Du rouleau maître au produit fini : une explication détaillée du flux de processus et de l'innovation technologique des machines de découpe de films de haute précision

introduction

Dans l'industrie moderne, les films minces (tels que le BOPP, le BOPET, le PE, les séparateurs de batteries au lithium, les films optiques, etc.) sont des matériaux de base utilisés dans l'emballage, l'électronique, les nouvelles énergies, l'affichage et d'autres domaines. Ces films sont généralement des « rouleaux géants » d'une largeur de plusieurs mètres et d'une longueur de plusieurs dizaines de milliers de mètres à leur sortie d'usine. Pour répondre aux besoins des clients en aval, ces rouleaux maîtres doivent être découpés en « rouleaux fendus » de largeurs, de longueurs et de diamètres spécifiques. L'équipement qui accomplit cette tâche cruciale est la refendeuse de film de haute précision. Il ne s'agit pas d'une simple refendeuse, mais d'un équipement de haute technologie intégrant la mécanique, l'électricité, la détection, le contrôle et la science des matériaux.

Partie 1 : Le flux de processus de base d'une machine de refendage de film de haute précision

Le processus de refendage de haute précision est un processus continu et précis, qui peut être principalement divisé en quatre stations principales : déroulement, traction et correction, refendage et enroulement.

1. Unité de déroulement

• Objectif : Libérer le rouleau maître en douceur et avec une tension constante.

•Processus:

◦ Alimentation : La bobine principale est placée avec précision sur la bobine de déroulement par le chariot d'entraînement ou de chargement, et l'arbre d'expansion d'air se dilate pour fixer le noyau de la bobine.

◦ Docking : Lorsque l'ancienne bobine maîtresse est sur le point d'être épuisée, un dispositif d'alimentation automatique (tel qu'un bras oscillant ou une table d'accueil) est utilisé pour connecter la tête de la nouvelle bobine maîtresse à l'extrémité de l'ancienne bobine maîtresse via une bande, afin d'obtenir une production continue sans arrêt, ce qui améliore considérablement l'efficacité.

◦ Contrôle de la tension : Le moteur de déroulement fonctionne en mode de contrôle du couple (tension), fournissant un couple de freinage inverse via un embrayage à poudre magnétique, un servomoteur, etc., afin d'établir la tension de déroulement initiale et contrôlable. Ceci constitue la base pour garantir la stabilité des processus ultérieurs.

2. Tension et EPC Unit

• Objectif : Maintenir la tension du film stable et centrée pendant le déplacement.

•Processus:

◦ Rouleau de traction : Entraîné par un servomoteur indépendant pour contrôler précisément la vitesse linéaire du film, il constitue la référence pour la vitesse de l'ensemble du système.

◦ Rouleau flottant : Il s'agit d'un important dispositif de détection de tension. Chargé par un cylindre ou un contrepoids, il change de position en fonction de l'écart entre la tension réelle et la valeur de consigne. Le système de contrôle ajuste dynamiquement le couple de déroulement en temps réel en fonction du signal de déplacement du rouleau flottant afin d'obtenir un contrôle de tension en boucle fermée et de garantir que le film reste toujours sous tension, sans déformation, pendant le processus de refendage.

◦ Contrôleur de position des bords (EPC) : Il est composé d'un capteur de bord (CCD ou à ultrasons) et d'un actionneur de guidage. Le capteur détecte la position des bords du film en temps réel et, dès qu'un décalage se produit, le système de contrôle commande immédiatement le mécanisme de correction (cadre de déroulement mobile ou groupe de rouleaux de traction) pour un réglage fin latéral (direction MD) afin de garantir que le film se déplace toujours sur le trajet prédéfini, condition essentielle à une découpe de haute précision.

3. Unité de refendage

• Objectif : découper avec précision de larges films en plusieurs bandes étroites de matériau.

