Recherche sur la relation entre la vitesse de refendage et le rendement d'une machine à refendre les rubans

Abstrait:

En tant que facteur clé de l'impression de codes-barres, la qualité du découpage détermine directement le rendu d'impression et la valeur marchande du produit final. Cet article étudie l'influence de la vitesse de découpage sur le rendement par la méthode des variables de contrôle. Il apparaît que la relation entre la vitesse de découpage et le rendement n'est pas linéaire, mais qu'il existe un intervalle économique optimal. Une vitesse trop faible peut engendrer des plis dus aux fluctuations de tension, tandis qu'une vitesse trop élevée peut provoquer des bavures, des ruptures de ruban et des dommages au revêtement en raison de l'augmentation des effets thermiques et des vibrations mécaniques. Cet article vise à fournir aux fabricants de rubans des bases théoriques et des données leur permettant d'optimiser les paramètres de production et d'améliorer leur rendement.

1. Introduction

Avec le développement rapide de la logistique, des soins médicaux, du commerce électronique et d'autres secteurs, la demande de rubans pour l'impression par transfert thermique augmente d'année en année. Ces rubans sont généralement composés d'un substrat en film polyester extrêmement fin (PET, généralement de 4,5 à 6,0 μm d'épaisseur), recouvert d'un revêtement arrière résistant à la chaleur et d'une couche d'encre à base de cire ou de résine.

Le refendage est la dernière étape clé du processus de production de rubans. Il consiste à découper les bobines mères larges en bobines plus étroites, conformément aux spécifications du client. La vitesse de la refendeuse (généralement comprise entre 100 et 600 m/min) influe directement sur l'efficacité de la production. Cependant, une vitesse trop élevée entraîne souvent une chute brutale du rendement et, par conséquent, un gaspillage de matière première.

Par conséquent, l'étude de la relation intrinsèque entre la vitesse de refendage et le rendement revêt une grande importance pour équilibrer l'efficacité de la production et la qualité du produit.

2. Matériel et méthodes expérimentaux

2.1 Équipement expérimental

• Équipement de refendage :un certain type de machine à refendre spéciale à ruban à grande vitesse (équipée d'un système de contrôle de tension en boucle fermée et d'un système de correction de déviation ultrasonique).

• Matériel:Bobine maîtresse de ruban de 650 mm de largeur, épaisseur du substrat de 5,0 μm (substrat mince très sensible), classe d'adhérence du revêtement d'encre A.

• Outils d'inspection: Loupe 10x, tensiomètre numérique, testeur de rugosité de surface.

2.2 Méthodes expérimentales

Le gradient de vitesse de refendage est défini comme suit : 150 m/min, 250 m/min, 350 m/min, 450 m/min, 550 m/min.

La tension initiale de déroulement (25 N), la pression du rouleau d'enroulement ainsi que la température et l'humidité ambiantes (23 ± 2 °C, 50 % HR) ont été maintenues constantes dans chaque groupe. Le refendage de 10 rouleaux a été effectué en continu à chaque vitesse (spécification : 110 mm/300 m), et le rendement a été calculé.

Définition du rendement :

Parmi eux, les produits non conformes comprennent : un mauvais alignement de la face d'extrémité (>0,5 mm), une rupture électrostatique, des bavures importantes et des rubans d'impression cassés causés par une tension d'enroulement incohérente.

3. Résultats expérimentaux et analyse des données

Une fois les données expérimentales triées, la courbe de relation entre la vitesse de refendage et le rendement est tracée comme indiqué dans le tableau suivant :

Analyse des tendances :

1. Zone à vitesse réduite (< 200 m/min): Bien que la stabilité mécanique soit bonne, la faible vitesse entraîne une prolongation du temps de refendage, et la sensibilité de réponse du système de tension diminue à très basse vitesse, ce qui est sujet au « rampage », ce qui fait que la netteté de la face d'extrémité est légèrement inférieure à celle de la zone de vitesse moyenne.

2. Zone de vitesse moyenne (200-350 m/min)Cette zone est la « zone dorée ». La résonance mécanique de la machine à refendre a été efficacement supprimée, le système de contrôle de la tension était dans la plage de réponse optimale et le rendement a atteint son maximum (98,5 %).

3. Zone à grande vitesse (>400 m/min)Avec l'augmentation de la vitesse, le rendement chute significativement. Lorsque la vitesse dépasse 500 m/min, le rendement passe sous la barre des 90 %, rendant la production continue quasi impossible.

4. Discussion du mécanisme

4.1 Vibrations mécaniques et mécanisme de coupe du tranchant

Le découpage des rubans s'effectue par cisaillement du film à l'aide d'une lame circulaire (ou d'un rasoir). Lorsque la vitesse de découpage augmente :

• Temps de contact réduit avec les bordsLe temps d'interaction entre l'outil et le film est réduit, ce qui exige des forces de cisaillement instantanées plus importantes. Si l'axe est mal équilibré, les micro-vibrations générées à haute vitesse peuvent provoquer des collisions à haute fréquence entre la lame et le bord du substrat, formant des « bords irréguliers » ou de la « poudre blanche » (détachement de particules de revêtement).

