konstantní rychlost a tlak, čímž se eliminuje kolísání rychlosti a nerovnoměrný tlak způsobený ručním válcováním.
(4) Mechanismus laminace: Používá se při zkouškách adheziva k aplikaci kontrolovaného laminačního tlaku a času na papír, který byl nalepen a přenesen do laminovacího žlabu, což simuluje proces laminace ve skutečném tisku a výrobě obalů. Tento mechanismus obsahuje elektrický topný modul pro přesné ovládání lisovací teploty a času.
03/ Standardizovaný zkušební proces
Na základě vyvinutého zařízení byl stanoven následující standardizovaný testovací proces:
(1) Odběr vzorků: V každé dávce by mělo být odebráno nejméně 5 listů. Vzorky by měly být ploché, nepoškozené, bez lepení a měly by splňovat požadavek na velikost alespoň 300 mm × 300 mm. Každý vzorek by měl udávat směr zrna papíru a přední/zadní strany a měl by být uzavřen v sáčku.
(2) Úprava teploty a vlhkosti: Vzorky by měly být kondicionovány za podmínek specifikovaných v GB/T 10739, aby se eliminovaly vlivy prostředí na výsledky.
(3) Řezání vzorku: Nařežte vzorky na vzorek 1 (98 mm × 42 mm) a vzorek 2 (98 mm × 50 mm), přičemž zajistěte, aby dlouhá strana (98 mm) byla rovnoběžná se směrem zrna, aby byla konzistentní se směrem síly během skutečné výroby.
(4) Vstřikování lepidla: Pomocí dávkovače lepidla natáhněte odměřené množství zkušebního lepidla a vstříkněte jej do zásobníku na bodové lepidlo modulu nanášení lepidla.
(5) Škrabka lepidla: Škrabka automaticky seškrábe přebytečné lepidlo kolem nádržky do přepadového žlabu a vyrovná ho, čímž vytvoří stejnoměrnou vrstvu lepidla.
(6) Aplikace lepidla: Umístěte vzorek 1 (98 mm × 42 mm) do modulu pro nanášení lepidla přední stranou papíru nahoru. Spusťte rolovací mechanismus, aby se vzorek přitlačil na vyrovnanou vrstvu lepidla konstantní rychlostí a tlakem, čímž se zajistí rovnoměrný přenos lepidla.
(7) Přilnavost: Odstraňte nalepený Vzorek 1 a umístěte jej do drážky elektrického topného modulu na spojovacím modulu, lepicí stranou nahoru, zarovnanou s přední stranou Vzorku 2. Nastavte teplotu elektrického topného modulu a spusťte horké- lisovací zařízení, aby se Vzorek 1 a Vzorek 2 stlačily dohromady.
(8) Instalace vzorku: Odeberte slepený vzorek ze zařízení na nanášení lepidla. Vložte jeden konec vzorku 2 do pevné štěrbiny testeru odlupování a druhý konec vzorku 1 upněte trakčním zařízením.
(9) Test odlupování: Jak je znázorněno na obrázku 4, použijte u trakčního přípravku úhel odlupování 150 stupňů a zkušební rychlost 600 mm/s. Zaznamenejte křivku odlupovací síly a určete způsob porušení (selhání papírových vláken nebo porušení rozhraní vrstvy lepidla).
Obrázek 4 Test odlupování krabičky cigaret
04/ Klíčové technologické průlomy
Toto zařízení dosáhlo technologických průlomů v následujících třech oblastech:
(1) Integrovaný design: Integrací tří hlavních funkčních modulů-oškrabávání lepidla, navíjení a laminování- do jediné základny standardizuje celý proces experimentů s výkonem lepidla, včetně nanášení lepidla, vyrovnávání vrstvy lepidla, přenášení lepidla a laminování, čímž eliminuje chyby mezi jednotlivými kroky.
(2) Přesná kontrola parametrů: stírací mechanismus zajišťuje stejnoměrnou tloušťku vrstvy lepidla (chyba menší nebo rovna 0,01 mm); rolovací mechanismus, poháněný servosystémem, ovládá válečky tak, aby přenášely lepidlo konstantní rychlostí a tlakem, s přesností rychlosti ±0,1 mm/sa přesností tlaku ±0,5N; laminovací mechanismus dokáže přesně nastavit tlak laminování (±1N), teplotu (±1 stupeň) a čas (±0,1s), čímž přesně simuluje skutečné výrobní podmínky.
(3) Standardizovaný provoz: Všechny operace se nastavují prostřednictvím rozhraní člověk-stroj a po spuštění jedním-kliknutím se celý proces dokončí automaticky. Tím jsou zcela eliminovány závady způsobené ruční obsluhou, jako je nepřesné množství lepidla, nerovnoměrné nanášení, špatně zarovnaný papír nebo nedostatečné lisování, což zajišťuje opakovatelnost a srovnatelnost výsledků testu. Porovnání procesu před-a{6}}testování je znázorněno na obrázku 5.