• Méthode de refendage :

◦ Coupe par cisaillement :

▪ Principe : Similaire à des ciseaux. La tête de coupe supérieure (lame circulaire) forme une paire de cisailles avec le rouleau de coupe inférieur (rouleau en acier trempé ou rouleau de coupe avec couteau inférieur).

Caractéristiques : Les bords coupés sont plats, lisses et sans poussière. Convient aux films épais et durs (tels que le PET, le PP et les films composites). Il s'agit de la méthode de découpe de haute précision la plus couramment utilisée.

◦ Coupe au rasoir / Coupe au score :

▪ Principe : Une lame circulaire tranchante exerce une pression sur la surface du film, le coupant. La profondeur de coupe de la lame est cruciale, nécessitant souvent des coupes précises à travers le film sans endommager les rouleaux de protection sous-jacents.

▪ Caractéristiques : Convient aux films extrêmement fins et souples (tels que les films plastiques PE, CPP, séparateurs de batteries au lithium). Un mauvais réglage est sujet aux bavures et à la poussière.

◦ Coupe par écrasement : moins utilisé pour le refendage de haute précision, principalement utilisé pour les tissus non tissés et autres matériaux.

4. Unité de rembobinage

• Objectif : Enrouler plusieurs films fendus en rouleaux finis avec une apparence soignée et une élasticité constante.

•Processus:

◦ Méthode d'enroulement : C'est le cœur de la technologie, il existe deux types principaux :

▪ Enroulement central : L'arbre d'enroulement est entraîné directement par la puissance. La structure est simple, mais à mesure que le diamètre de la bobine augmente et que la vitesse linéaire reste constante, la tension de la bague extérieure augmente, ce qui peut facilement entraîner un desserrage à l'intérieur et un serrage à l'extérieur, voire un froissement du film.

▪ Enroulement en surface : Le tube de papier est rembobiné par un rouleau à friction à entraînement actif (rouleau en caoutchouc). Ce système assure une vitesse linéaire en surface et une pression d'enroulement constantes, et la bobine présente une dureté uniforme, idéale pour les matériaux souples et fins. Les machines de refendage haut de gamme modernes utilisent souvent un enroulement hybride centre/surface, combinant ainsi le meilleur des deux mondes.

◦ Enroulement à bras oscillant incurvé : couramment utilisé dans les machines de refendage à grande vitesse. Il est doté de deux arbres d'enroulement, qui, lorsqu'un est plein, basculent instantanément sur l'autre arbre vide, permettant un déchargement automatique sans interruption. L'efficacité de production est extrêmement élevée.

◦ Surveillance et réglage en ligne : Équipé de capteurs à ultrasons ou CCD, surveillance en temps réel du diamètre de l'enroulement, du bord (cœur de chou) et des défauts de surface, et exécution automatique du contrôle de la tension conique (réduction linéaire de la tension avec l'augmentation du diamètre de la bobine pour assurer une étanchéité constante des couches intérieures et extérieures) et réglage de la pression.

Partie 2 : Analyse approfondie des innovations technologiques clés

La « haute précision » des machines de refendage de haute précision se reflète dans la taille (largeur), la qualité (apparence) et l'efficacité, qui sont à l'origine de l'intégration et de l'innovation profondes de multiples technologies.

1. Système intelligent de contrôle de tension à plusieurs niveaux

• Technologie traditionnelle : contrôle en boucle ouverte ou semi-fermée, grandes fluctuations de tension.

• Technologie innovante : contrôle de tension adaptatif en boucle entièrement fermée et à plusieurs étages.

◦ Le système divise l'ensemble du parcours en plusieurs sections de contrôle de tension, telles que la zone de déroulement, la zone de traction et la zone d'enroulement.

◦ Des rouleaux flottants ou des capteurs de tension de haute précision sont utilisés comme éléments de rétroaction.

◦ L'acquisition en temps réel des signaux par PLC et contrôleur de mouvement haut de gamme, via un algorithme PID et d'anticipation, corrige non seulement l'erreur de courant, mais prédit également les perturbations causées par les variations de vitesse et de diamètre des rouleaux, compense à l'avance et assure un contrôle de tension ultra-stable. Ceci est essentiel pour éviter le froissement et la déformation par étirement du film.

