Технологическая схема машины для штанцевания картонных коробок

6.4. Технология производства складных коробок из картона и гофрокартона

Процесс производства складных коробок из картона и гофро­картона представляет собой совокупность выполняемых в стро­го определенной последовательности наиболее распространен­ных в полиграфии технологических операций: печати текста и изображения, отделки внешней запечатанной поверхности, штанцевания, отделения Технологических излишков материа­ла (облоя), отделения друг от друга индивидуальных заготовок коробок (раскроя), фальцовки, склеивания продольных швов, стапелирования и упаковку заготовок коробок (рис. 6.17)

Различают два вида производста складных коробок и ящи­ков: без фальцовки и склеивания, а также сфальцованных и склеенных.

Складные коробки и я*ц_Ики без фальцовки и склеивания изготавливают преимущественно на печатно-штанцевальных линиях. Такие линии состоят из секций самонаклада 1 и пода­чи 2 листов картона или гофрокартона в печатную машину (рис. 6.18). В зависимости от количества цветов, используемых в оформлении коробки, печатная машина может состоять из нескольких печатных секций (3, 4 и т. д.). При необходимости

Рис. 6.17. Схема технологических операций производства скп_адных коробок из картона

Рис. 6.18. Печатно-штанцевальная линия автоматизированного производства складных коробок и ящиков

из картона и гофрокартона без фальцовки и склеивания: 1 — самонаклад; 2 — подача листов картона или гофрокартона в печатную машину; 3, 4 — печатные секции; 5 — отделочная секция; 6 — промежуточный транспортер; 7 — секция штанцевания; 8 — удаление отходов; 9 — отделение высеченных заготовок коробок; 10 — транспортер; 11 — упаковывание стопок заготовок коробок

отделки полиграфического оформления в состав печатной ма­шины включают отделочную секцию 5. Промежуточный транспортер 6 соединяет печатную и штанцевальную маши­ны. Штанцевальная машина состоит из штанцевальной сек­ции 7, а также секций удаления отходов 8 и отделения высе­ченных заготовок коробок 9. Собранные в секции 9 в стопу за­готовки коробок с помощью транспортера 10 поступают на упа­ковочную операцию, откуда — на склад или к заказчику.

Сфальцованные и склеенные коробки и ящики изготавли­вают на печатно-штанцевально-фальцовочно-склеивающих линиях (рис. 6.19). В состав таких линий входят секции само­наклада 1 и автоматической подачи 2 листов картона и гофро­картона в печатную машину/содержащую требуемое количе­ство печатных и отделочных секций (поз. 3-7). После секций штанцевания 8 , отделения отходов 9 и заготовок коробок 10 штанцевальной машины следуют агрегаты для нанесения клея 11 на склеиваемые клапаны, для фальцевания (склады­вания) коробки по двум боковым линиям биговки и склеива­ния продольного шва 12. Сфальцованные и склеенные короб­ки в накопителе 13 укладываются в пачки, упаковываются в обвязочной машине 14, в штабелеукладчике 15 штабелируют­ся и отправляются на склад или непосредственно к заказчику.

Рис. 6.19. Печатно-штанцевально-фальцовочно-склеивающая линия производства сфальцованных и склеенных коробок и ящиков из картона и гофрокартона: 1 — самонаклад; 2 — подача листов картона и гофрокартона;

3-7 — печатные и отделочные секции печатной машины; 8-10 — секции штанцевания, отделения отходов и заготовок коробок штанцевальной машины; 11 — агрегат нанесения клея; 12 — фальцовочно-скеливающая машина; 13 — накопитель; 14— обвязочная машина; 15 — штабелеукладчик

Наибольшее применение для нанесения текста и изобра­жений на картон и гофрокартон нашли фле^сографский, оф­сетный и трафаретный способы печати. В случае затруднений при прямой печати на картоне и особенно на гофрокартоне ис­пользуют метод кэширования. При этом методе предваритель­но запечатывается лист бумаги, который затем на специаль­ной кашировальной машине приклеивается к поверхности картона или гофрокартона.

Процесс штанцевания включает комплекс технологических операций, обеспечивающих необходимые геометрические раз­меры и конструктивные особенности изготавливаемых коробок и ящиков. В процессе штанцевания производится высечка кон­тура развертки коробки, биговка линий сгибов на развертке, по которым впоследствии будет производиться фальцовка — скла­дывание из плоской развертки объемной коробки или ящика. Если предусмотрено конструкцией, то в процессе штанцевания в соответствующих местах развертки коробки могут быть вы­полнены перфорация, надрезка, рицовка или тиснение. Завер­шается штанцевание операциями отделения облоя и отделения индивидуальных заготовок разверток коробок или ящиков.

