STRESZCZENIE: W artykule przedstawiono analizę dynamiki pras wykrawających wykroje tekturowe pudełek składanych. Porównano różne typy pras wykrawających, przedstawiono ich wady i zalety. Wykonano obliczenia ich obciążeń oraz momentów obrotowych. Na tej podstawie zaproponowano nową konstrukcję energooszczędnego segmentu wykrawającego. Obliczono parametry geometryczne takiego segmentu. ABSTRACT: For stabilizing the die-cutting process in the flat-cylinder press with pressure segment it is suggested to apply the equilibration cylinder. The geometrical parameters of pressure segment and equilibration cylinder are defined in relative values. It is set that rejection between maximal values of overturn and equilibration moment is minimum and does not affect on the effective functioning of die-cutting press.
Proces technologiczny wytwarzania wykrojów opakowań tekturowych za pomocą maszyn do wykrawania (sztancowania) zawiera szereg operacji: wycięcie kształtu opakowania z arkusza tektury, przegniatanie (bigowanie) linii zgięć, usuwanie wyciętego materiału. Pomiędzy operacjami pierwszą i ostatnią w poszczególnych sekcjach wykonywane są jeszcze takie czynności jak: usunięcie wszystkich odpadów z wnętrza wykroju wraz z odpadem z tylnej części arkusza oraz rozdzielanie użytków poprzez zniszczenie cienkich mostków między nimi i układanie ich w stosy [1]. W celu automatycznej kontroli ilości produkcji stosy formowane są w taki sposób, że zawierają pewną liczbę pojedynczych wykrojów, a górne od dolnych są oddzielane za pomocą niezadrukowanych arkuszy tektury.
Formowanie stosów tekturowych wykrojów przed ich wykonaniem poprzedza wykrawanie na automatycznych prasach. Wśród urządzeń technologicznych do produkcji wykrojów tekturowych dominuje sprzęt wykrawający, skompletowany z pras z płaskim wykrojnikiem. Wykrojniki są umieszczone na stałej górnej płycie 1 (rys. 1a) z dołączoną płaską formą sztancującą 2 i dolną płytą ruchomą 3, która, przebywając w dolnym położeniu, przepuszcza karetkę (na rysunku nie oznaczono) w celu podania obrabianych tekturowych wykrojów (KSO) do strefy wykrawania (sztancowania). Do napędzania płyty naciskowej stosowany jest mechanizm rozklinowujący, zdolny pokonywać znaczny opór technologiczny w strefie produkowania wykrojów, który osiąga setki ton. W wyniku jego obecności urządzenie wykrawające ma masywną i wielkoformatową budowę z płaskimi wykrojnikami.
Aby zminimalizować opór technologiczny w strefie sztancowania wykrojów, zaproponowano prasę płasko-cylindryczną, w której sposobem tworzenia nacisku jest cylinder 3 (rys. 1b), przemieszczający się wzdłuż poziomych prowadnic (nie zaznaczono na rysunku) [2]. Obrabiany na nim wykrój (KSO) znajduje się powyżej płaskiej formy sztancującej 2. Taka konstrukcja maszyny jest związana z obecnością wąskiego paska kontaktu cylindra z tekturą i formą, co stanowi podstawę procesu produkcji wykrojów pod warunkiem pokonywania znikomego oporu technologicznego. Jednak eksploatacja prasy płasko-cylindrycznej jest związana z koniecznością przemieszczenia masy karetki z cylindrem na stosunkowo dużą odległość, co wymaga pokonywania odpowiednich obciążeń. Ponadto cylinder naciskowy ma stosunkowo małą średnicę, co powoduje pojawienie się poziomej składowej nacisku sztancowania, która sprzyja poziomej deformacji narzędzi technologicznych formy i przesuwaniu tekturowych wykrojów.
Minimalizacja występowania negatywnych zjawisk towarzyszących korzystaniu z prasy płasko-cylindrycznej może być zrealizowana przez urządzenia wyposażone w segment cylindryczny o stosunkowo dużym promieniu [3,4]. Składa się on z płyty stałej 1 (rys. 1c), wykrojnika 2 przymocowanego do płyty segmentu cylindrycznego 3, obracającego się wokół formy obrabianego wykroju tekturowego (KSO).