2. Système de guidage de haute précision (EPC)

• Technologie traditionnelle : capteur analogique, réponse lente, faible précision.

• Technologie innovante : capteur numérique CCD/laser + servo variateur haute vitesse.

◦ La précision de détection du capteur numérique peut atteindre ± 0,1 mm ou même plus.

◦ Servomoteur comme actionneur avec temps de réponse extrêmement rapide (millisecondes).

◦ Les algorithmes de contrôle avancés peuvent faire la distinction entre la gigue naturelle et la déviation réelle des matériaux, éviter la surcorrection et obtenir une correction de déviation « stable, précise et douce ».

3. Inspection visuelle en ligne et système de réglage automatique de la distance des outils

• Technologie traditionnelle : mesure manuelle de la largeur, réglage manuel de la position de l'outil lors de l'arrêt, faible efficacité et grande erreur.

• Technologie innovante :

◦ Installez une caméra à balayage CCD à matrice linéaire après la découpe ou avant l'enroulement pour surveiller la largeur de chaque bande en temps réel.

◦ Les données de mesure sont renvoyées au système de contrôle et comparées à la valeur définie.

◦ Le porte-outil, commandé par le servomoteur d'entraînement, compense automatiquement les déplacements de l'ordre du micron, permettant ainsi un contrôle en temps réel et en boucle fermée de la largeur de refente afin de garantir une largeur constante de chaque rouleau. Ceci est crucial pour les films électroniques aux tolérances extrêmement strictes.

4. Jumeau numérique et O&M intelligents

• Technologie innovante : c’est typique des applications de l’Industrie 4.0.

◦ Collecter les données de fonctionnement des équipements (vibration, température, courant, pression, etc.) via des capteurs pour construire un jumeau numérique de la machine de refendage dans le cloud.

◦ En utilisant le Big Data et les algorithmes d'IA, la maintenance prédictive (alerte précoce de l'usure des outils et des défaillances des roulements), la recommandation d'optimisation des paramètres de processus (recommandation de paramètres optimaux de tension, de vitesse et de pression pour différents matériaux) et le diagnostic à distance peuvent considérablement améliorer l'efficacité globale de l'équipement (OEE) et réduire les coûts de maintenance.

5. Fabrication de précision des composants de base

• Technologie innovante :

◦ Axe pneumatique : Précision d'équilibrage dynamique extrêmement élevée pour garantir un fonctionnement sans vibrations à haute vitesse.

◦ Porte-outil de refendage : des matériaux spéciaux et des procédés de traitement thermique sont utilisés pour garantir la résistance à l'usure et un entretien de précision pour une utilisation à long terme.

◦ Cadre global : Conception optimisée par analyse par éléments finis (FEA), utilisant des matériaux à haute rigidité, pour assurer une structure stable à grande vitesse et à tension énorme, sans déformation ni vibration.

conclusion

Des bobines maîtresses massives aux bobines finies de haute qualité, les machines de refendage de film de haute précision offrent un ballet de tension, de vitesse et de précision. Leur processus, apparemment linéaire et simple, est en réalité riche en processus physiques dynamiques et complexes qui doivent être contrôlés avec précision en temps réel.

L'innovation technologique des machines de refendage modernes de haute précision est passée de la simple optimisation de la structure mécanique à l'intégration poussée de la mécatronique, de la détection, de la numérisation et de l'intelligence. Ce n'est plus un appareil isolé, mais un nœud de données au sein d'une usine intelligente. Grâce à un flux de données continu, il optimise continuellement ses performances et offre aux clients des solutions à forte valeur ajoutée, de haute qualité et à haut rendement, allant au-delà de la refendage traditionnel. Il est devenu un équipement clé indispensable dans la chaîne industrielle des films haut de gamme.