Từ cuộn chính đến thành phẩm: giải thích chi tiết về quy trình và đổi mới công nghệ của máy cắt màng có độ chính xác cao

giới thiệu

Trong công nghiệp hiện đại, vật liệu màng mỏng (như BOPP, BOPET, PE, màng ngăn pin lithium, màng quang học, v.v.) là vật liệu cốt lõi trong bao bì, điện tử, năng lượng mới, màn hình hiển thị và các lĩnh vực khác. Những màng này thường là "cuộn Jumbo" với chiều rộng vài mét và chiều dài hàng chục nghìn mét khi xuất xưởng. Để đáp ứng nhu cầu của khách hàng hạ nguồn, những cuộn màng chính này phải được cắt thành "cuộn xẻ" với chiều rộng, chiều dài và đường kính cuộn cụ thể. Thiết bị thực hiện nhiệm vụ quan trọng này là máy xẻ màng có độ chính xác cao. Đây không chỉ là một máy xẻ đơn giản mà còn là một thiết bị công nghệ cao tích hợp các thành phần cơ khí, điện, cảm biến, điều khiển và khoa học vật liệu.

Phần 1: Quy trình cốt lõi của máy cắt màng có độ chính xác cao

Quá trình cắt xén có độ chính xác cao là quá trình liên tục và chính xác, chủ yếu có thể chia thành bốn trạm cốt lõi: tháo cuộn, kéo và hiệu chỉnh, cắt xén và quấn.

1. Bộ phận tháo cuộn

• Mục đích: Thả trục chính một cách nhẹ nhàng và với lực căng liên tục.

•Quá trình:

◦ Cấp liệu: Cuộn dây chính được đặt chính xác trên trục cuộn bằng xe đẩy hoặc xe đẩy, và trục giãn nở không khí mở rộng để cố định lõi cuộn dây.

◦ Kết nối: Khi cuộn dây chính cũ sắp hết, một thiết bị cấp liệu tự động (như loại cánh tay xoay hoặc bàn kết nối) được sử dụng để kết nối đầu của cuộn dây chính mới với đầu của cuộn dây chính cũ thông qua băng dính, để đạt được sản xuất liên tục mà không dừng lại, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả.

◦ Kiểm soát độ căng: Động cơ tháo cuộn hoạt động ở chế độ kiểm soát mô-men xoắn (độ căng), cung cấp mô-men xoắn phanh ngược thông qua bộ ly hợp bột từ, động cơ servo, v.v., để thiết lập độ căng tháo cuộn ban đầu và có thể kiểm soát được. Đây là cơ sở để đảm bảo tính ổn định của các quy trình tiếp theo.

2. Đơn vị căng thẳng & EPCt

• Mục đích: Giữ cho độ căng của màng phim ổn định và tập trung trong quá trình di chuyển.

•Quá trình:

◦ Con lăn kéo: Được điều khiển bởi động cơ servo độc lập để kiểm soát chính xác tốc độ tuyến tính của màng, đây là chuẩn mực cho tốc độ của toàn bộ hệ thống.

◦ Con lăn nổi: Đây là một thiết bị cảm biến độ căng quan trọng. Nó được tải bởi một xi lanh hoặc đối trọng, và vị trí của nó thay đổi trực tiếp phản ánh độ lệch của độ căng thực tế so với giá trị cài đặt. Hệ thống điều khiển tự động điều chỉnh mô-men xoắn khi tháo cuộn hoặc tháo cuộn theo thời gian thực theo tín hiệu dịch chuyển của con lăn nổi, để đạt được khả năng kiểm soát độ căng vòng kín hoàn toàn và đảm bảo màng phim luôn ở trạng thái căng nhưng không bị biến dạng trong quá trình cắt.

◦ Bộ điều khiển vị trí cạnh (EPC): Bao gồm một cảm biến cạnh (CCD hoặc siêu âm) và một bộ truyền động dẫn hướng. Cảm biến phát hiện vị trí cạnh của màng phim theo thời gian thực, và khi xảy ra hiện tượng lệch, hệ thống điều khiển sẽ ngay lập tức chỉ thị cho cơ cấu hiệu chỉnh (khung tháo cuộn di động tổng thể hoặc cụm con lăn kéo) thực hiện tinh chỉnh theo phương ngang (hướng MD) để đảm bảo màng phim luôn chạy theo đường dẫn đã thiết lập trước, đây là điều kiện tiên quyết để đạt được độ chính xác cao khi cắt.

3. Đơn vị cắt

• Mục đích: Cắt chính xác các màng phim rộng thành nhiều dải vật liệu hẹp.

• Phương pháp cắt:

◦ Cắt bằng dao cắt:

▪ Nguyên lý: Tương tự như kéo. Đầu cắt phía trên (lưỡi cắt tròn) tạo thành một cặp lưỡi cắt với con lăn cắt phía dưới (con lăn thép cứng hoặc con lăn cắt có dao dưới).

