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深压纹模切机的关键结构及主要技术探析

时间:2019-04-02 来源:北京印刷学院 作者:鲁楠 本文字数:3882字
  摘要
  
  深压纹模切工艺是烟酒、护肤品、高端礼盒等各类产品外包装常采用的一种加工工艺,通过深压纹工艺提高产品的档次。但现有的深压纹工艺都是通过模切机来实现的,只能满足小面积压纹的要求,当现有模切机用于大面积压纹工作时,存在压纹深度浅,墙板易断裂等问题。针对以上问题,本文对深压纹模切机的关键结构及关键技术进行了深入研究,具体内容如下:
  
  为了提高深压纹模切机的保压时间,采用凸轮驱动机构代替曲轴双肘杆驱动机构,根据工艺要求调整凸轮的形状控制动平台在最高位置停留的时间。
  
  为了减小动平台上下运行带来的运动冲击,选取修正正弦运动规律,从而使动平台在最高位置和起始位置时加速度都为零,同时使动平台的最大速度和最大加速度不处于同一位置。
  
  为了提高深压纹模切机动平台承压的均匀性,采用双轴驱动机构代替传统的单轴驱动机构可以扩大支撑点之间的距离,动平台表面的挠度可减小 11%以上。

深压纹模切机的关键结构及主要技术探析
  
  为了提高深压纹模切机的模切压力,对墙板、上下平台、传动机构等关主件进行动态特性分析。新设计机器的墙板厚度是同幅面模切机墙板厚度的 1.3 倍;加强筋厚度为同幅面模切机加强筋厚度的 2 倍。另外新设计的上平台配重孔横截面形状为工字形,同等条件下,可以实现更大的抵抗弯曲变形能力。
  
  关键词:深压纹模切机;双轴凸轮驱动;保压时间
  
  ABSTRACT
  
  Deep pressure pattern cutting process is tobacco, skin care products, high-end giftbox and other products used in the packaging of a processing process, through the deeppressure pattern process to improve the grade of the product. However, the existing deeppressing process is achieved through a die-cutting machine, which can only meet therequirements of a small area of pressing lines. When the existing die-cutting machine isused for the backlog work on the large surface, there is a shallow depth of pressing lines,and the wall plate is easy to break. In view of the above problems, the key structure andkey technology of the deep press die cutting machine are studied in this paper. Thedetails are as follows:
  
  In order to improve the holding time of the deep pressing die cutter, the cam drivemechanism is used instead of the crankshaft double elbow rod drive mechanism, and theshape of the cam is adjusted according to the process requirements to control the time ofthe moving platform in the highest position.
  
  In order to reduce the motion impact caused by the up and down operation of themoving platform, the sine motion rule is corrected so that the acceleration of the movingplatform is zero at the highest position and the starting position, and the maximumspeed and maximum acceleration of the moving platform are not in the same position.
  
  In order to improve the compressive uniformity of the deep pressure die-cuttingmobile platform, the use of a two-axis drive mechanism instead of a traditionalsingle-axis drive mechanism can increase the distance between the support points, andthe deflection of the surface of the moving platform can be reduced by more than 11 %.
  
  In order to improve the die-cutting pressure of the deep pressing die-cuttingmachine, the dynamic characteristics of the main parts such as the wall board, the upperand lower platforms, and the transmission mechanism were analyzed. The thickness ofthe wall panel of the new design machine is 1.3 times that of the wall panel of the samesurface die cutter; The thickness of reinforcing bars is 2 times that of reinforcing bars inthe same surface die-cutting machine. In addition, the shape of the cross section of thenewly designed counterweight hole on the platform is a work shape. Under the sameconditions, it can achieve greater resistance to bending deformation.
  
  KEYWORDS:
deep pressure pattern cutting machine; double shaft cam drive; pressureholding time。
  
  1 绪论
 
  
  1.1 课题研究背景及意义

  
  随着经济的发展、人们生活水平的提高以及世界经济一体化进程的不断加快,人们不仅对于产品的内在质量有了更高的要求,而且对于产品的外在包装也有了更高的关注度。深压纹模切机作为一种典型的印后包装表面整饰功能机型[1],其主要功能是用来实现包装纸盒、不干胶卡片、景区纪念品等产品的印后精加工,也可用于塑料制品、皮革制品等的表面处理。
  
  各种产品采用深压纹模切机进行加工后,其使用价值、艺术价值、产品档次都有了很大程度上的提高。深压纹模切工艺不仅可以使产品的外观精致挺括,起到锦上添花的作用,还可使得产品更富有立体的艺术效果,增强其在市场上的竞争力[2]。
  
  当前,国内的模切机正在向着高速度、高精度、高稳定性、全自动化、功能多元化的方向发展。将印刷机与印后设备进行联线作业,可以在很大程度上解放劳动力,更重要的是可以提高整个生产线的生产速度,降低生产成本,实现资源利用的最大化。但是,印刷行业的普遍印刷速度可以达到 12000 ? 15000张/小时,而国产模切机的模切速度一般保持在 5500 ? 7500张/小时,模切机的模切速度无法与印刷机的印刷速度进行匹配,因此,整个生产链的速度无法实现真正意义的同步。如何提高模切机等印后设备的工作速度,使国产印后设备完成一次质的飞跃,成为了整个行业亟待解决的重大课题。
  
