KDF3E成型機凝膠加注導(dǎo)絲舌的研發(fā)

曹炳強，周靖博，王 超

（紅云紅河煙草（集團）有限責(zé)任公司紅河卷煙廠，云南彌勒 652300）

0 引言

目前國內(nèi)各廠家生產(chǎn)凝膠濾棒工藝的凝膠加注方式，一般采用在普通的導(dǎo)絲舌前懸掛凝膠加注膠針施膠方式。該方式的導(dǎo)絲舌前懸掛凝膠加注膠針施膠方式，伸入導(dǎo)絲舌內(nèi)部的膠針無法保持固定，存在膠針與導(dǎo)絲舌內(nèi)高速運動的絲束摩擦大而導(dǎo)致膠針擺動大，施膠中心線位置難以保障“濾棒圓周中心位置偏差≤1 mm”的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求。同時，由于該方式安裝的膠針與高速運動的絲束成90°角，摩擦阻力大，導(dǎo)致成型機中高速生產(chǎn)時，容易出現(xiàn)凝膠濾棒“縮頭”質(zhì)量缺陷。而采用導(dǎo)絲舌內(nèi)壁焊接導(dǎo)管并插入凝膠加注膠針施膠方式，該方法膠針整體位于導(dǎo)絲舌腔體內(nèi)部，破壞了原導(dǎo)絲舌結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)過程中導(dǎo)管及焊接部分對絲束摩擦大，成型機中高速生產(chǎn)時，容易出現(xiàn)濾棒端部“縮頭”質(zhì)量缺陷，且操作時容易造成焊接導(dǎo)管脫落和膠針損壞等。針對以上問題，研發(fā)改進措裝置。

1 凝膠加注工藝流程

“紅河（A7）”卷煙使用的濾棒為特殊工藝的載香凝脂濾棒（以下統(tǒng)稱凝膠濾棒）。紅河卷煙廠用來改造凝膠加注工藝的KDF3E 成型機，設(shè)計速度600 m/min。生產(chǎn)初期，凝膠濾棒存在施膠中心線位置偏差大，以及中高速（＞300 m/min）條件下濾棒端部縮頭的缺陷，對產(chǎn)品質(zhì)量和品牌形象造成了一定程度的影響，并嚴(yán)重制約著設(shè)備生產(chǎn)效能的發(fā)揮，無法滿足凝膠濾棒精益、高效生產(chǎn)的需求。為響應(yīng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的號召，解決這一關(guān)鍵性問題，自主研發(fā)了穩(wěn)定性能更高、更完善的濾棒凝膠加注導(dǎo)絲舌。裝置的工藝流程如圖1 所示：絲束經(jīng)過送絲器收攏進入導(dǎo)絲舌，凝膠膠針伸入導(dǎo)絲舌腔體內(nèi)，在該處完成凝膠加注。

2 膠針定位方式

根據(jù)膠針與導(dǎo)絲舌相對位置要保持穩(wěn)定，對導(dǎo)絲舌腔體結(jié)構(gòu)影響小，維修時間短的需求特點，通過采用直插式膠針定位方式，僅有膠針前端施膠部位伸入導(dǎo)絲舌，最大限度地保持了原機結(jié)構(gòu)的完整性。膠針與導(dǎo)絲舌相對位置穩(wěn)定。由于導(dǎo)絲舌材料為合金，與不銹鋼膠針均有較好的耐磨性，可保持膠針與導(dǎo)絲舌相對位置穩(wěn)定，從而保證凝膠加注位置的準(zhǔn)確性。同時，直插式無焊接工藝，通用于生產(chǎn)凝膠濾棒和普通濾棒，不存在脫落問題，膠針損壞更換即可，耗時短。

圖1 凝膠濾棒生產(chǎn)工藝流程

2.1 膠針內(nèi)徑的確定

膠針結(jié)構(gòu)如圖2 所示，凝膠經(jīng)過膠針加注至濾棒內(nèi)部后呈圓柱形，根據(jù)生產(chǎn)條件下凝膠膠液密度及單支濾棒凝膠施加量，經(jīng)過計算得出凝膠膠線直徑，進而得出所需膠針內(nèi)徑。計算過程：依據(jù)已知數(shù)據(jù)：凝膠膠液在60 ℃的工作溫度下，密度ρ=1.12 g/cm3，濾棒長度L=100 mm，單支濾棒凝膠施加量m=0.15 g。單支凝膠所需施加的凝膠體積V=m/ρ=133.9 mm3；凝膠膠線截面積S=V/L=

因此選擇膠針內(nèi)徑為1.3 mm，結(jié)合膠針調(diào)整需求，確定安裝孔外徑為1.6 mm。

圖2 膠針結(jié)構(gòu)示意

2.2 導(dǎo)絲舌結(jié)構(gòu)加工

2.2.1 導(dǎo)向孔孔徑加工

針對導(dǎo)向孔孔徑由膠針外徑與配合精度來決定的設(shè)計理念，為保證施膠點精確定位，同時考慮到實際安裝的便捷性與難易程度，根據(jù)膠針外徑以及安裝配合精度需求，確定導(dǎo)向孔徑為

2.2.2 導(dǎo)向孔加工位置

2.2.2.1 施膠點位置

如圖3 所示，施膠點應(yīng)處于導(dǎo)絲舌腔體中軸線上，為找出最佳施膠點位置，使用添加著色劑的凝膠進行模擬實驗，對施膠點與導(dǎo)絲舌前端在不同距離L 下凝膠膠線施加效果及濾棒端部縮頭情況進行檢查。