Obrázek 5 Porovnání kontrolních procesů před a po zlepšení
Technická efektivnost a analýza dat
01/ Analýza zvýšení účinnosti
Po několika praktických{0}}kontrolách a praktických testech dosáhlo zařízení výrazného zlepšení účinnosti kontroly. Celková doba kontroly na jeden průchod byla snížena z 2057 sekund u tradičních manuálních metod na 442 sekund, což zvyšuje efektivitu práce o 365,38 %. Úspěšnost celého inspekčního procesu dosáhla 100 % a míra opakovaných inspekcí klesla z 50 % na 0, což značně snížilo pracovní náročnost testovacího personálu.
02/ Přesnost a spolehlivost detekce
Hodnocení zákazníků: "Toto zařízení je vědecky a rozumně navrženo, snadno se ovládá, je vysoce přesné a vysoce stabilní. Účinně překonává problémy, jako je zpoždění detekce a zkreslení dat zjištěné u předchozích metod manuální kontroly, a poskytuje silnou technickou podporu pro naše úsilí o posílení kontroly kvality lepidla na balicí papír."
03/ Vylepšení zabezpečení
Tradiční ruční testování používá tepelné těsnění a další topná zařízení s popáleninami a riziky elektrické bezpečnosti. Toto zařízení integruje topný modul do uzavřeného kompozitního mechanismu s tepelnou izolací a automatickou regulací teploty, takže se obsluha nemusí dotýkat vysokoteplotních- součástí, což zcela eliminuje riziko popálení.
Sociální výhody a aplikační hodnota
01/ Přímé ekonomické přínosy
Toto zařízení může účinně snížit míru zmetkovitosti a ztrát z přepracování při výrobě obalů tím, že předem předpovídá účinky lepení papíru. Podle odhadů, pokud bude toto zařízení propagováno v celém odvětví, míra zmetkovitosti hotových výrobků způsobená problémy s lepidlem ve společnostech zabývajících se balením může být snížena z průměrných 5,7 % na méně než 2 %. Zlepšená efektivita inspekce může zároveň ušetřit značné množství nákladů na pracovní sílu a snížit náklady na práci na inspekci asi o 80 %.
02/ Role technologického vedení
Standardizovaný provoz tohoto zařízení může měřit lepicí výkon různých typů lepidel, efektivně vybírat a přizpůsobovat receptury lepidla pro specializovaný cigaretový krabičkový papír, inkoust a laminovací procesy, zkracovat cyklus výzkumu a vývoje pro výběr lepidla a zlepšovat složení, přesně řešit praktické problémy, jako je odlepování, deformace, přetečení lepidla a adheze při výrobě cigaretových krabiček, a zavést systém hodnocení kompatibility lepidla a cigaretového papíru.
03/ Synergie průmyslového řetězce
Projekt přijímá společný výzkumný model napříč průmyslovým řetězcem, integruje výzkum a vývoj lepidel, tisk a výrobu středních cigaretových balíčků a následné výrobce cigaretových obalů s technickými, talentovanými a zařízeními. Boří informační a technické bariéry v každé fázi, vytváří úplný-řetězec systému technické optimalizace od surovin až po hotové výrobky, posouvá celý průmysl cigaretových balíčků k vyšší efektivitě, přesnosti a inteligenci a zvyšuje hlavní konkurenceschopnost odvětví.
04/ Příspěvek k průmyslové standardizaci
Tento projekt úspěšně vyvinul první zařízení na testování lepidel na obalový papír v zemi a dosáhl tak prvenství v oboru. Pro splnění jednotných technických specifikací požadovaných různými podniky a testovacími institucemi v rámci tohoto odvětví projektový tým standardizoval výsledky výzkumu, podporoval technické průlomy a zlepšení kvality v oblasti skládacích kartonů a surovin a pomocných materiálů (papíru) v obalovém a polygrafickém průmyslu a zlepšil koordinovanou alokaci a inovační schopnosti podniků navazujících na výrobní odvětví a navazujících podniků.
V budoucnu bude výzkumný tým pokračovat v optimalizaci úrovně inteligence zařízení, vyvíjet systém automatického úsudku založený na strojovém vidění, dosáhnout plně bezobslužného testování adhezivního výkonu a prozkoumat rozšíření aplikace zařízení na jiné obalové materiály (jako jsou plasty a kovové fólie) pro testování adhezního výkonu, což bude více přispívat k technologickým inovacím v kontrole kvality v obalovém průmyslu.