  七十年代末、八十年代初,国内开始研制与开发自动平压平模切机,改革开放之后,国内的印刷包装行业逐渐和世界包装行业接轨,国内的制造业也得到了一定程度的发展。但我国自动平压平模切机的设计制造很大程度上依旧来源于对国外先进产品的测绘,采用经验的设计方法进行生产设计,很少应用现代先进的设计方法对产品进行动态的研究与分析,虽然经过长时间的引进、消化、吸收已经逐步走上自主研发的道路,但在开发设计高档产品时,仍然缺乏可靠的理论基础和理论依据。
  
  卧式自动平压平模切机的主机模压单元是该机型最核心的一个单元,而施压机构和传动机构是其中的关键环节,其运动性能的好坏将直接影响整机的速度、精度、稳定性。本课题所要研究的深压纹模切机作为模切机的一个功能机型,其在结构上与普通意义上的模切机并无太大差别,不同之处仅仅在于深压纹模切机要求模切的保压时间尽可能的长,要求模切的工作压力尽可能的大。
  
  鉴于国内模切机厂商对于施压机构和传动机构的设计并未完全掌握,故本课题研究的主要目的就是基于传统动平台驱动机构,为了满足深压纹模切机的生产需要,提出气压传动、液压传动、凸轮传动三种设计方案,最终确定一种新型双轴凸轮从动件系统驱动动平台运动的方案,该方案可改善动平台的运动以及动力特性,进而对实际生产产生一定的指导意义。

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  1.2 国内外发展现状
  1.2.1 深压纹模切机概述
  1.2.2 国内发展现状
  1.2.3 国外发展现状
  
  1.3 现存问题分析
  1.4 本课题主要研究内容
  
  2 动平台驱动机构工作原理与方案设计
  
  2.1 概述

  
  2.2 常见几种动平台驱动机构
  2.2.1 曲轴驱动动平台机构工作原理
  2.2.2 液压驱动动平台机构工作原理
  2.2.3 气压驱动动平台机构工作原理
  
  2.3 凸轮驱动动平台机构工作原理
  
  2.4 小结
  
  3 凸轮驱动动平台机构设计与仿真分析
  

  3.1 概述
  3.2 动平台运动规律的选择
  3.3 驱动凸轮相关参数的确定
  3.4 驱动凸轮轮廓线的设计
  3.5 凸轮驱动机构的仿真分析
  3.6 小结
  
  4 墙板等关键结构的强度刚度分析
  
  4.1 概述
  4.2 上平台的强度刚度分析
  4.3 墙板的强度刚度分析
  4.4 小结
  
  5 驱动机构试验台测试实验
  

  5.1 概述
  5.2 模切机压力测试
  5.2.1 模切压力的理论分析
  5.2.2 模切压力的样机测试
  5.3 模切机振动测试
  5.4 小结

  6.结论

  本课题针对深压纹模切机的主机模切单元进行了为期将近两年的理论研究与实习实践,得到一些结论的同时,也存在一些不足之处。

  (1)本课题运用复数矢量法对传统的双肘杆驱动机构进行运动学分析,得出各关键点以及杆件质心位移、速度、加速度方程,通过查阅诸多文献以及对模切机的深入了解,动平台在工作过程中会出现“倾斜式上升、倾斜式”的运动特点,这一运动特性对模切精度会产生一定的影响,还会加快主要零部件的损坏,缩短其使用寿命。

  (2)为了改善动平台的运动特性,提出气压传动、液压传动、凸轮传动三种新型动平台驱动方案,通过对各个方案的优缺点对比分析,最终确定采用双轴凸轮传动机构的方案。

  (3)对双轴凸轮传动机构进行设计,包括从动件运动规律的选择、主要参数的确定、凸轮轮廓线的设计等,并通过 Ansys 仿真分析,进一步确定了该方案的合理性与可行性。

  (4)通过对上平台、操作面墙板、传动面墙板的静力学分析,对其强度与刚度的薄弱环节进行了针对性的加强。在加强整体结构承载力的同时,也在一定程度上提高了整机的模切压力。

  (5)对凸轮驱动机构进行样机振动测试,通过对测试数据的处理分析,可以得出模切机的振动趋势,在后续的工作中可以对该机型进行整体振动的预期估计。

  不足之处:墙板等大型铸件的生产周期较长,在进行振动测试期间,双轴凸轮传动机构中的全部零部件并未安装完整,仅对凸轮驱动部分进行了振动测试。

  同时,由于理论研究时间有限和自身理论水平有待提高等诸多因素,本课题并未对动平台的驱动机构进行深入的动力学分析
  
  参考文献

    鲁楠. 深压纹模切机关键技术研究[D]. 北京印刷学院 2019
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