（1）實驗原理。使用添加著色劑的凝膠進行模擬實驗。

（2）實驗?zāi)繕?biāo)。縮頭量≤0.5 mm；凝膠截面積1.33～1.5 mm2。

（3）實驗步驟。①在凝膠中添加著色劑；②施膠點設(shè)計區(qū)間為距離導(dǎo)絲舌前端0～65 mm 處，在區(qū)間內(nèi)使用黃金分割法依次計算黃金分割點，將其設(shè)定為施膠點進行實驗（圖4）。

（4）實驗數(shù)據(jù)。見表1。

根據(jù)實驗結(jié)果，將施膠點位置確定為距離導(dǎo)絲舌前端L=49.65 mm 處。

表1 施膠點位置模擬實驗

圖3 施膠點位置

2.2.2.2 導(dǎo)向孔與中軸線夾角

如圖5 所示，確定導(dǎo)向孔加工位置與角度。根據(jù)導(dǎo)絲舌及送絲器罩的結(jié)構(gòu)和相對位置關(guān)系，需確保膠針的安裝和前后位置的調(diào)整與送絲器罩位置不沖突。

通過對所需尺寸L1、L2進行現(xiàn)場測量，確定施膠點與送絲器罩最高點的距離為L1=138.264 mm，送絲器罩最高點相對于導(dǎo)絲舌腔體中軸線的高度L2=64.08 mm，因此，導(dǎo)向孔與導(dǎo)絲舌腔體中軸線的夾角需要滿足θ≥27.6°。

導(dǎo)向孔的加工位置隨之確定。經(jīng)測量，導(dǎo)向孔加工位置高度距離導(dǎo)絲舌頂部為L3=6.84 mm，而左右位置處于導(dǎo)絲舌中軸線正上方。

2.2.3 導(dǎo)向孔加工方式

選用增厚外壁加工的方式。將導(dǎo)絲舌外壁增厚合適的尺寸，再根據(jù)所確定的位置及角度加工導(dǎo)向孔。導(dǎo)向孔整體貫穿于導(dǎo)絲舌實體內(nèi)部，同軸度好。由機械設(shè)計公式，計算得出導(dǎo)絲舌外壁與導(dǎo)向孔中心距離為d≥3.2 mm,由此可以計算出導(dǎo)絲舌外壁應(yīng)增加的厚度為5.2 mm（圖6）。

3 膠針調(diào)整方式

采用如圖7 所示萬向調(diào)節(jié)支架。通過萬向調(diào)節(jié)固定膠針位置與膠針前后調(diào)整，實現(xiàn)施膠位置精準(zhǔn)控制。

4 項目實施情況

凝膠加注導(dǎo)絲舌流程、結(jié)構(gòu)設(shè)計定型后，通過膠針采購、導(dǎo)絲舌加工、萬向調(diào)節(jié)支架采購、安裝調(diào)試，并對凝膠加注環(huán)節(jié)相關(guān)物理指標(biāo)進行了測試驗證。隨機抽取凝膠濾棒，檢查施膠中心線位置偏差。如圖8 所示，從直方圖中可以看出，凝膠膠線施加位置偏差全部小于1 mm，均值為0.3379 mm，凝膠膠線位置十分穩(wěn)定，濾棒施膠中心線位置精度達到驗證預(yù)期。

5 項目效益分析

裝置研發(fā)投入使用后，KDF3E 成型機組凝膠濾棒的生產(chǎn)車速達到了550 m/min，凝膠濾棒的生產(chǎn)效率提升83.3%，且凝膠濾棒產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。通過在設(shè)備300～550 m/min 的生產(chǎn)速度下抽樣，對濾棒端部縮頭量進行檢查發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)速度在550 m/min的速度內(nèi)，凝膠濾棒質(zhì)量均達到工藝指標(biāo)要求（≤0.5 mm），濾棒無縮頭缺陷（圖9）。項目有效解決了原生產(chǎn)工藝模式下凝膠濾棒存在的問題，凝膠濾棒的產(chǎn)品質(zhì)量得到了強有力的保障，為“紅河（A7）”卷煙精益生產(chǎn)奠定更堅實的工藝技術(shù)基礎(chǔ)。

6 結(jié)束語

凝膠加注導(dǎo)絲舌的研發(fā)，實現(xiàn)了KDF3E 凝膠濾棒“優(yōu)質(zhì)、高效”的生產(chǎn)，革新了凝膠濾棒在線生產(chǎn)凝膠加注的方式，其創(chuàng)新理念具有一定的前瞻性。且該成型機凝膠加注導(dǎo)絲舌具有“一舌兩用”的優(yōu)點，可兼容于凝膠濾棒與普通濾棒生產(chǎn)。該技術(shù)在凝膠濾棒生產(chǎn)行業(yè)內(nèi)有較強的技術(shù)引領(lǐng)作用，具有較為廣闊的推廣運用前景和啟發(fā)作用。

圖4 施膠點位置模擬實驗

圖5 導(dǎo)向孔與導(dǎo)絲舌腔體中軸線夾角示意

圖6 導(dǎo)絲舌外壁增厚示意

圖7 萬向調(diào)節(jié)支架

圖8 濾棒施膠中心線位置偏差直方圖

圖9 濾棒端部縮頭量與生產(chǎn)速度散點圖