Выполняют процесс штанцевания на штанцевальных ма­шинах. Различают два основных типа штанцевальных машин: плоскоштамповочные и роторные.

Рассмотрим принципиальную схему работы плоскоштампо­вочной штанцевальной машины. Лист картона 1 (рис. 6.20) с по­мощью специальных зажимов подается в штанцевальную сек­цию между двумя плоскопараллельными плитами 2 и 5, одна из которых совершает возвратно-поступательное движение. На под­вижной плите закреплена штанцевальная форма 3, совмещен­ная с контрматрицей 4, закрепленной на неподвижной плите. После процесса штанцевания лист картона с высеченными заго­товками коробок, соединенными между собой и с контурной рамкой перемычками, поступает в секцию удаления облоя — от­ходов излишков материала. Для исключения деформации заго­товок коробок лист картона фиксируют на опорной форме 7. При помощи тонких пуансонов формы 6, закрепленной на подвижной плите с возвратно-поступательным движением, и подпружинен­ных ответных пуансонов формы 8 происходит разрушение пере­мычек, удерживающих облой. Удаленный из листа облой 9 на­правляют в отходы. Далее лист транспортируется в секцию отде­ления заготовок коробок. Отделение заготовок осуществляется за счет разрушения перемычек между соседними заготовками и контурной рамкой. Разрушение перемычек осуществляется под действием тонких пуансонов формы 10, закрепленной на под­вижной плите, и ответных подпружиненных пуансонов фор­мы 11. Отделенные заготовки коробок укладываются в стопы 12

Рис. 6.20. Плоскоштамповочная машина: 1 — лист картона или гофрокартона; 2, 5 — плоскопараллельные плиты; 3 — штанцевальная форма; 4 — контрматрица; 6,7, 8 — формы для отделения облоя; 9 — облой — в отходы; 10, 11 — формы для отделения заготовок коробок; 12 — стопы заготовок коробок; 13 — подвижный стол; 14 — рамки и перемычки листа — в отходы

н;а нижнем подвижном столе 13, который медленно опускается псо мере увеличения высоты стопы 12. Оставшиеся рамки и перемгычки листа 14 направляются в отходы.

В роторной штанцевальной машине (рис. 6.21) лист картона шли гофрокартона подается в зазор между двумя вращающими­ся! валами 2 и 3. На валу 2 закреплена роторная штанцевальная фюрма 4. Контрвал 3 облицован бандажом 5 из полиуретана. П(од действием эжекторных материалов штанцевальной формы отгходы 6 выталкиваются быстрее заготовки 7 и удаляются в сборник отходов. Заготовки коробок и ящиков 7 укладываются в пгачки и отправляются на дальнейшие операции.

Преимуществом роторных штанцевальных машин является юх более простая кинематическая схема, позволяющая обеспе­чивать и более высокую производительность. Вместе с тем не­обходимо отметить повышенную сложность изготовления ро­торных штанцевальных форм.

Рис. 6.21. Роторная штанцевальная машина: 1 — лист картона или гофрокартона; 2, 3 — вращающиеся (роторные) валы; 4 — роторная штанцевальная форма; 5 — полиуретановый бандаж; 6 — отходы; 7 — заготовка коробки или ящика

В массовом и крупносерийном производстве складных ко­робок и ящиков из картона и гофрокартона широко применя­ются плоскоштамповочные штанцевальные машины фирмы BOBST (Швейцария). Их производительность в зависимости от модели составляет от 6000 до 10 ООО листов в час.

В среднеи малосерийном производстве предпочтительнее применение скоростных штанцевальных машин, например фирмы «Полиграф-КАМА» (Германия) производительностью 90-3300 листов в час. Максимальный формат листов состав­ляет 720 х 1020 мм.

Для мелкосерийного производства коробок и ящиков из гоф­рированного картона применяют установки, в которых исполь­зуется метод прокатывания плоской штанцевальной формы с уложенным на нее листом между двумя валами [24]. В России такие установки выпускает АО «КАРАТ» производительностью до 450 листов в час при форматах листов в зависимости от мо­дели 850 х 2400, 1450 х 2700, 1720 х 2300 мм. КПЦ «Полиграфмаш» поставляет аналогичные установки производительно­стью 300 листов в час форматом 720 х 1020 мм.

В технологии операцией называется часть технологическо­го процесса, осуществляемая на одном рабочем месте над оп­ределенной деталью (или несколькими одновременно обраба­тываемыми деталями) и охватывающая все последовательные действия рабочего и станка до перехода к обработке следую­щей детали [12, 30].

