Kiedy zajmujemy się tematem jakości oraz badań, subiektywne czynniki jakościowe stają się koszmarem. Od dziesięcioleci param się kwestią poprawy jakości procesu bigowania, ponieważ bigowanie określa w sposób zasadniczy funkcjonalność każdego opakowania.
Aby możliwe było poprawienie jakiegoś procesu, należy najpierw ustalić status quo, a to okazało się niezwykle trudne. Jakość bigowania w procesie produkcyjnym była zawsze uzależniona od subiektywnej oceny pracowników pracujących przy maszynie sztancującej. Testy jakości przeprowadzano w laboratorium, przy użyciu czułych urządzeń pomiarowych mierzących odporność na zginanie. Jednakże na tym etapie zwracano uwagę przede wszystkim na jakość kartonu; samo przetłoczenie bardzo rzadko stanowiło temat badań.
Weźmy pod lupę najpierw proces bigowania. W procesie tym za pomocą linii bigującej oraz matrycy zostaje wytworzone ciśnienie rozrywające. Powoduje to kontrolowane rozerwanie połączenia warstw kartonu, skutkujące celową redukcją jego stabilności, a tym samym umożliwia bardzo precyzyjne jego zgięcie. Nie chcę tu wdawać się w kwestie, jakie materiały podlegają obróbce po stronie zadruku, a jakie po stronie wewnętrznej. Jest to zależne od obrabianego materiału oraz od żądanej formy gotowego opakowania. W przypadku papieru i kartonu mamy więc do czynienia z wyraźną deformacją w porównaniu z materiałami sztywnymi takimi jak metal czy tworzywo sztuczne. Papier oraz karton składają się z wielu warstw materiału spojonych włóknami, które podczas bigowania ulegają celowemu rozdzieleniu. Jednakże – jak w przypadku każdej produkcji przemysłowej – deklarowanym celem jest maksymalne zbliżenie warunków badań do warunków procesu produkcyjnego, ponieważ tylko w ten sposób możliwe jest zapobieżenie powstawaniu strat materiałowych oraz utracie wartości. Nie można więc uznać za zadowalające bazowanie podczas kontroli jakości produkcji na optycznych i dotykowych wrażeniach pracowników. Kontrola przetłoczenia jedynie w oparciu o wzrok oraz kontrola jakości zagniecenia w oparciu o wrażenia dotykowe z pewnością nie mogą być uznane za kontrole gwarantujące powtarzalność wyników. Zdecydowanie nie można podawać tu w wątpliwość doświadczenia maszynisty, niemniej faktem jest, że brakuje norm oraz wartości pomiarowych dla takiego parametru. Tak więc dysponowanie przy maszynie urządzeniem pomiarowym pozwalającym na osiągnięcie dokładnych i powtarzalnych wartości zwiększa niewątpliwie bezpieczeństwo produkcyjne.
W szeregu prowadzonych przez nas pomiarów określiliśmy związek pomiędzy powstawaniem przetłoczenia a odpornością na zginanie. Poddaliśmy więc próbki podwójnemu badaniu. Za pomocą nowoczesnych optycznych urządzeń pomiarowych (np. miernika CREASY) możliwe jest bezdotykowe wykonanie pomiaru przetłoczenia. Pozwala to na poddanie identycznych próbek dokładnemu badaniu odporności na zginanie. Podczas przeprowadzanych przez nas testów wykorzystywaliśmy miernik firmy Lorentzen & Wettre, który mamy do dyspozycji w naszym laboratorium badania jakości. Udało nam się jednoznacznie udowodnić związek pomiędzy przetłoczeniem a odpornością na zginanie. Tym samym możliwe jest więc ustalenie obiektywnych wartości tolerancji jakości dla każdego materiału, a jakość bigowania staje się wartością mierzalną. To jednak dopiero pierwszy krok; naszym celem było bliższe poznanie całego procesu.