Prasa działa w następujący sposób: w skrajnym lewym położeniu segment cylindryczny 3 znajduje się poza powierzchnią formy sztancowania 2. Po zainstalowaniu na niej wykroju tekturowego (SK) segment 3 przetacza się od lewej strony do prawej, zapewniając stopniowe jego sztancowanie. W skrajnym prawym położeniu segment 3 wykracza poza wykrojnik 2 do wykrawanego kształtu opakowania SK i podania nowego. Przez przetaczanie segmentu 3 od prawej strony do lewej powtarza się proces sztancowania.
Analiza toczenia segmentu po płaskiej formie do wykrawania na odległość l1 (rys. 2) potwierdziła, że jego stabilna pozycja jest możliwa tylko w środku cyklu (pozycja nr 2). W skrajnych pozycjach (nr 0 i 4) obserwuje się maksymalne przesuwanie h1 środka ciężkości segmentu (punkt Oy) względem jego kontaktu z powierzchnią oporu (punkt B). Takie przesuwanie doprowadza do powstania momentu obrotowego, który negatywnie wpływa na wydajność funkcjonowania prasy.
Celem badań jest wyznaczenie geometrycznych parametrów przeciwwagi segmentu naciskowego dla ustabilizowania sztancowania wykrojów tekturowych.
W celu zminimalizowania negatywnego wpływu na proces sztancowania wykrojów tekturowych wskutek cyklicznego powstawania momentu obrotowego proponuje się stabilizować ten proces przez jego równoważenie. Rozpatrzmy konstrukcję segmentu naciskowego. Składa się on z płyty 1 (rys. 3) o grubości ∆, o wygiętej zewnętrznej powierzchni (promień wygięcia R), do której przylegają segmenty 2 o grubości ∆s z promieniem zewnętrznym Rs. W celu ułatwienia obliczania parametrów geometrycznych segmentu naciskowego wyliczenie przeprowa-dzamy we względnych wielkościach, przyjmując R = 1 oraz jego względną wysokość h = hs + ∆ = 0,2; 0,3; 0,4 i 0,5.
Długość segmentu naciskowego wyznaczamy, wychodząc ze znanych względnych rozmiarów płyty zewnętrznej [4]:
c = 2 √ (hs + ∆) [2R – (hs + ∆)]
Roboczy kąt odchylania segmentu naciskowego:
a = 2arctg 0,5c
R – h
Długość łuku segmentu naciskowego wyznaczamy ze znanych parametrów jego promienia zewnętrznego i roboczego kąta odchylania:
l1 = R • a
Warunek statycznego równoważenia segmentu naciskowego:
M1 = – M2 (1)
gdzie M1 − moment obrotowy, wywołany masą GΣ
segmentu naciskowego (rys. 4);
M2 − moment równoważenia (stabilizacji),
stworzony masą cylindra G2 o promieniu r.
Moment obrotowy wyznaczamy z zależności:
M1 = GΣ • h1 = VΣ • ρ • g • h1 (2)
gdzie h1 = y0 • sin0,5 a, h1 − ramię działania masy GΣ;
VΣ − sumaryczna objętość płytki naciskowej i segmentów;
ρ − gęstość materiału elementów segmentu naciskowego;
g − przyspieszenie spadku swobodnego.
Moment zrównoważenia wyznaczamy z wzoru:
M2 = G2 • h2 = Vcl • ρ • g • h2 (3)
gdzie Vcl = π • r2 • b − objętość cylindra równoważącego;
h2 − ramię działania masy G2.
Sumaryczną objętość płyty nacisku i segmentów wyznaczamy z wzoru:
VΣ = V1 + zVs (4)
gdzie V1 = l1 • b • ∆ = R • a • b • ∆ − objętość zewnętrznej
płytki 1 (rys. 3);
z – liczba płytek segmentowych;
Vs = 0,5∆s [Rs • l2 – cs (Rs – hs)] – objętość płytki
segmentowej 2.
