Le défi des machines de refendage de feuilles métalliques : haute tension et réglage des paramètres de haute précision

Examinons de plus près les défis et les solutions rencontrés par les machines de refendage de feuilles métalliques en haute tension et paramétrage de haute précision. Il s'agit d'un problème crucial et spécifique, directement lié à la qualité, à l'efficacité de la production et au coût du produit final.

L'essence du défi principal

Les feuilles métalliques (comme les feuilles de cuivre et d'aluminium pour les batteries au lithium, les feuilles de blindage dans l'industrie électronique, etc.) sont extrêmement fines (jusqu'à 6 μm, voire moins), faciles à étirer, à froisser et à déchirer. Elles ressemblent à un film plastique extrêmement fragile qu'il faut tendre.

• Exigences de tension élevées : une tension suffisante doit être appliquée pour garantir que la feuille soit plane, bien alignée et ne se froisse pas pendant le processus de découpe. La tension est le principal moyen de contrôler la stabilité du matériau.

• Exigences de haute précision : L'exigence finale est que la tolérance de largeur de la bande après refendage soit extrêmement faible (par exemple ± 0,02 mm), que les bords soient exempts de bavures, de poussière et de bords ondulés, et que l'enroulement soit soigneusement enroulé (rouleau de somme de chou), et qu'il ne devrait y avoir aucun problème tel que l'effondrement et le gauchissement.

Le défi est que ces deux besoins sont contradictoires.

• Tension trop faible : le matériau est lâche, ce qui entraîne des plis, des méandres (déviations), ce qui entraîne une mauvaise coupe, un enroulement irrégulier et même une incapacité à produire normalement.

• Tension excessive : les feuilles extrêmement fines peuvent être étirées, voire rompues (faible résistance à la traction). Même sans rupture, un étirement excessif entraînera une déformation plastique du matériau (allongement et amincissement permanents), des modifications de la structure microscopique du réseau et affectera ses propriétés physiques, comme la conductivité électrique (un défaut fatal pour les électrodes de batteries au lithium). Parallèlement, une tension excessive peut également aggraver l'usure de la lame.

Par conséquent, l’art et le défi principaux de la paramétrisation résident dans la recherche de cet « équilibre d’or » – une fenêtre de tension qui assure le fonctionnement stable du matériau sans l’endommager ni le déformer de manière permanente.

Systèmes de paramètres clés qui affectent la haute tension et le réglage de haute précision

Il ne s'agit pas de l'ajustement d'un seul paramètre, mais d'une ingénierie système nécessitant une optimisation collaborative. Elle implique principalement les aspects suivants :

1. Système de contrôle de tension

Il s'agit du « centre nerveux » de toute la machine de refendage.

• Tension de déroulement : le point de départ. Il est nécessaire de vaincre l'inertie du matériau en douceur et d'éviter tout choc de tension au démarrage.

• Tension de processus (tension de traction) : Tension devant et derrière le porte-outil de refendage. Elle est essentielle au contrôle de la planéité du matériau et à la stabilité de la vitesse de la ligne. Elle est généralement contrôlée par un capteur de tension.

• Tension de rembobinage : point final et lien le plus complexe. Un contrôle de tension conique doit être utilisé.

◦ Pourquoi un contrôle de la conicité est-il nécessaire ? À mesure que le bobinage s'effectue, le diamètre de la bobine augmente. Si une tension initiale constante est appliquée sur tout le diamètre de la bobine, le matériau le plus interne sera soumis à une pression énorme, provoquant son écrasement (plis du noyau), sa déformation, voire son incapacité à se dérouler. La couche externe se relâchera en raison d'une tension insuffisante.

◦ Comment cela fonctionne-t-il ? Le système de contrôle réduit progressivement la tension selon les courbes de conicité prédéfinies (conicité linéaire, courbe concave, courbe convexe) en fonction du diamètre de bobine calculé en temps réel. Le réglage de la conicité (tension initiale et rapport de conicité) est essentiel à la qualité de la rétraction.

2. Paramètres de vitesse et d'accélération

• Pente d'accélération et de décélération : Le processus d'accélération et de décélération doit être fluide. Une accélération excessive génère une tension d'inertie importante, ce qui facilite la déchirure du film. Une décélération excessive peut entraîner un relâchement et un empilement du matériau. Il est nécessaire de définir une courbe d'accélération et de décélération douce, adaptée à la tension du matériau.

• Vitesse de fonctionnement : À grande vitesse, de l'air risque de se loger entre les bobines, formant un « axe d'air » pouvant entraîner un enroulement imprécis. Parallèlement, la vitesse de réponse élevée au contrôle de tension est extrêmement élevée, et la moindre fluctuation sera amplifiée.