▪ Đặc điểm: Các cạnh cắt phẳng, mịn và không bụi. Phù hợp cho các loại màng dày và cứng hơn (như màng PET, PP, màng composite). Đây là phương pháp cắt chính xác cao được sử dụng phổ biến nhất.

◦ Cắt khía / Cắt dao cạo:

▪ Nguyên lý: Lưỡi dao tròn sắc bén tạo áp lực lên bề mặt màng phim, cắt rời màng phim. Độ sâu của vết cắt rất quan trọng, thường đòi hỏi phải cắt chính xác qua màng phim mà không làm hỏng các con lăn đệm bên dưới.

▪ Tính năng: Thích hợp cho màng cực mỏng, mềm (như màng bọc nhựa PE, CPP, màng ngăn pin lithium). Điều chỉnh không đúng cách dễ gây ra gờ và bụi.

◦ Cắt nghiền: Ít được sử dụng để cắt có độ chính xác cao, chủ yếu được sử dụng cho vải không dệt và các vật liệu khác.

4. Bộ phận tua lại

• Mục đích: Cuộn nhiều màng phim đã cắt thành các cuộn hoàn chỉnh có hình thức đẹp mắt và độ đàn hồi đồng đều.

•Quá trình:

◦ Phương pháp quấn: Đây là cốt lõi của công nghệ, có hai loại chính:

▪ Quấn giữa: Động cơ truyền động trực tiếp đến trục quấn. Cấu trúc đơn giản, nhưng khi đường kính cuộn dây tăng lên và tốc độ tuyến tính không đổi, lực căng của vòng ngoài sẽ ngày càng lớn, dễ dẫn đến tình trạng bên trong lỏng lẻo, bên ngoài căng chặt, thậm chí là nhăn màng.

▪ Cuộn bề mặt: Ống giấy được cuộn lại bằng một con lăn ma sát chủ động (con lăn cao su). Nó cung cấp vận tốc tuyến tính bề mặt và áp suất cuộn không đổi, và cuộn giấy có độ cứng đồng đều, lý tưởng cho các vật liệu mềm và mỏng. Các máy cắt rãnh cao cấp hiện đại thường sử dụng phương pháp cuộn lai giữa tâm và bề mặt, kết hợp những ưu điểm của cả hai phương pháp.

◦ Tay quay cuộn cong: Thường được sử dụng trong máy cắt tốc độ cao. Máy có hai trục cuộn, khi một trục đầy, có thể chuyển ngay sang trục rỗng còn lại, tự động xả liệu mà không cần dừng lại, hiệu suất sản xuất cực kỳ cao.

◦ Giám sát và điều chỉnh trực tuyến: Được trang bị cảm biến siêu âm hoặc CCD, giám sát thời gian thực đường kính cuộn dây, độ cạnh (lõi bắp cải) và các khuyết tật bề mặt, tự động thực hiện điều khiển độ căng côn (giảm độ căng tuyến tính khi tăng đường kính cuộn dây để đảm bảo độ chặt nhất quán của lớp bên trong và bên ngoài) và điều chỉnh áp suất.

Phần 2: Phân tích sâu sắc những đổi mới công nghệ quan trọng

"Độ chính xác cao" của máy cắt có độ chính xác cao được phản ánh ở kích thước (chiều rộng), chất lượng (hình thức) và hiệu quả, là nền tảng cho sự tích hợp sâu sắc và đổi mới của nhiều công nghệ.

1. Hệ thống kiểm soát căng thẳng đa cấp thông minh

• Công nghệ truyền thống: điều khiển vòng hở hoặc vòng bán kín, dao động điện áp lớn.

• Công nghệ tiên tiến: kiểm soát độ căng thích ứng, nhiều giai đoạn, vòng kín hoàn toàn.

◦ Hệ thống chia toàn bộ đường dẫn thành nhiều phần kiểm soát độ căng, chẳng hạn như khu vực tháo cuộn, khu vực kéo và khu vực cuộn.

◦ Các con lăn nổi có độ chính xác cao hoặc cảm biến độ căng được sử dụng làm yếu tố phản hồi.

◦ PLC + bộ điều khiển chuyển động cao cấp thu thập tín hiệu theo thời gian thực, thông qua thuật toán PID + truyền thẳng, không chỉ hiệu chỉnh sai số dòng điện mà còn dự đoán nhiễu do thay đổi tốc độ và đường kính cuộn gây ra, bù trừ trước và thực hiện kiểm soát độ căng cực kỳ ổn định. Đây là cốt lõi để tránh tình trạng nhăn và biến dạng do kéo giãn của màng phim.