Wychodząc z konstrukcji segmentu naciskowego i warunku statycznego równoważenia, promień cylindra równoważącego:
r = 3 √(l1 • b • ∆ + 0,5 • z • ∆s • [Rs • l2 – cs (Rs – hs)]) • h1 (5)
p • b
Zgodnie z wzorami (2), (3) obliczono względne momenty obrotowy i równoważący (bez uwzględnienia gęstości ρ materiału i przyspieszenia g spadku swobodnego) od względnej masy segmentu i cylindra dla względnej wysokości segmentu nacisko-
wego h = 0,2; 0,3; 0,4 do 0,5 w ciągu okresu przetaczania po powierzchni podpierającej. Na rys. 5 przedstawiono zależności M1 = ƒ(a), M2 = ƒ(a). Znaczenie kąta odchylania a = 0° odpowiada średniemu położeniu segmentu naciskowego (momentowi działania w kierunku wskazówek zegara nadano ujemne znaczenie, a przeciwwskazówce zegara − dodatnie).
Jak widać z wykresów, największy kąt odchylania (a=120°) ma segment względnej wysokości h = 0,5, a najmniejszy
(a =73,8°) – h = 0,2. Maksymalny względny moment obrotowy (M1 = 0,12) odnotowano dla najcięższego segmentu naciskającego, a minimalny (M1 = 0,0325) − dla segmentu z parametrem h = 0,2.
Wnioski z badań
– Ustalono, że wskutek przesuwania środka ciężkości segmentu naciskającego względem punktu jego kontaktu z powierzchnią oporu powstaje moment obrotowy, który negatywnie wpływa na wydajność funkcjonowania prasy wykrawającej. W celu uniknięcia tej wady zaproponowano zastosowanie w konstrukcji segmentu naciskającego cylindra równoważącego;
– na podstawie wyników badań analitycznych obliczono parametry geometryczne segmentu naciskającego;
– wyprowadzono analityczną zależność i zbudowano wykresy momentów obrotowego oraz równoważącego dla 4 znaczeń względnej wysokości segmentu naciskowego. Ustalono, że rozbieżność między szczytami i zrównoważeniami punktów krytycznych wynosi 0,45-0,52%, co nie wpływa na sprawne funkcjonowanie prasy wykrawającej;
– obliczono, że dla wybranych znaczeń wysokości segmentu naciskającego promień r cylindra równoważącego musi wynosić odpowiednio 0,181R; 0,205R; 0,222R; 0,233R.
Iwan Regey, Rostysław Knysz, Ołeg Knysz
Ukraińska Akademia Drukarstwa, Lwów
Literatura
1. Rehey I. I. Spozhyvche kartonne pakovannya (materialy, proektuvannya, obladnannya dlya vyhotovlennya): navch. posib. / I. I. Rehey. – L'viv: UAD, 2011. – 144 s
2. Patent 73807 Ukrayiny, MPK 7 V31V 1/14, V26F 1/38. Sposib vyhotovlennya rozhortok kartonnykh upakovok i prystriy dlya yoho realizatsiyi [Tekst] / I. I. Rehey, Y. I. Chekhman, V. O. Bosak, V. T. Senkus'; zayavnyk ta vlasnyk pat. Ukr. akadem. drukarstva. – No 2003054521; zayavl. 20.05.2003; opubl. 15.09.2005, Byul. No 9, – 3 s
3. Patent 112371 Ukrayiny, MPK B31B 1/16, V26F 1/38. Prystriy dlya vyhotovlennya rozhortok kartonnoho pakovannya [Tekst] / I. I. Rehey, O. B. Knysh, Y. Y. Khvedchyn, R. O. Knysh; zayavnyk ta vlasnyk pat. Ukr. akadem. drukarstva. – No a201502149; zayavl. 11.03.2015; opubl. 25.08.2016, Byul. No 16, – 3 s
4. Rehey I. I. Obgruntuvannya vykorystannya natysknoho sehmenta u ploskotsylindrovomu shtantsyuval'nomu presi / I. I. Rehey, R. O. Knysh // Upakovka –Kyiv, –2015. – No 6. – s. 44–46
Alfa-Print Sp. z o.o.
ul. Świętokrzyska 14A
00-050 Warszawa