3. Paramètres du système de correction

• Vitesse de réponse de correction : Le système détecte les écarts de position des bords et prend des mesures correctives. Une réponse trop lente entraîne une déviation ; une réponse trop rapide et trop sensible entraîne des oscillations à proximité de la position correcte, formant ainsi un « bord ondulé ».

• Gain de correction : détermine l'intensité de l'action de correction. Il doit être ajusté avec précision en fonction des propriétés du matériau et de la vitesse de fonctionnement.

4. Paramètres de l'outil

• Jeu de l'outil (jeu entre la tête de coupe supérieure et inférieure) : Ce jeu est essentiel pour la qualité et la réduction des bavures du tranchant. Un jeu trop faible entraîne une usure rapide de l'outil et la formation de copeaux métalliques. Un jeu trop important empêche la découpe du matériau et produit des bavures et des arrachements importants. Pour les feuilles très fines, les jeux doivent souvent être réglés à l'échelle du micron.

• Chevauchement des bords (pour cisaille à couteau rond) : même réglage précis, généralement de 1/2 à 1/3 de l'épaisseur du matériau.

• Faux-rond et faux-rond de l'outil : la précision de l'outil détermine directement la précision de la découpe. Les machines de découpe de haute précision nécessitent un faux-rond minimal.

Stratégies et solutions pour atteindre un équilibre entre haute précision et haute tension

1. Le matériel de haute précision est la base

◦ Cadre à haute rigidité : garantit que l'ensemble du fuselage est exempt de déformation et de vibration sous haute vitesse et haute tension.

◦ Servomoteurs et variateurs de haute précision : assurent un contrôle stable et réactif du couple et de la vitesse.

◦ Codeur haute résolution : retour précis en temps réel sur la position et la vitesse de chaque rouleau.

◦ Capteur de tension sensible et actionneur pneumatique/électrique stable : forme une boucle de contrôle de tension en boucle fermée rapide et précise.

◦ Outils de haute qualité : des lames de meulage ultra-précises sont utilisées et une précision de montage extrêmement élevée est garantie.

2. Algorithmes et logiciels de contrôle avancés

◦ Contrôle de tension adaptatif/prédictif : les machines de refendage avancées modernes utilisent des algorithmes plus sophistiqués pour prédire les perturbations de tension causées par l'accélération et la décélération, les joints de matériaux et d'autres facteurs, et les compenser à l'avance, plutôt que d'attendre que les perturbations se produisent avant de les corriger.

◦ Modèle de tension conique à plusieurs étages : fournit des paramètres de courbe de tension d'enroulement plus flexibles pour s'adapter aux besoins de différents matériaux et noyaux.

◦ Fonction de recette de paramètres : enregistrez les paramètres de réussite de différents matériaux (feuille de cuivre, feuille d'aluminium, etc.), d'épaisseurs et de largeurs différentes sous forme de recettes. Appel en un clic lors du changement de produit, réduisant considérablement le temps de débogage et les rebuts.

3. Méthodes de débogage systématiques

◦ Principe du bas vers le haut : Lors du réglage initial, les paramètres tels que la tension et la vitesse doivent commencer à partir d'une valeur inférieure et augmenter progressivement jusqu'à ce que l'état optimal de fonctionnement stable soit atteint.

◦ Stéthoscope et microscope :

▪ Écouter : si l’équipement fonctionne correctement et s’il y a des bruits de frottement ou de vibration anormaux.

▪ Vérifiez : si le matériau se déroule aussi bien qu'un « miroir », s'il y a des vibrations ou des plis ; si le bord coupé est brillant et sans bavures ; si la face d'extrémité de l'enroulement est nette et uniforme.

▪ Toucher : Après avoir arrêté la machine (par mesure de sécurité), touchez l'étanchéité de l'enroulement pour sentir si sa dureté est uniforme.

▪ Mesure : Enfin, des outils tels que des micromètres et des microscopes doivent être utilisés pour détecter des indicateurs durs tels que la tolérance de largeur, la hauteur des bavures et les changements d'épaisseur des bandes de refendage, et utiliser les données pour vérifier l'efficacité du réglage des paramètres.

résumé

Le réglage haute tension et haute précision de la machine de refendage de feuilles métalliques est un projet systématique qui combine l'ingénierie mécanique, la science des matériaux, l'automatisation électrique et une vaste expérience d'exploitation.

Le défi ultime consiste à trouver une fenêtre de paramètres dynamique et optimale dans les limites physiques du matériau, grâce à un matériel sophistiqué et à un logiciel intelligent, afin d'obtenir l'équilibre parfait entre stabilité (tension élevée) et non-destructivité (haute précision). Il n'existe pas de paramètre universel, mais des bonnes pratiques adaptées à chaque équipement, matériau et environnement.