Комбинированная операция сочетает в себе две или несколь­ко различных технологических операций. По способу совмеще­ния различают три группы комбинированных технологических операций: совмещенные, последовательные и совмещенно-последовательные. В совмещенных операциях за один ход пресса и за одну установку заготовки в штампе одновременно выполня­ется несколько различных операций. В последовательных — несколько различных операций осуществляются последова­тельно отдельными пуансонами за несколько ходов пресса при перемещении заготовки между ними, причем за каждый ход пресса получатся готовая деталь. Совмещенно-последовательные операцииючетают в себе обе предыдущие группы [30].

Примером омбинированной совмещенной операции явля­ется штанцевние коробок и ящиков из картона. Оно включа­ет комплекс о!ераций, определяющих форму, геометрические размеры и кснструктивные особенности коробок: высечку контура разве)тки, биговку линий сгиба на развертке, нанесе­ние перфорации, надрезку и рицовку. В зависимости от конст­рукции получгемых коробок штанцевание могут составлять не все перечислегные операции, а лишь необходимые. Выполня­ют штанцевадае на тигельных или роторных высекальных машинах, входящих в состав печатно-высекально-склеивающих автоматиюских поточных линий. Рабочим инструментом являются ком(инированные штамповочные формы, конструк­ция которых гредусматривает необходимую оснастку для вы­полнения соответствующих операций. Все перечисленные опе­рации выполняются одновременно, как правило, на несколь­ких деталях, 31 один рабочий ход штамповочной формы. Оче­видно, что разшчные операции оказывают взаимное влияние друг на друга,а конструктивные особенности комбинирован­ных штамповочных форм определяют технологические воз­можности изгстовления того или иного вида коробок, а также технико-эконсмические показатели процесса. Штанцевание осуществляютна плоских и ротационных автоматических или полуавтоматических прессах, на тигельных или плоскопечат­ных машинах фирм «Бобст», «Полиграф-КАМА», «Клюге» и др. Принцип работы таких машин заключается в подаче материа­ла в штанцевгльную секцию, штанцевании, выталкивании материала из гггампа и выводе его из штанцевальной секции.

Комбинированная операция штанцевания определяет важ­нейшие технические характеристики получаемых коробок: точ­ность и соответствие проекту геометрических размеров и формы, точность и качество последующей операции автоматической сборки коробок, их внешний вид, прочность, надежность, долго­вечность и т. д. Поэтому исследования основных конструктивных и технологических факторов составляющих ее отдельных опера­ций, их взаимного влияния являются весьма актуальной зада­чей. Рассмотри^ более подробно эти отдельные операции.

Высечкой (в терминах холодной штамповки — просечка) называют разделение листовых неметаллических материалов главным образом по замкнутому наружному или по внутрен­нему контуру.

Высечка предназначена для придания заготовкам изделий из листовых материалов сложной конфигурации в соответ­ствии с их конструкцией [6]. Одинаковый с высечкой вид де­формаций материала характерен для родственных операций отрезки и надрезки. Отрезкой называют отделение материа­ла от заготовки по незамкнутому контуру. Надрезкой — час­тичное отделение материала по незамкнутому контуру без удаления отделяемой части.

Процесс высечки можно представить в виде трех последова­тельных стадий деформации (рис. 6.22). Находящийся на недеформируемой жесткой матрице 1 листовой неметаллический материал 2 в зоне между прижимами 3 под действием прило­женного к ножу 4 усилия высечки Р прогибается. Величина про­гиба оказывает заметное влияние на точность размеров заго­товки и зависит от толщины материала 2 и его упругих свойств, расстояния между прижимами 3, состояния режущей поверх-

Рис. 6.22. Схема процесса высечки. Стадии деформации: а — упругая; б — пластическая; в — разрушение

ности и угла заточки ножа а. На первой стадии упругих дефор­маций напряжения в материале не превосходят предела упру­гости. Для полимерных материалов упругие деформации £у мо­гут достигать 3-5%. На второй стадии пластической деформа­ции напряжения в материале превышают предел текучести и постепенно возрастают, достигая максимума, соответствующе­го сопротивлению материала срезу. Наибольшие деформации сдвига расположены в плоскости скольжения, начинающейся у острия режущей кромки ножа. Для полимерных материалов вторая стадия носит характер вынужденных высокоэластичес­ких деформаций. Они могут достигать 100% и более. На этой стадии нож вдавливается в материал на 0,2-0,5 его толщины в зависимости от твердости и пластичности. На материал начи­нает действовать боковое расприрающее усилие Т.