2. Hệ thống dẫn đường chính xác cao (EPC)

• Công nghệ truyền thống: cảm biến analog, phản hồi chậm, độ chính xác thấp.

• Công nghệ tiên tiến: cảm biến CCD/laser kỹ thuật số + bộ truyền động servo tốc độ cao.

◦ Độ chính xác phát hiện của cảm biến kỹ thuật số có thể đạt tới ±0,1mm hoặc thậm chí cao hơn.

◦ Động cơ servo đóng vai trò là bộ truyền động với thời gian phản hồi cực nhanh (mili giây).

◦ Các thuật toán điều khiển tiên tiến có thể phân biệt giữa độ dao động tự nhiên và độ lệch thực của vật liệu, tránh hiệu chỉnh quá mức và đạt được hiệu chỉnh độ lệch "ổn định, chính xác và mềm mại".

3. Hệ thống kiểm tra trực quan trực tuyến và điều chỉnh khoảng cách dụng cụ tự động

• Công nghệ truyền thống: đo chiều rộng thủ công, điều chỉnh vị trí dụng cụ thủ công khi dừng, hiệu suất thấp và sai số lớn.

• Công nghệ tiên tiến:

◦ Lắp đặt camera quét CCD mảng dòng sau khi cắt hoặc trước khi quấn để theo dõi chiều rộng của từng dải theo thời gian thực.

◦ Dữ liệu đo lường được phản hồi về hệ thống điều khiển và so sánh với giá trị cài đặt.

◦ Giá đỡ dụng cụ được điều khiển bởi động cơ servo dẫn động tự động bù trừ độ dịch chuyển ở cấp độ micron, thực hiện điều khiển vòng kín trực tuyến theo thời gian thực về chiều rộng cắt để đảm bảo chiều rộng đồng đều của mỗi cuộn. Điều này rất quan trọng đối với màng điện tử có dung sai cực kỳ chặt chẽ.

4. Bản sao kỹ thuật số và O&M thông minh

• Công nghệ tiên tiến: Đây là đặc điểm điển hình của các ứng dụng Công nghiệp 4.0.

◦ Thu thập dữ liệu vận hành thiết bị (độ rung, nhiệt độ, dòng điện, áp suất, v.v.) thông qua các cảm biến để xây dựng bản sao kỹ thuật số của máy cắt trên đám mây.

◦ Sử dụng dữ liệu lớn và thuật toán AI, bảo trì dự đoán (cảnh báo sớm về tình trạng hao mòn dụng cụ và hỏng ổ trục), đề xuất tối ưu hóa thông số quy trình (đề xuất các thông số về độ căng, tốc độ và áp suất tối ưu cho các vật liệu khác nhau) và chẩn đoán từ xa có thể cải thiện đáng kể hiệu quả thiết bị tổng thể (OEE) và giảm chi phí bảo trì.

5. Sản xuất chính xác các thành phần cốt lõi

• Công nghệ tiên tiến:

◦ Trục khí: Độ chính xác cân bằng động cực cao để đảm bảo hoạt động không rung ở tốc độ cao.

◦ Giá đỡ dụng cụ cắt: Sử dụng vật liệu đặc biệt và quy trình xử lý nhiệt để đảm bảo khả năng chống mài mòn và bảo trì chính xác khi sử dụng lâu dài.

◦ Khung tổng thể: Thiết kế tối ưu hóa bằng phương pháp phân tích phần tử hữu hạn (FEA), sử dụng vật liệu có độ cứng cao, đảm bảo kết cấu ổn định ở tốc độ cao và độ căng lớn, không bị biến dạng và rung động.

Phần kết luận

Từ những cuộn phim khổ lớn đến những cuộn phim thành phẩm tinh xảo, máy cắt màng phim có độ chính xác cao hoàn thiện một "vũ điệu ba lê" về sức căng, tốc độ và độ chính xác. Quy trình của nó dường như tuyến tính và đơn giản, nhưng thực tế lại chứa đầy những quy trình vật lý phức tạp và năng động cần được kiểm soát chính xác theo thời gian thực.

Sự đổi mới công nghệ của máy cắt cuộn hiện đại với độ chính xác cao đã chuyển từ tối ưu hóa cấu trúc cơ học đơn giản sang tích hợp sâu sắc cơ điện tử, cảm biến, số hóa và trí tuệ nhân tạo. Nó không còn là một thiết bị biệt lập, mà là một nút dữ liệu trong nhà máy thông minh, thông qua luồng dữ liệu liên tục, liên tục tối ưu hóa hiệu suất của chính nó, cung cấp cho khách hàng các giải pháp có giá trị gia tăng cao, chất lượng cao và hiệu quả vượt xa danh mục cắt cuộn truyền thống, và đã trở thành thiết bị chủ chốt không thể thiếu trong chuỗi công nghiệp vật liệu màng cao cấp.