Kolejnym krokiem było zbadanie zależności pomiędzy stopniem zużycia kanałów bigujących a tworzeniem przetłoczenia. Do tej pory także w tej kwestii byliśmy zdani na mniej naukowe metody. Kanały bigujące były mierzone za pomocą lup pomiarowych lub nawet suwmiarek. Tego typu kontrola w żaden sposób nie może konkurować z kontrolą prowadzoną przy zastosowaniu urządzeń mikroskopowych. Jednocześnie jednak nie praktykuje się stosowania przy każdej maszynie mikroskopu regulowanego optycznie. Skupiliśmy się więc na stworzeniu wytrzymałego, podręcznego miernika, który umożliwiałby przeprowadzenie stabilnych pomiarów optycznych kanałów bigujących podczas produkcji. Nie miał mieć znaczenia fakt, czy kanały te znajdowałyby się w kontrbigach, płytach Pertinax czy stalowych płytach bigujących, ponieważ wszystkie z wymienionych dotychczas materiałów podlegają procesowi zużycia. Za pomocą naszego symulatora bigowania byliśmy w stanie przeprowadzić setki tysięcy procesów bigowania i skontrolować stopień zużycia przeciwmatryc. Nasze testy zostały przeprowadzone przy zastosowaniu materiału 300 g/m2 RenoDiMedici Serviboard GD2 oraz linii bigujących 23,4x0,71 mm. Dodatkowo zastosowano kontrbigi, matryce Pertinax i płyty stalowe z rowkami 0,4x1,3 mm w kierunku zgodnym z biegiem włókien oraz 0,4x1,4 mm w kierunku przeciwnym do biegu włókien. Po wykonaniu 150 000 procesów bigowania stwierdzono zużycie krawędzi bigujących zarówno w przypadku kontrbigów, jak i matryc Pertinax; płyta stalowa nie wykazywała jeszcze obecności mierzalnego zużycia krawędzi bigujących. W przypadku kontrbigów oraz płyt Pertinax spowodowało to poszerzenie przetłoczenia, a tym samym wpłynęło na pogorszenie się jakości rozerwania połączenia warstw materiału bigowanego. Wartości pomiarowe odczytane z urządzenia Lorentzen & Wettre także przy zastosowaniu kontrbigów znajdowały się jeszcze w zakresie tolerancji.
Test został następnie powtórzony w warunkach praktycznych u klienta. Podczas testu wykonano bigowanie 130 000 arkuszy na automacie sztancującym szwajcarskiego producenta; parametry narzędzi oraz regulacji były identyczne z tymi na maszynie symulacyjnej. Pomiar przetłoczenia i zużycia kanałów wykazał wartości, które jedynie minimalnie odbiegały od wartości osiągniętych w warunkach laboratoryjnych. Odchylenia szerokości przetłoczenia wynosiły od 0,01 do 0,03 mm. Przy tak niewielkich odchyleniach wyniki można ocenić jako porównywalne. Aby osiągnąć wartości graniczne dla matryc bigujących, próbę rozszerzono do 1,1 miliona procesów bigowania. W przypadku kontrbigów punkt krytyczny został osiągnięty przy 168 000 procesów bigowania, w przypadku płyt Pertinax parametry jakościowe osiągnięto przy 313 000 procesów i nawet dla płyty stalowej widoczne były ślady zużycia w kierunku przesuwu; od 623 000 procesów nawet w przypadku matrycy stalowej zauważalne było asymetryczne przesunięcie przetłoczenia.