В этих условиях в плоскости скольжения происходит обра­зование микро-, а затем и макротрещин 5. На третьей стадии разрушения наиболее опасная макротрещина стремительно переходит в магистральную трещину 6, вызывающую лавин­ное хрупкое разрушение и отделение одной части материала от другой. На срезанной кромке листа различают две зоны — блестящую, соответствующую пластической стадии, и мато­вую зону хрупкого лавинного разрушения.

Необходимое для высечки усилие Р зависит от перимет­ра развертки коробки П_к, толщины S_M и механических свойств материала (а_ср), усилия сжатия прижима @_пр:

Учитывая побочные явления при высечке, неравномер­ность толщины материала и затупление режущих кромок,тре­буемое усилие высечки принимают больше расчетного с попра­вочным коэффициентом 1,3-2,0.

Долговечность ножей, характеризующая длительность со­хранения требуемой остроты, определяется оптимальным со­отношением целого комплекса факторов: материала ножа, его геометрической формы, угла и качества заточки, твердости режущей кромки, состоянием режущей поверхности, свой­ствами высекаемого материала и т. д.

Отечественные ножи для высечки изготавливают из по­лос высокоуглеродистой стали марки У8. Для повышения дол­говечности режущую часть закаливают до твердости HR,, — 55- 58. Наиболее распространена односторонняя заточка с пря­молинейной фаской. Угол заточки для картона а = 21-22°, для картона с полимерной пленкой а = 23-24°. При высечке заготовки изделия по периметру ножи устанавливают фас­кой наружу, в сторону обрезков. При высечке отверстий в за­готовке ножи размещают фаской внутрь, в сторону удаляемой части материала. Однако такая форма заточки не является оптимальной. Во-первых, в процессе высечки на фаску ножа действует сила реакции материала в направлении, противо­положном боковому распирающему усилию Т. Она достигает значительной величины, поскольку напряжение сжатия бу­маги, картона и полимерных материалов на второй стадии высечки под лезвием ножа превышает 200 МПа. Эта неурав­новешенная сила реакции создает в теле ножа изгибающие напряжения, которые в условиях высокоскоростной много­цикловой высечки сокращают срок его эксплуатации. Во-вто­рых, на фаску ножа со стороны высекаемого материала дей­ствует сила трения, приводящая при скоростном многоцикло­вом нагружении к изменению геометрии фаски и затупле­нию ножа. В-третьих, ножами с односторонней фаской слож­но получить высокую точность размеров высекаемых дета­лей, особенно при использовании ламинированных материа­лов. Отмеченные недостатки значительно уменьшаются при использовании односторонней заточки с двойной прямоли­нейной фаской (рис. 6.23). Ножи с односторонней заточкой предпочитетельны для высечки заготовок со сложным конту­ром. Более высокие эксплуатационные характеристики отли­чают ножи с двусторонней заточкой с прямолинейной фас­кой. Самыми лучшими свойствами обладают ножи с двусто­ронней заточкой с двойной прямолинейной фаской. Для вы­сечки материалов толщиной до 2 мм следует отдавать пред­почтение ножам с прямолинейной фаской. При высечке бо-

Рис. 6.23. Профили режущей части ножей для высечки: односторонняя заточка с прямолинейной фаской (а) и двойной прямолинейной фаской (б); двусторонняя заточка с прямолинейной фаской (в) и двойной прямолинейной фаской (г)

лее толстых материалов могут возникать дополнительные проблемы со съемом высеченного материала с ножа. В этом случае преимущество имеют ножи с двойной прямолинейной фаской. Вполне понятно, что каждый более совершенный профиль заточки ножей сложнее выполнить технически, по­этому он является и более дорогим. Целесообразность выбора соответствующего профиля заточки ножей должна быть под­тверждена технико-экономическим анализом.

На российском рынке широко представлены режущие ножи ведущих мировых производителей — GNU PENTRA (GNU), ESSMANN + SCHAEFER (E + S), MARTIN MILLER (MM) и др. [47, 51 ].

Экспортируемые ножи представляют практически все при­меняемые для высечки геометрические профили режущей ча­сти: с одно- и двусторонней заточкой, с прямоугольной и двой­ной прямолинейной фаской. Условные обозначения различ­ных профилей ножей приведены в табл. 6.4. Их поставляют в виде узких полос толщиной от 0,4 до 2 мм и длиной до I м, по­этому за внешнюю схожесть их часто называют режущими ли­нейками. Они отличаются очень высокой точностью геомет­рических размеров (см. табл. 6.5). Стандартной считается вы­сота Нот 22,8 до 24,1 мм, допуск на отклонения высоты состав-