• Élévation de la température de l'outilPour les rubans à base de cire à bas point de fusion, une température élevée locale fera fondre l'encre et adhérera au bord de coupe, formant des « bords accumulés » qui rayeront la surface du film suivant et endommageront le revêtement.

4.2 Couplage de tension et déformation

Le substrat en ruban est extrêmement fin et présente une viscoélasticité prononcée.

• À basse vitesseLe contrôle de la tension est relativement simple, mais un temps trop long avant le début de la section d'accélération peut affecter le gradient de rigidité de l'enroulement.

• À grande vitesseLa différence d'inertie entre l'enroulement et le déroulement augmente brusquement. Le temps de réponse du capteur de tension étant trop long, la tension instantanée exercée étire le substrat, provoquant un rétrécissement. Lorsque la tension dépasse la limite d'élasticité du substrat, elle peut même entraîner une rupture des bandes (principale cause de la chute brutale du rendement à haute vitesse). De plus, lors de l'enroulement à grande vitesse, de l'air est emprisonné entre les couches de film, formant des plis en étoile au niveau du noyau et affectant considérablement la régularité du défilement du papier pendant l'impression.

4.3 Effet d'accumulation électrostatique

Le substrat PET est un isolant. Plus la vitesse de découpe est élevée, plus le décollement et le frottement entre le film, le rouleau de guidage et l'outil sont rapides, et plus la densité de charge électrostatique générée augmente de façon exponentielle.

• ConséquencesL'électricité statique attire la poussière et provoque des défauts de type points blancs, mais aussi un rejet mutuel ou une forte adhésion entre les couches de film lors de l'enroulement, entraînant des déviations ou des adhérences. Dans les cas les plus graves, la décharge électrostatique forme de minuscules trous, ce qui conduit directement à la mise au rebut de ce segment de ruban.

5. Optimisez votre stratégie

Sur la base des recherches susmentionnées, afin d'améliorer le rendement du refendage à grande vitesse, les mesures suivantes sont recommandées :

1. Définir le seuil de vitesse optimal :

Pour les rubans à substrat mince (moins de 5,0 μm), il est recommandé de maintenir la vitesse de découpe entre 250 et 350 m/min. Pour les rubans à base de résine d'épaisseur supérieure à 6,0 μm, une augmentation appropriée jusqu'à 400 m/min peut être envisagée.

2. Optimisation de la variation de tension :

La stratégie de « contrôle de tension à conicité variable » est adoptée. Lorsque le diamètre du rouleau augmente, la tension d'enroulement est automatiquement réduite afin d'éviter la déformation de la couche centrale due à une pression excessive sur les couches interne et externe. En fonctionnement à haute vitesse, la fonction « anticipation de l'accélération » doit être activée afin de réduire les fluctuations de tension lors des phases d'accélération et de décélération.

3. Mises à niveau du système d'outils :

Ces outils utilisent des lames circulaires en carbure de haute précision et sont équipés d'un système d'affûtage automatique à la pierre ou d'un dispositif de lubrification par pulvérisation d'huile. La pulvérisation d'une petite quantité d'agent antiadhésif (ou d'alcool) réduit le coefficient de frottement, dissipe la chaleur de coupe, prolongeant ainsi la durée de vie de l'outil et limitant les bavures.

4. Système d'élimination de l'électricité statique :

Des barres d'air ionisées à courant alternatif haute fréquence sont installées à l'entrée et à la sortie de la machine à refendre, ainsi qu'avant le bobinage, afin de contrôler la tension électrostatique à ±1 kV. Les expériences montrent que le rendement peut être augmenté de 94,5 % à 96,8 % à une vitesse de 450 m/min après l'installation d'un éliminateur électrostatique à haut rendement.

6. Conclusion

Dans cet article, les conclusions suivantes sont tirées en comparant le rendement d'une machine à refendre les rubans à différentes vitesses de refendage :

1. La vitesse de refendage est un paramètre essentiel qui influe sur le rendement des rubans. Une vitesse trop faible (< 200 m/min) risque d'entraîner des défauts d'extrémité dus à la non-linéarité du système de tension ; une vitesse excessive (> 450 m/min) peut provoquer des bavures importantes, des ruptures de bande et des dommages au revêtement en raison des vibrations mécaniques, des effets thermiques et de l'accumulation d'électricité statique.

2. Il existe une plage de vitesses optimale pour le refendage des rubans. Pour les rubans conventionnels, la vitesse de fonctionnement recommandée est de 250 à 350 m/min, et le rendement peut être maintenu de manière stable au-dessus de 98 % dans cette plage.

3. La clé de l'amélioration du rendement de refendage à grande vitesse réside dans la synergie multi-technologique : contrôle de tension en boucle fermée avancé, système d'arbre de coupe à équilibrage dynamique de haute précision et dispositif d'élimination statique efficace.

Dans un contexte de concurrence de plus en plus féroce dans l'industrie du ruban et de hausse des coûts des matières premières, l'étude approfondie de la relation de couplage entre la vitesse de refendage et le rendement, ainsi que la recherche du meilleur équilibre entre « efficacité » et « qualité » grâce à un contrôle précis des processus, constituent le principal moyen pour les entreprises de production de réduire leurs coûts et d'accroître leur efficacité.