W celu potwierdzenia wyników testu wykonano dalsze testy przy użyciu różnych materiałów. Pozwoliło to na jednoznaczne stwierdzenie, że ogólny wniosek dotyczący czasu użytkowania kanałów bigujących nie byłby poważny. Zastosowanie różnych materiałów powoduje pojawienie się znacznych różnic w procesie powstawania przetłoczenia oraz w całym procesie bigowania. Aż do tego momentu wyniki testu można ocenić jako czysto naukowe badanie, które wykazało, że ogólna wypowiedź dotycząca czasu użytkowania kanałów bigujących byłaby nieuczciwa. W jaki jednak sposób teza ta jest przydatna dla przemysłu zajmującego się obróbką kartonu oraz tektury falistej? Możliwe jest przynajmniej ustalenie mierzalnych parametrów jakościowych, a wymiana kanałów bigujących nie musi już następować jedynie w oparciu o subiektywne odczucia pojedynczych osób. Jednakże zasadniczo rzecz biorąc wynik był niezadowalający. W czasach wzrastających wymagań dotyczących jakości w przemyśle opakowaniowym konieczna jest możliwość zagwarantowania stałej jakości opakowań. Nawet gdy proces bigowania mieścił się w zakresie akceptowalnych parametrów jakościowych w odniesieniu do odporności na zginanie, osiągnięcie stałej jakości bigowania nie było możliwe przy użyciu żadnej matrycy. Dotychczas wszyscy musieli pogodzić się ze stopniowym pogarszaniem się jakości rozdzielania warstw i utratą odporności na zginanie – stan nie do zaakceptowania dla kogoś, kto zajmuje się tą tematyką od 35 lat. Za pomocą techniki Video Hi
ghspeed przyjrzeliśmy się więc procesowi bigowania w najdrobniejszych szczegółach, aby dowiedzieć się, jak dokładnie przebiega. Technika ta pozwoliła nam na uwidocznienie detali procesu bigowania zachodzącego w automatach sztancujących. Jedno stało się jasne: proces bigowania prowadzi automatycznie do deformacji zastosowanych kanałów bigujących. Wykorzystanie odpowiednio twardych materiałów opóźniało wprawdzie proces ich zużycia, nie było jednak w stanie mu zapobiec. Podczas obserwacji wideo widoczne stało się jeszcze jedno zjawisko: im twardszy był materiał, z którego wykonano kanały bigujące, tym trudniejsze stawało się opanowanie procesu produkcyjnego. Przy zastosowaniu płyt stalowych praktycznie nie można było zaobserwować efektu sprężynowania. Łapki musiały faktycznie wyciągać materiał z kanału bigującego. Pozwoliło to na wyeliminowanie w dużym stopniu efektu pracy na płycie sztancującej bez wystających kanałów bigujących. Przy zastosowaniu płyt Pertinax także dochodziło do przeciążenia punktów łączenia, a tym samym do zerwania arkusza. Wraz z przedłużaniem się czasu trwania badań stawało się coraz bardziej jasne, że pewna elastyczność kanałów bigujących jest użyteczna w procesie bigowania. Aby osiągnąć optymalny wynik, należy znaleźć kompromis pomiędzy czasem użytkowania a płynnością produkcji. Wyraźnym celem stało się opracowanie nowego kanału bigującego, który gwarantowałby zawsze stałe parametry w możliwie długim czasie. Materiał bigowany – papier, karton czy tektura falista – w idealnym przypadku powinien przy każdorazowym bigowaniu znaleźć się w takiej samej sytuacji wyjściowej. A więc znaleźć kanał bigujący, który po każdym cyklu wracałby automatycznie do pozycji wyjściowej.
Od niedawna eksperymentowaliśmy z nowatorskimi kombinacjami materiałów. Stało się to możliwe dzięki temu, że materiał do produkcji kanałów bigujących produkowaliśmy sami. Przetestowaliśmy więc setki kombinacji materiałów i w końcu 2015 roku osiągnęliśmy przełom: wyprodukowaliśmy kanały bigujące z wielowarstwowej kombinacji materiałów odpornej na rozdzielanie – solidnej bazy o elastycznej powierzchni. Te nowe kanały bigujące zostały przetestowane w sposób opisany powyżej, a zadziwiającym wynikiem było to, że przy 425 000 uderzeń nie stwierdziliśmy żadnych odchyleń przetłoczenia oraz kanałów bigujących – od pierwszego uderzenia aż po 425 000 uderzeń osiągnęliśmy dokładnie taką samą jakość bigowania. Testy praktyczne wykazały, że dodatkowo ten nowy materiał wpływa na znaczne poprawienie przepływu materiału w automacie sztancującym, co oznacza dalsze zwiększenie wydajności produkcyjnej. Stałą i mierzalną jakość bigowania dostępną w ekstremalnie długim czasie prowadzenia produkcji można prawdopodobnie określić mianem rewolucji w naszej branży. 425 000 uderzeń na opisanym materiale testowym nie wyczerpało jego możliwości, dalsze intensywne testy praktyczne wciąż jeszcze trwają.
